Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ г ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, вклю чающий предварительное нанесение покрытия на поверхность изделий, нагрев до образования жидкой фазы и выдержку с наложением ультразвуковых колебаний, о тличающийс я тем, что, с целью-улучшения каче-. ства диффузионного слоя за счет обёзгаживания и увеличения эвтектоидной зоны, в процессе нагрева производят дополнительную выдержку при температуре на 20-50°С ниже температуры образования жидкой фазы и ультразвуковые колебания накладывают, начиная с этой температуры, при этом весь процесс нагрева и выдержки произво10 а « 10 мм рт.ст. дят в вакууме

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1044667 А за С 23 С 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA С. ьЦ®Д1, у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ; .;,";,И

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЙИИМОД@ (21) 3385807/22-02 (22) 28.01.82 (46) 30,09.83. Бюл. И 36 (72) А.Д. Соловьев, А.П. Савчук,.

С,Я. Харитонский и R.Ã. Яковенко (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производст" вом Института металлофизики АН Украинской CCP (53) 621 785.527 (088.8 ) (56) 1. Авторское свидетельство CCCF и 255727, кл. С 23 С 9/02, 1967.

2. Авторское свидетельство CCCP:

У 633929, кл. С 23 С 9/00, 19Щ. (54)(57) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ, ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, вклю чающий пред ва ри тель ное нанесение покрытия на поверхность изделий, нагрев до образования жидкой фазы и выдержку с наложением ультразвуковых колебаний, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения каче ства диффузионного слоя за счет обеэгаживания и увеличения эвтектоидной эоны, в процессе нагрева производят дополнительную выдержку при температуре на 20-50 С ниже температуры образования жидкой фазы и ультразвуковые колебания накладывают, начиная с этой температуры, при этом весь процесс нагрева и выдержки производят в вакууме 10 - 10 мм рт.ст.

104466

Изобретение относится к химикотермической обработке иэделий из металлов и сплавов и может быть использовано при изготовлении иэделий со специальными физическими свойствами, работающих в вакууме, а именно в сверхвысоковакуумных системах.

Известен способ нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов заключающийся -в том, что в зазор между поверхностью обрабатываемой . детали и уплотненным диффундируемым слоем вводят легкоплавкий порошок металла и обработку ведут при тем- пературе выше температуры плавления. t5 вводимого порошка металла, Но ниже температур!плавления детали и диффундируемого слоя (1 1 .

Однако легкоплавкий порошок металла невозможно равномерно расположить 20 в .зазоре, если зазор имеет разветвленную внутреннюю поверхность, что приводит к неравномерности заданного распределения толщины (глубины ) диф-. фузионной зоны. Наличие легкоплав- 25 кого порошка металла в зазоре между, обрабатываемой поверхностью и диффундируемым слоем создает промежуточный диффузионный переход, что во многих случаях является нежелатель- 30 ным эффектом, так как нарушаету не только заданную глубину, но и заданный состав диффузионной зоны. Кроме того, наличие ненадежного механического контакта между обрабатываемой поверхностью и диффундируемым слоем, способствует неравномерному прогреву как обрабатываемой детали, так и диффундируемого слоя, что вносит дополнитеяьные технологические труд- 40 ности получения равномерной заданной толщины (глубины 1и состава диффузионной эоны.

° Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ хими ко-термической обработки металлов и сплавов, включающий предварительное нанесение покрытия на поверхность изделий, нагрев изделий, до образова-50 ния жидкой фазы и выдержку с наложе" нием ультразвуковых колебаний 2 $ .

На поверхности металлов всегда находится окисная пленка, толщина ко-55 торой зависит от технологического процесса и свойств конкретного металла. Наличие окисной пленки, кото-, 7 2 рая находится между обрабатываемым иэделием и диффундируемым слоем, создает дополнительное препятствие для диффузионного процесса, а также вносит соответствующие загрязнения в диффузионную зону, что приводит к нарушению заданной толщины (глубины )и состава диффузионной эоны.

