Состав обмазки для комплексного насыщения стальных изделий

Состав обмазки для комплексного насыщения стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОСТАВ ОБМАЗКИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО НАСЫЩЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащий ферромарганец и борный ангидрид, отличающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности состава и получения беспористой поверхности изделий, он дополнительно содержит фтористый натрий и серый чугун при следующем соотношении компонентов, мае.%: Серый чугун 20-22 Ферромарганец 23-25 Фтористый натрий 10-15 Борный ангидрид Остальное

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) i

3(51) С 23 С 9 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,""::-- - =,-: )

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3429581/22-.02 . (22) 26. 04. 82 (46) 23. 12. 83. Бюл. Р 47 (72) М.И..Пашечко, B.Ì.Ãîëóáåö, В.Г.Процик и В.В.Козуб (71) Физико-механический институт им.Г.В.Карпенко (53) 621.785.51.06(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

М 619544, кл. С 23 С 9/04, 1976 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 528350, кл. С 23 С 9/04, 1974. (54) (57) СОСТАВ ОБМАЗКИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО НАСЫЩЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащий ферромарганец и борный ангидрид, отличающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности состава и получения беспористой поверхности изделий, он дополнительно содержит Фтористый натрий и серый чугун при следующем соотношении компонентов, мас.Ъ:

Серый чугун 20-22

Ферромарганец 23-25

Фтористый натрий 10-15

Борный ангидрид Остальное

10б2305

Иэобретение относится к металлур-, гии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности в.машиностроении для повышения пластичности и иэносостойкости поверхностного слоя деталей машин.

Известен состав для борирования, содержащий следующие компоненты, мас.Ъ: 10

Карбид бора 45-60

Борный ангидрид 2-10

Фтористый натрий 5-10

Железная окалина, 25-40

Состав позволяет проводить диф" 15 фузионное насыщение из обмазок в окислительной печной среде без защитной оснастки Ц .

Недостатком состава является относительно высокая хрупкость и низкая пластичность полученного боридного слоя. Глубина боридного слоя на стали 45, полученного при 900 С в течение 4 ч, составляет 0,189 мм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является состав (2) обмазки для комплексного насыщения, содержащий мас.Ъ:

Борная кислота 10-12

Железо 26-29

Ферромарганец 19-22

Карбид бора 15-18

Борный ангидрид 10-12

Окись кремния Остальное

Однако применение известного состава недостаточно интенсифицирует процесс насыщения (толщина эвтектического покрытия составляет 0,87 мм при толщине обмазки 3 мм, темпера- 4Q туре насыщения 1200 С и продолжительО ности обработки 3 мин) и приводит к образованию покрытия с наличием опре-. деленного количества пор. При указан-" ной температуре карбид бора находится45 в твердом состоянии. Это приводит к тому, что в условиях малой продолжительности процесса насыщения он является очень бедным боронаполнителем, почти полностью шлакуется и частично захватывается покрытием, ухудшая шлакообразование и вынос его с поверхности металла. Наличие карбида бора ухудшает также предохранение реакционной обмазки и границы раздела металл — обмазка (реакционной зоны) от 55 контакта с кислородом окружающей среды. Это характерно.и для окиси кремния. Стальное изделие после химико-термической обработки характеризуется наличием на поверхности покры-)Q тия значительных неровностей, которые возникают путем врастания жидкой фазы покрытия в пористый твердофазный шлак, состоящий в основном из карбида бора и окиси кремния. 65

Борная кислота при последующем нагреве при 185 С разлагается и кипит, вспучивая и разрыхляя обмазку.

При этом появляются концентрационно, неоднородные участки, в некоторых местах пузырьки, которые ухудшают диффузионный процесс, облегчают проникновение кислорода в реакционную зону.Это приводит к неоднородности покрытия по фазному составу, окислению обмазки и упрочняемого изделия и ухудшению шлакуемости обмазки.

Целью изобретения является повышение насыщающей способности состава и получение беспористой поверхности изделий.

Поставленная цель достигается тем, что состав обмазки для комплексного насыщения стальных изделий, содержащий ферромарганец и борный ангидрид, дополнительно содержит фтористый натрий и серый чугун при следующем соотношении компонентов, мас.В:

Серый чугун 20-22

Ферромарганец 23-25

Фтористый натрий 10-15

Борный ангидрид Остальное

Это позволяет понизить температуру плавления реакционной обмазки.

Наличие в смеси фтористого натрия, о как активатора, улучшает массопере-, нос активных атомов. Борный ангидрид используется как боросодержащее для образования активных атомов бора и одыовременно, как флюсующее вещество.

Композиция порошка из серого чугуна, ферромарганца, борного ангидрида и фтористого натрия в соответствующем йроцентном соотношении обеспечивает хорошую смачиваемость поверхности покрываемого металла, шлакообразование- и вынос его из расплава, а также предохранение реакционной зоны от контакта с кислородом окружающей среды.

