Способ химико-термической обработки стальных изделий

Способ химико-термической обработки стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (19) КЦ (1ц 2 (51) 5 С 23 С 16 46

1 (23) 5043364/02(22) 253592 (4ф30.1 ИИ Бюл. Na 43-44 (УЯ Центральный научно-исспедовательский институт точного машиностроения (7ф Сункина Н.Е:, Костогоров Ей; Рыбапова НА;

Мапонетнев AR; Терентьев ГН (УЗ) Центральный научно-исследовательский.инсвиут точного машиностроения ф4} CAQC05 ХИЬВКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОВРАЗОТКИ СВИЗЬНЦХ ИЗДЕЛИЙ фР) Изобретение относится к металлургии, в частноаи к иеико-термической обработке стальных изаепий, преимущественно дпинномерных, цилиндричеаех с внутренним диаметром 5 — t0 мм, а геенно к способам хромирования, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях . цюмышпенности. дпя повышения эксплуатационной стойкости деталей машин, работающих в, условиях интенсивных механических и тепловых нагрузок

Сущность изобретения: насыщение проводят в насыщающих смесях 2-х составов, которые содержат, мас%: состав.N1: смесь оксида. хрома и алюминия в мольном отношении 1 . 2 33,6 — 64,5; продукт химического взаимодействия оксида хрома и алюминия 350 — 450; кристаллогидрат хлористого алюминия 0,5 — 1.5; состав N2: смесь оксида хрома и алюминия в мольном отношении 1: 2 28,0 — 476; продукт химического взаимодействия 47,6 — 71,1; кристаппогидрат хлористого алюминия 0,9 — 4,8, а загрузку изделий в реактор проводят в следующем порядке. сначала заполняют внутреннюю полость изделий насыщающей смесью состава N1, затем помещают иэделия вертикально в реактор, после чего заполняют реактор насыщающей смесью состава Й2 при соотношении масс смеси и обрабатываемых изделий на единицу их длины в пределах 1

: (1 — 2), нагрев проводят со скоростью 10 — 20 град/мин до монента самовоспламенения насыщающей смеси состава М2, а выдержку при температуре насыщения проводят в течение 30 — 90 мин.

1 табл.

2003734

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработ-. ке стальных изделий, а именно к способам хромирования, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для повышения эксплуатационной стойкости деталей машин, работающих в условиях интенсивных механических и тепловых нагрузок, Известны способы диффузионного хро- "0 мирования из газовой фазы контактным способом, при котором изделия, помещают в контейнер с насыща|ощей смесью, после чего проводят нагрев до температуры насыщения, иэотермическую выдержку в тече- 15 ние.4-10 ч и охлаждение. (Дубинин Г. Н.

Диффузионное хромирование сплавов. М.:

Машиностроение, 1964, с. 451); Недостатки данного способа — большая длительность .

20 процесса и малая глубина слоя, состоящего из карбидов хрома при обработке сред еуглеродистыхлегированных и штамповыхсталей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являетсл способ химико-термической. обработки, включающий приготовление насыщающей смеси, содержащей 53,2 мас.,ь оксида хрома, 13.3 мас. jo алюминия, 4;7 мас. фтори- . с гого алюминия (активатора),. 28Я мас;% 30 оксида алюминия (инертного разбавителя), загрузку в контейнер, нагрев до 900.— . 1200 С, выдержку и охлаждение (Ляхович Л.

С. и др. Применен ив метода металлотермии для химико-термической обработки. В сб. 35

Защитные покрытия на металлах, вып. 9, 1975, с, 17-24).

При хромировании средноуглеродистых и штамповых сталей из известного состава в режиме СВС-воcпламeнeния 4Î толщина поверхностного слоя. недостаточ-на. Кроме того, при испытаниях на термо-. стойкость в условиях резкой смены температур наблюдается сколо- и трещинообразование диффузионного слоя, состоя- 45 щего преимущественно из карбидов хрома.