При нагреве изделия из-эа отсутствия . защитной среды окисная пленка увеличивается по толщине и тем самым нарушается и без того ненадежный контакт между поверхностью изделия и диффундируемым слоем, что приводит к неравномерности прогрева этих элементов и вносит дополнительные технологические трудности получения равномерной толщины (глубины ) диффузионной зоны. Кроме того, во время термическо -o процесса поверхность изделия, а также диффундируемый слой сорбируют различные газы и другие, вещества из окружающей среды, что отрицательно сказывается на работоспособности конкретного изделия, предназначенного для работы в условиях, где требуется максимальная чистота поверхности с низким газоотделением с поверхностей, например, в сверхвысоком вакууме, Цель изобретения — улучшение качества диффузионного слоя за счет обезгаживания и увеличение эвтектоидной зоны.

Для достижений поставленной цели согласно способу химико-термической обработки металлов и сплавов, включающему предварительное нанесение покрытия на поверхность изделий, нагрев до образования жидкой фазы и выдержку с наложением ультразвуковых колебаний, s процессе нагрева производят дополнительную выдержку а при температуре на 20-21 С ниже температуры образования жидкой фазы и ультразвуковые колебания накладывают начиная с этой температуры, при этом весь процесс нагрева и выдержки про 5 изводят в высоком вакууме 10

-l0 мм рт.ст.

В результате экспериментальных исследований установлено, что обработку изделий ультразвуком начинают при температуре íà р0-20 С1ниже температуры плавления диффундируемого слоя и выдерживают в таком режиме в течение 10-20 мин, что позволяет

3 10446 производить механическое .обезгаживайие в высоком вакууме с помощью ультразвуковых колебаний.

Обработку изделий ультразвуковыми колебаниями:начинают,при тем, пературе ниже температуры образования жидкой фазы диффундируемого слоя с целью более полного обезгаживания изделия в условиях вакуума..

Такая очистка в процессе механичес- 10 кого,обезгаживания обрабатываемого: иэделия, произведенная непосредственно перед дальнейшей химико-термической обработкой изделия, позволяет получить диффузионнь1й слой со спе. циальными физическими свойствами. и высокой чистотой не только на nosepxности изделия, в и в семой диффузион ной зоне, что играет решающую роль в дальнейшей эксплуатации изделия, 20 предназначенного для работы в вакууме ° .

Затем после выдержки при механи-. ческом обезгаживании в высоком вакууме температуру обрабатываемого 2s изделия повышают до температуры йлавления диффундируемого слоя. Дальнейшее повышение температуры .и выдержка

so времени производятся в зависимос. ти от физических и физико-химических. 30 свойств применяемых металлов как несыщаемого, так и диффундируемого, а также от требуемой глубины диффу. зионной эоны.

Пример ..Проводят химикотермическую обработку медного клада" на для сверхвысоковакуумного затвора . с условным проходом Ду100. Клапан изготовлен из меди марки И1 по

ГОСТ 859-78. В качестве диффундируе- . 4 мого слоя используют гальванически осажденный на поверхность медного клапана слой индия, толщина которого составляет 60 мкм. Гальваническое осаждеиие индия нв поверхность мед" ного клапана проводят в сернокиелой ванне. 8 результате гальванического осаждения индиевое покрытие получа67 4 ется светлым, равномерным по поверх- ности, повторяющим рельеф подложки (медного клапана ), и с прочным адгезионным сцеплением с медью, что яв- ляется важным условием для дальнейшей химико-термической обработки.

Подготовленное таким образом изделие помещают в вакуумную камеру, где в условиях высокого вакуума

10 5 - 10"6 мм рт.ст. прогревают до

130 С, т.е. на 26 С ниже температуры плавления индия (диффундируемого слоя). При выходе на данный температурный режим на изделие воздействуют ультразвуковыми колебаниями в течение

10 мин, т.е. производят механическое обезгаживание в высоком вакууме с помощью ультразвуковых колебаний.

Такая высокоэффективная очистка важна для получения специальных физических и физико-химических свойств изделия, так как оно предназначено для работы в условиях высокого вакуума.

Затем температуру обрабатываемого изделия повышают до точки .плавления индия (156 С ), выдерживая при этом не более 5 мин. Дальнейший технологический процесс заключается в посте" пенном (.s течение 4-5 мин ) повышении температуры до 175 C с последующей выдержкой в течение 10 мин. При этом начиная с обезгаживания, на изделие воздействуют ультразвуковыми коле" баниями с частотой 22 кГц. Длительность. ультразвуковой обработки определяют длительностью всех вышеуказанных этапов до завершения всего процесса.

