Способ обработки стальных изделий

Способ обработки стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i i! 676641

Союз Советских

Соиналнстнческнх

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.01.78 (21) 2567305/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.07.79. Бюллетень № 28 (45) Дата опубликования описания 30.07.79 (51) М Клз

С 23С 11/16

Государственный комитет (53) УДК 621.785.53 (088.8) по делам изобретений н открытнй (72) Авторы изобретения

С. A. Довнар и С. А. Кадников

Физико-технический институт АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИИ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности для нанесения керамических покрытий, и может быть использовано при изготовлении изделий из сталей и сплавов различного состава, работающих в контакте с агрессивными средами, например металлических литейных форм (кокилей).

Я настоящее время наиболее перспективным и развитым методом нанесения покры- 10 тий, в том числе керамических, является плазменное напыление, получившее распространение в самых различных отраслях техники.

Недостатками плазменно-напыленных по- 15 крытий являются низкие прочность сцепления с основой, адгезионная прочность и термостойкость покрытия, что связано с различными коэффициентами температурного расширения покрытия и основы. Кро- 20 ме того, обладая значительной пористостью, плазменно-напыленные покрытия не защищают поверхность от окисления, что приводит к ускоренному разрушению (отслаиванию) покрытия. 25

Известен также способ нанесения покрытий на металлические изделия путем нанесения подслоя, а затем поверхностного слоя из окиси алюминия с последующим нагревом в окислительной атмосфере. 30

Однако при таком способе в процессе окислительного нагрева в подслое образуются окисные соединения, которые на черных оплавах отличаются невысокой прочностью и низкой плотностью и поэтому не могут существенным образом повысить адгезионную прочность керамического покрытия и защитить основной металл от газовой коррозии.

Цель изобретения — увеличение адгезионной прочности и термостойкости покрытия, а также стойкости изделий в окисл ительных средах.

Достигается это тем, что на металлическую поверхность изделия наносят газотермическим напылением керамическое покрытие, а затем подвергают ее азотированию любым из известных способов до образования нитридной прослойки.

Поскольку керамическое покрытие пористое, то оно не только не препятствует диффузии атомов азота к поверхности защищаемого металла, а наоборот, как показывают лабораторные исследования, за счет усиления адсорбционных и абсорбционных процессов ускоряет насыщение поверхности азотом, на которой образуются нитриды входящих в состав металла элементов (железа, хрома, вольфрама, титана, алюминия и др.). Поскольку нитриды имеют плот67664!

Составитель Л. Вурлинова

Техред А. Камышникова

Корректор В. Петрова

Редактор А. Соловьева

Заказ 1776/3 Изд. М 461 Тираж 1139 Подписное

11ПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я(-35, Раушская наб., д. 4/5

Тппогра.1ия, гр. Сапунова, 3 ность меньшую, чем металлы (плотность окислов 3 — 5 г/см, а плотность стали

7,8 г/см ), то при своем образовании они заполняют микропоры керамического покрытия, увеличивая тем самым сцепляемость по типу механического зацепления.

Одновременно повышается термостойкость покрытия, поскольку образовавшиеся нитриды играют роль прослойки с коэффициентом термического расширения, близким к керамике ыа основе окислов. Нитридная прослойка обеспечивает также коррозионную стойкость защищаемого металла.

П р и м ер. Поверхность изделия, например стальной литейный кокиль, очищают металлическим песком до образования матовой поверхности. Затем газотермическим напылением наносят окись алюминия фракции 50 — 70 мкм по принятым режимам: расход плазмообразующего газа (аргон +

+ водород) 1,7 м /ч, подача порошка—

10 г/мин, расход транспортирующего газа (аргон) 0,16 мз/ч, дистанция напыления

100 мм, мощность на горелке 20 кВт.

После напыления слоя толщиной порядка

0,5 — 1,5 мм изделие помещают в среду с активным азотом, например в реторту шахтной печи, в которую подают газообразный аммиак. Азотирование осуществляют в две стадии: 1 стадию проводят при 540 С, степень диссоциации аммиака 30, расход

5 — б л/мин, выдержка 8 ч, 2 стадию — при

560 С, степень диссоциации аммиака 30%.

После выдержки и медленного охлаждения (с печью) до комнатной температуры получают готовое изделие с защитным покрытием, состоящим из слоя окиси алюминия и нитридного подслоя, механически и химически связанного с металлом основы и слоем окиси алюминия. Прочность защитного покрытия без азоти ров ания 80—

90 кг/сма, с азотированием 130 — 150 кг/см2.

Пример 2. На внутреннюю рабочую часть стального литого тигля плазменным напылением наносят керамический материал из смеси окиси алюминия и карбида бора толщиной пленки 0,5 — 0,7 мм (режимы напыления по примеру 1). Затем ведут процесс азотирования по режиму, при котором на стальной поверхности образуется в-фаза. Стойкость тигля с такой обработкой увеличивается с 35 — 40 до 70 — 80 дней эксплуатации.

П р и м ер 3. Наносят покрытие из окиси

10 циркония (режимы по примеру 1) на литейный стержень из стали 45, образующий полость в отливке «Граната спортивная».

Покрытие из окиси циркония (или окиси алюминия) работает без отслаивания в те15 чение 6 смен работы, а с последующим азотированием — 15 смен работы.

Испытания на термостойкость проводят путем термоциклиро вания на воздухе при

20 — 600 С. Без азотирования покрытие от20 слаивается после 30 циклов, с азотированием — после 70 циклов. Увеличение коррозионной стойкости стали в алюминиевых расплавах проверено экспериментально.

Образцы с покрытием из окиси алюминия, 25 а также с дополнительным азотированием и обработкой известной по технологии, погружают в расплав алюминия при 720 С.

Разрушение с первым покрытием наступает через 30 ч, аналогичное разрушение вторых

30 через 80 ч, разрушение третьих через 30 ч.

Таким образом, термостойкость изделий повышается в 2 — 2,5 раза, а их коррозионная стойкость в агрессивных средах в

2,5 раза.

Формула изобретения

Способ обработки стальных изделий, включающий предварительное газотермическое напыление керамических материалов, 40 отличающийся тем, что, с целью увеличения их адгезионной прочности и термостойкости и повышения стойкости изделий в агрессивных средах, изделия после напыления подвергают азотированию до образо45 вания нитридной прослойки.