Целью изобретения является интенси-. фикация процесса, повышение термостойкости слоя на внутренней поверхности изделия эа счет образования диффузионно- 50 го слоя с внутренней зоной, состоящей из твердого хрома в а -Ге, и экономичности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что проводят приготовление насыщенных„сме- 55 сей 2-х составов, содержащих в качестве инертного раэбавителя поодукт взаимодействия оксида хрома с алюминием, в качестве активатора — кристаллогидрат хлористого алюминия, а оксид хрома и алюминий взяты

28,0-47,6 в мольном отношении 1:2 при следующем соотношении компонентов в составе М 1, мас о

Смесь оксида хрома и алюминия в мольном отношении 1:2 33,5-64,5

Продукт химического взаимодействия оксида хрома и алюминия 35,0-45,0

Кристаллогидрат хлористого ал юминия 0,5-1,5 а в составе M.-2,,мас.,4:

Смесь оксида хрома и алюминия в мольном отношении 1:2

Продукт химического вэаимоде 1ствия оксида хрома и ал юминия 47,6-71,1

Кристалл огидрат хлористого алюминия 0,9-4,8 загрузку. изделий в реактор проводят в следующем порядке . сначала заполняют канализделий насыщающей смесью состава hL 1, затем иэделия помещают вертикально в реактор, после чего заполняют реактор насыщающей смесью состава Rb 2 при .соотношении масс смесей и обрабатываемых изделий на единицу их длины в пределах t:(1-2), нагрев проводят со скоростью

10 — 20 град/мин до момента самовоспламенения насыщающей смеси состава N- 2, а выдержку при температуре насыщения проводят в течение 30-90 мин, Использование насьпцающей смеси состава М 2 позволяет достичь экономичности процесса эа счет большего содержания инертного раэбавителя. При этом состав М

2. обеспечивает условия самовоспламенения нась,щающей смеси состава Л 1, при соотношении компонентов, вз,".тых в заявленных пределах.

Инертньгй растворитель в том и другом составе насыщающих смесей, в качестве которого использован продукт химического взаимодействия оксида хрома и алюминия, предотвращает спекание смесей.и их налипание на поверхность изделий. Применение в качестве активатора кристаллогидрата хлористого алюминия способствует интенсификации процесса в результате ускорения доставки активных атомов хрома к поверхности обрабатываемых изделий. Крол1е того активатор фиксирует начальный момент воспламенения.

Оксид хрома и алюминий взяты в мольном отношении 1:2, т.е. в стехиометрии для получения чистых хрома и оксида алюминия. Отклонение от стехиометрии, например, в случае избытка оксида хрома и недостатка алюминия в результате реакции

1003734 восстановления в смеси наряду с хромом и оксидом алюминия будет присутствовать, избыток оксида хрома и цель изобретения не будет достигнута. В.случае недостатка оксида хрома и избытка алюминия при на- 5 сыщении наряду с диффузией хрома. будет наблюдаться и диффузия алюминия, что отрицательйо повлияет на термостойкость.

При содержании смеси оксида хрома и алюминия в составе: М 2.ниже заявленного 10 самовоспламенения смеси состава М 1 не происходит, а при содержании выше заявленного разогрев внутренней поверхности изделий от смеси состава % 1 превысит . температуру плавления материала изделий. 15

При содержаний инертного разбавителя в смеси состава М 2 ниже заявленного.возникают большие температуры на поверхности. канала изделий, а при содержании выше заявленного - не происходит самовоспла- 20 .менения состава М I, Если содержание активатора в смеси. состава М 2 ниже заявленного, то увеличивается температура воспламенения и время до его начала, что приводит к ухудшению 25 экономичности процесса и вырождению процесса.во внутреннем канале. Превышение заявленного предела ведет к уменьшению суммарного тепловыделения при самовоспламенении. 30

Содержание компонентов в смеси состава N. 1 а заявленных пределах обеспечивает достижение термостойкости 38 счет формирования поверхностного слоя на внутренней поверхности изделия требуемо- 35 го фазового состава с внутренней зоной, состоящей из твердого раствора хрома в а- Fe. Наружная зона слоя состоит из кар-. бидов хрома.