Аналогичную обработку согласно предлагаемому способу проводят при нанесении предварительного покрытия холодной прокаткой основного металла и наносимого, а также при нанесении предварительного покрытия испарением в вакууме.

В таблице представлены результаты после обработки согласно предлагаемому способу и известному.

„(4

CL X о

Е N (Е О

Л Э О

I- (X Ю

0 + «С> о m (c

0.0 х

O (D Z X

У (0 Э CL

О {- С С

С:>

LA

I. е о

Z Iу )z

{афон

>I-zzX

WmЧО Y. 1- ()! X Я Е

С>

С:>

СР

ОЪ

С>

С ) LA

Щ L»

ГО К

Х

Е z (Q

% Ш э о

={ д {= х (М Х

X Х

X (6

K э о

М о! (6 О ао

Щ «

C Я

Е а

Э О)

l1

3Э (g

{Е

ЭО а!—

О Х! з{ лоа аc;(УК (D e O O X

m I- Z C 1(Е. о е

l- Э

Э а

X; {:

v о с

О о

Э

z х z

Э („

X (Р

1 I» о е

У И

Х {6 д сос

К

fQ

У

Э

X а

Э

{-! о

X

Е

X х

I (6 Я

В.

)Х э о

1 У

v cc о х с м

Ш

1 (6

{6 3.

IO )Х о о

X cT а х

% а 3.

8 >Х о о у (Е С

-у

X {С

X Х

K z

Э (6 д Ш е m л

Э.(t Х Z а 3 Y x

Ш Ш % X

Э I

C >)

X 1m {g (6 О

1- а. ао

{C CL

m « ф {Е х z аз У х

m ш Q X

I ф I с о е ф (Q (6 а. аО

Л. ф Х

Э (X Y Z а з и х

mmo.X

l- I оо{с фхе

X z

Ш К

omo х {

1v

Э ш >z

10М667 (6 I

1-ахи (6 {8 z I-.

О ШЕ

О О О Х {6

C {Е ()I IQ! I о

U>Z Y

Я Х (6 (O Y Ш

I !

» I I

И O a 1Э Х (6 Ш

У

ШК(ЕО о (6 о а

О Z С C

I (Q >Х

Ф о

ОЛК{

{Е (Q X 9 а z

У О mIO

Э о (6 У Э Z (Dm о(Ех .() Э 3Е

У (6 Э

{6 {Q Z V Z

{- L- Z O Z t

I»

Э

Ш )Z ()! 3

X Х

Э >Х

v o

:с

ШОЭ

X Z

К У Z

X O (6 (Е z ш

1044667

:Т.

lO 1

Ф I

1- 1

Х о

О. о

С Ъ

Э. 1

Э 1

3Е 1

1„1

О:

I . l

m o

Х 1х 2 >х

1 3О Э О 2

1 1 I- x J X сариссы

l l 6X0)X

LA

ID

C) cf. I I о о

Яг I .М

1. X

1 Ф

C)

C) 1

I 1

1 к а

I X Э э.3Е х х а2x s

l а а % л 1

1 333 1

l >, Х

I. 1

3 3

1!

l

1

1 Э 1 1 а

emmи

1- аао

1L

S х х

x m 3t а э о

0- Ф

I 1

I 3E

I IL CL

I X Э

I 1

1. I

1 Э IX»X 1

1 Q 2 S S а а ы е

1 л 3 l

1 COL

>, 3С

1,1

СЧ X

J

x m

% э о

I Э 1

1 X O. ! Э Ф Ф 4.3

1- 1- Q,О

Ф 1

I l 1 ! О 1

1 1О 1

I ц 1 л

1 X fII ф

1 Э Ц X I

1 а 2 33 x I а 3Х Е

1 1

O. 1

IC)

О I

Ф Ф

Q. t3

3О о is о о м

3Й 3Е

33

X lL X

K J

33. а

I 1 л I

1CO ò

I Х l . I .М

1 1

I X 1

1 и 1

3Х1

1 1

1 I ооо Lx айа

2 IO Е

>3 3

Исса аоа

1»- Е В Ц-а..Х К

ЕВФЭООX, Rem -ХRСI»

I

I

1 о о

Э 331 а Ф с 11

I

1 1

1

1

Э

1m

m х о

1

1

1

О I

m 1

Р I

X 1 а

Э 1

I 1

1 I о

1

1 .й

1 Iо о а о

1 М

I <>

I 2

m Ф

Q. Ф

3О & о зх э о с ы о 3Е о s

1 %

1 m

Ф а

3О с о о х

X . 3Е

О. X

L 33

Э о о

2 "О а Kc4 о

m J S

m Э Q.