Процесс насыщения ведется при

1200ОС, которая превышает температуру образования боридной эвтектики (1174 С). Это способствует образованию жидкой фазы на поверхности покрываемого металла (полное расплавление при температуре насыщения смеси порошка из ceporo чугуна, ферромарганца, борного ангидрида и фто ристого натрия), в которой интенсифицируются про ;ессы насыщения, так как коэффициенты диффузии и самодиффузии в жидком состоянии гораздо больше, чем в твердом.

Применение предлагаемого состава обмазки позволяет значительно увеличить толщину эвтектического покрытия. Хорошая шлакуемость и жидкотекучесть самофлюсующего покрытия обеспечивают его беспорнстость.

Пример 1. Предварительно смоченный в 5Ъ-ном водном растворе жидкого стекла стальной (сталь 45) 1062305 образец ф 25 мм, длиной 100 м погружают в предлагаемую порошковую смесь, обкатывают, после чего сушат на воздухе.при комнатной температуре в течение 10-30.мин. Нанесенный на поверхность иэделия слой обмазки при последующем нагреве токами высокой частоты расплавляется и стекает. Поэтому глубина покрытия непостоянна. Для предотвращения этого явления на иэделие с реакцион- !О ной обмазки наносят защитный слой.

Затем образцы сушат при 80-100 С в течение 1-3 ч и нагревают токами высокой частоты (ТВЧ) 1200 С в течение 3 и 5 мин с последующим ох- 15 лаждением на воздухе.

Пример 2 ° Стальной образец (сталь 45) g! 25 мм, длиной

10 мм вставляют в огнеупорную форму, засыпают предлагаемой порошковой сме-. о сью, помещают в предварительно нагретую до 1200 С печь, выдерживают

8 и 10 мин и охлаждают на воздухе.

Структура полученных указанными способами покрытий представляют собой эвтектику Fe -В-С, которая состоит из более мягкой фазы — легированнбго перлита, армированного твердой скелетной фазой Ге (В,С) (инициирующая фаза) и мелких включений — карбидов марганца и бора. Микротвердость такого покрытия составляет 9-12 ГПа. Структура сердцевины образца соответствует структуре обожженной стали 45.

Толщина эвтектического покрытия, мм

Пористость покрытия, Ъ

Толщина обмазки, ММ

Продолжительность обработки, .мин

Темпе-. ратура процесса, С

Упрочняемый материал

Состав насыщающей среды, мас.Ъ

ТВЧ при печном нагреве при нагреве

ТВЧ при печном нагреве

Предлагаемый

Ферромарганец 23

Борный ангидрид 42

Фтористый натрий 15

Серый .чугун 21

5 8 3 1,35 1,35

1200

Серый чугун 20 Сталь 45 1200

Сравнительные данные по обработке представлены в таблице.

Как видно иэ таблицы, применение предлагаемого состава обмазки увелнчивает по сравнению с известным толщину покрытия при нагреве ТВЧ в среднем на 0,68 мм и позволяет создавать эвтектическое покрытие при печном нагреве толщиной до 1,41 мм в течение 8 мин при 1200 С и толщине обмазки 3 мм, нагрев происходит намного быстрее. Соответственно уменьшается время обработки, необходимое для нагрева до нужной температуры расплавления компонентов обмазки и протекания диффузионных процессов, которые приводят к термодинамически выгодному распределению элементов.

Измерение lIopHGTocTH покрытий проводят способом гидростатического взвешивания образцов с покрытием.

С целью более полного насыщения жидкостью открытых пор пропитку проводят в вакууме.

Получение беспористого эвтектического покрытия обеспечивается исключением из известного состава обмазки шлакообразующих элементов {карбида бора и окиси кремния), понижением температуры плавления обмазки до температуры ХТО, повышением жидкотекучести и шлакуемости самофлюсующегося покрытия.

3 1,30 1,30 Отсутствует

1062305 е

Продолжение таблицы

Состав на- Упрочсыщаккций няемый среды,, мате- мас. % риал

° ф,ВОЮ ЭВ, Ю»» Ю Ферромарганец 24

Серый чугун 22 Сталь 45 1200

1,41 1,41 Отсутствует

Известный

1200 5

0,87

6,2

Железо 27

БНИИПИ Эаказ 10164/30 Тираж 956 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4

Борный ангидрид 42

Фтористый натрий 13

Ферромарганец 55

Борный ангидрид 43

Фтористый натрий 10

Барная кислота 11

Ферромарганец 20 ,Карбид бора 17.Барный ангидрид 11

Окись кремния 14

Температура нроцесса,"С

Продолжительность обработки, мин

ТВЧ при печном нагреве

Толщина обмазки, мм

Толщина эвтектического покрытия, мм при на- при греве печном

ТВЧ нагреве

Пористость покрытия,%