Вертикальное расположение изделий в 40 реакторе обеспечивает получение равномерных диффуэорных слоев по всей длине и позволяет снизить поперечные деформа. ции.

Заявленное соотношение масс смесей к 45 массе изделий позволяет обеспечить условия воспламенения насыщающих смесей составов М 1 и М 2, что приводит к интен- . сификации процесса и повышению термостойкости. 50

Скорость нагрева 10-20 град/мин до момента самовоспламенения обеспечивает условия самовоспламенения и равномерный nporpee содержимого реактора. При 55 скорости нагрева ниже. заявленного наблюдается вырождение процесса самовоспламенения, а при скорости нагрева -выше заявленного в реакторе наблюдаются большие градиенты температур по сечению.

Продолжительность выдержки при температуре насыщения в заявленных пределах обеспечивает экономичность процесса и достижение заданных свойств поверхностного слоя в канале изделий. Время ниже

30 мин недостаточно, а выше 90 мин не экономично и не улучшает достигнутых характеристик поверхностного слоя, П р-и м е р. Хромирование образцов и деталей, изготовленых из среднеуглородистых (50PA, ЗОХН2МФА) и штамповых (25ХЗНЗМБЦА), проводят в реакторах из нержаве1ощей стали. Загрузка иэделий в реактор проводится в следующем порядке: сначала заполняют внутреннее отверстие изделий насыщающей смесью состава М 1. затем изделие помещают вертикально в реактор, на дно которого предварительно насыпают слой. насыщающей смеси hb 2 толщиной 20-30 мм. Изделия в реакторе располагают так, чтобы расстояние до стенок реактора было не менее 15-20 мм, а расстояние между изделиями должно быть равно их толщине. Иэделия засыпают насыщающей смесью М 2. Расстояние от верхнего края изделия до кромки реактора должно быть не менее 40 мкм. Сверху в реакторустанавливается трубка из нержавеющей стали, через„которую в смесь производится подача аргона. Подготовленный к насыщению реактор помещаетея в печь и нагревается вместе с ней до 600 С, со скоростью 15 град/мин, после чего формирование покрытий проводится при тепловом самовоспламенении смеси M 1 в канале иэделий в течение 30-90 мин при 950-1050 С. После окончания процесса реак гор вынимают иэ печи и охлаждают на воздухе, после чего смесь с обработанными иэделиями высыпают на поддон, Оценку термостойкости проводили путем нагрева образцов в пламени. газовой горелки при температуре выше А э в течение бс с резким охлаждением в воду. Критерием термостойкости служило количество циклов нагрев.-охлаждение до появления микротрещин.

Интенсификацию процесса оценивали по глубине слоя металлографическим методом, В таблице представлены сравнительные данные по интенсификации процесса, термостойкости и сколо- и трещинообраэоваии ю.

Обобщая результаты, представленные в таблице, можно констатировать, что обработка длинномерных, полых, цилинлр11че2003734 стойкость сколо- и трещинообразование поверхностного слоя ие наблюдается.

Такийл образом, представленные сведеHHA СВИДЕтЕЛЬСтВУЮт И О ДОСТИжЕН Л(И ПО5,TQDheHHoA цели изобретения, I

Скорость нагрела, град/

/мин

Содергканне компонентов, й(ас.

Терк кост лик ци

Тало,ина гразоеый покрй- состае тил, ыкы

Сост "(I

Соотногленне

ызсс

CIICC(I К (13-"CI. (3 делил инертный, разСагитель. Л1

СГ303

fAfв (or( н о гм отно (ЛЕН IИ

1:2 а стива то р

/1(1303 л!р!