1-СС

1

I ФСЭ ао

I Э

С Ф

Е а

3 Э

I l 1»

3 Е4 а. Е

X N

Е сЕ v

1

I !

1 !

I

I, 1

I

I !

Э

О

a X М схо

Ф C.Э .1 Ф 2

11

Ф >Х

1 I.

1 экао

35 X X f3I З 1

Ф Х IX u х х х

L3e J ООФЭ оефзюхсах

Фа!

mzzvz oo>

cIJ ctха оl- х:ь

ОЭХ ОХ20ФX !

Краха Сна а

1о

Э

m z

6) 2 лс!

1

1

1!

I, 1

I .0

1 11 О о

I CL

О х

X D с

Э 1 е

Е 1 X

Ф 1 Z е 1 10

Y I

О С

C 1 I т

З

X с

<О 1

X

Э о с.

<х о

CL

О

1 С < а X о

X "

Ict О

Э

Ct

З

Ф о

° с<

IL <М

Х S э а

< C

Э

X х е х

Э

1 о

3С х

1 о

I» х >д. эоз

t-,õ х

Ф . с i О е х N

<с\

СЪ

СР

С<

Y

l I З

I Е Ф

I О.Е !

ye

I >Х

Э 0

1 <„Y

О ct о z с м

X x ! x e

1 % Ф э о

I а 6)

tc а

Э

9 Ct

CL З

z x х z

3E X

<.m Ф

N <:, х

1.1

CV

cv

Э 1 с х

% к а

X Э э <с

CL З

О

1 е З! e m а е

l0 е

О! Ъх

Z 0

CL Y

1 С- ct

1 X

I C4 %

X X

1 X X

3Е х

1 Э Е

<аm

1 л

X X

М X л

C(3 <=

:,. х е

М

Iо

<О е

CL

IO о

tC е

Y о

9 у

X

CL

Э

11 о

z

X х

tC 1

Э с а З е Ф

1 !

1

1 I о з

I e 6)

1 е е

< ае

8 >z

О

О Y

I Ct%

-. %

tC

z z ! 3Е Х

1 Э Е а.Ф

Y

% а сч

I

1

I

I

1 е О ао .Э л с е х а

Э 3 )

<» 1I

1 е

1 Ct эо а<1 OX

I г

t (1

З

CL

Х <С о z

С 1-.

1 1 I

ctX

9 CLW аеэ са(о ! о

0 Ое

0 ee x, о о

I

1

1

1

1

I

I

1

I

1

1

I !

I

1

I

1

1

I

I

I !

I

I

I

I

1

1

I

l

1

I

1

I

I

I

I ,1

1

1

9 Е Е D

1- а. ао

Э 1 л

9 Е Е D

l- а 0.0

1044667

1 I о

О<Х Y

З х е.X саха:, 1

Э х

О. tC I IC 1

z ox 0

C9 ° СЙХФО

ozx оз дух zас;а

Составитель r. Клыкова

Редактор С. Квятковская Техред M.ßóçüìà г»

Корректор А. Зимокосов, ° В 4В

Заказ 7466/23 Тираж 95б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, N-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", t. Ужгород, ул. Проектная,4

11 1044667 12

Приведенные результаты показывают, руемого слоя (индия ) и проведения что выбор метода.предварительного всего процесса в условиях высокого покрытия не несет в себе значитель- вакуума резко снижается газовыделеных изменений физико-механических . ние с поверхности образцов и увеличисвойств металлов и сплавов после 5 вается глубина эвтектоидной зоны по их ХТО как по известному способу, сравнению с известным способом, что так и по предлагаемому. В реэульта- . позволяет повысить эксплуатационнуе те наложения ультразвуковых колеба- стойкость и снизить величину натеканий при температуре ниже температу- ния изделий,. предназначенных для ры образования жидкой фазы диффунди-. 10 работы в вакуумных системах.