Известный

1 523 l3

1 ДЫ иа

10

2а,0

Предлохсенный 2

Состав 1

Состав 2

0.5

0.0

Уар5. ды

ХРО Кт>

Тг.ердый растеор хро(.(а а

Я Ге

35,0 (l7,о

33,5

25 0 з

Состав 1

Состав 2

Состав 1

COCraa 2

Состав 1

Состав 2

То 3(е

1,0

ЗЯ

50.0

1,5 л р

515

5q r5 л75

1r3 0

71.1

35 квр хр

G,1

0Я

f:0.8

ЗЗл1

27.0

31,0 к7 5

Состав l

Состав 2

1:1 25

40 То

1,0

,о

64,5

47,7

СИОСОБ ХК11АИКО-ГЕРМ14ЦЕСКОЙ

ОБРАБС гКИ СТАЛЬ -(гЫУ ИЗЛЕЛИЙ НР10 имущественно длинномерных, полых, jwЛИНдрИЧЕСКИХ С ВиутрЕНН1ЛГЛ д11аМЕЗрОК1 5 -:

10 мм, изготавливаемых иэ среднеугле)зо-I дистых легированных W штс(мг1отвь1х ста/1е11,1 включа1ощийл приготовление насыщающей

415 смеси, содержащей смесь 1)ксида хрома и алюминия, инертный j)3" 163(3WTeëü и акти ватор, загрузку изделий а реактор с насы- щающей смесь)о, нагрев, выдер;кку при температуре насыщения и охлаждек1е, от-,„-0 личающийся тем, что, с цельк) интенсификации процесса, повышения

ТЕРМОСтОЙКОСТИ Г)ОВЕРХИОСТНОГО СЛОЯ Каикт" ла изделий за счот об()азован11я ди(1)фузионного слоя с внутренней зоной, 51; состоящей из твердого раствора хрома в aFe-, и зкономичности процесса, проводят. п(эиготовление насыща1ощих смесей двух составов, содержащих в качестве:.)нсртно- го разбавителя продукт взаимодействия

35,0- 45,0

28 - 47,6 ских изделий с. диаметром канала 5-10 мм предложенным способом позволяет интен» сифицировать процесс насыщени21, повысить в 2 раза термостойкость. Повышение терллостойкости связано с форьлир1)ванием . поверхностного слоя с внутренней зоной, состоящей из твердого расгвора хрома в й-Fo, кроме того, при испьпа1илях иа термо"- продукт взаимодействия о c((i,а хро(ла Il ал(о((ниик к — крнсталлогидрат хлористого алктиийкl»

Формула изобретения

1»56) Зашитнь1О покрытия на металлах. Киев:

Наукова думка, и:и. М. 9, 1975, с. 17-24. оксида хрома и ал оминия, в качестве активатора - к зисталлогидрат хлористого ал)оминия, а оксид.хрома и алюминия взяты в малярном соотношении 1; 2 при следую1дем соотношеrlww компонентов El составе

V 1, lel Д .

Смесь оксида хрома и алюминия в молярном соотношении

1,2 33,5 - 64,5

Продукт взаимодействия окСИДВ ХРОМа И ЗЛ1ОМ11Г1ИЯ

Кристаллогидрат хлори:того алкзминия 0,5- 1,5 а в (-.Осте(во,j(1.2, маь.%:

Смесь оксида(хрома и а!зк)миНИЛ В МОЛЯРк10М СООТНОШЕНИИ

1:2

Продукт взаимодействия оксиг а х!)ома w алюминия 47 6 - 71 1

Кристаллогидрат х)1ористого ал 1ом 1HWll 0,9 - 4,8 а загрузку изделий проводят следу1ощим образом. сначала заполняют канал изделий насыща ной смесь.о состава Й1, затем

2003734

Составитель В. Лобко

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректорс O,Гусли:

Тираж Подписное

HflO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Заказ 3311

Производственно.-издательский комбинат "Патент", г, Умгород, 1гл,Гагарина. 101 изделия помещают вертикально в реактор. грев проводят ео скоростью 10 - 20 после чего заполняют реактор насыщаю-, град/мин,до момента самовоспламенения щей смесью состава N2 при соотношении, насыщающей смеси состава N2, а выдержмасс смесей и обрабатываемых изделий на . ку при температуре насыщения проводят в единицу их длины в пределах 1: 1-2на-. 6 течение30-90мин.