Способ химико-термической обработки изделий из железа и его сплавов

Способ химико-термической обработки изделий из железа и его сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соватскии

Социалистических

Республик нн956619 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 1111ф0 (21)3002462/22-02

Р1 М К з с присоединением заявки ЙоС 23 С 11/10

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 0709.82. Бюллетень Й9 33 (33) УДК 621. 785. .062.5 (088.8) Дата опубликования описания 0709.82

I «="

В.Б.Брик, И.Н.Бойчук, Г.Н.Закутин АМ.Т.Левчук .:

Х (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Институт технической теплофиэики АН Украинской -ССР (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ЖЕЛЕЗА И ЕГО СПЛАВОВ

Изобретение относится к способам химико-термической обработки (ХТО) иэделий из железа и сплавов на его основе и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и дру гих областях техники для повышения антикоррозиойных, прочностных и других эксплуатационных свойств изделий.

Известны различные виды ХТО материалов, к которым относится как нанесение на поверхность металлических покрытий - алитирование, хромирование, борирование и др, так и насыщение поверхности изделий неметаллическими элементами - цемевтация, азотирование, нитроцементация. Большинство процессов ХГО включает обогащение поверхностных слоев изделия неметаллами и металлами иэ активной среды, для чего используют газовые, жидкие и твердые среды.

Наиболее удобной и широко применимой для химико-термической обработки является газовая среда ее состав легко регулировать, она быстро прогревается до заданной температуры, позволяет сразу проводить закалку (без повторного нагрева) и т.д. При этом изделие нагревают до температуры, при которой процесс насыщения поверхности данным элементом протекал бы достаточно интенсивно

Однако верхний предел температур обычно ограничен из-эа возможности протекания в материале процессов, приводящих, к необратимым структурным изменениям и снижению механических свойств изделий.

Такую же опасность представляет ддительность процесса ХТО при заданной температуре. Все это приводит ,к необходимости интенсификации .химико-термической обработки. о

Одним из способов интенсификации ХТО в газовой среде является способ, по которому карбюризатор по-. дают непосредственно на лопасти крыльчатки вейтилятора. При распылении крыльчатки обеспечивается интенсивное и равномерное распределение карбюратора в печном пространстве, при этом возрастает скорость прогрева карбюризатора и его реакций с атмосферой зоны насы.щенияЕ13.

Однако процесс насыщения обрабатйВаеьых деталей остается еще

956619 достаточно длительным, так как требует нагрева всей детали.

Наиболее близким к предлагаемо- му по технической сущности и достигаемому результату является способ по которому поверхность изделия пбд- 5 вергают многократному импульсному нагреву струей насыщающего газа, истекающей с надкритической скоростью (сверхзвуковой), которая попадает непосредственно на поверхность обра- 10 батываемого иэделия.,Предварительный нагрев струей позволяет проводить необходимую степень диссоциации жид-. ких сред с целью получения насыщающего газа оптимальных составов. При 5 этом струя газа является источником энергии и насыщающей средой одновременно, поэтому обработке могут подвергаться изделия различной фОрмы. Скорость процесса насыщения по описанному способу увеличивается за счет ускорения диффузионных процессов в поверхностном слое в условиях больших знакопеременных градиентов температур, что приводит к к повышению эффективности процесса в целом(2).

Однако этот способ требует эмпирического подбора длительности прогрева изделия (например, в случае цементации железа температура насыщения составляет 900-950eC) при надкритической (сверхзвуковой) скорости истечения газовой струи, что усложняет его реализацию.

Недостатком указанного способа является также то, что он не позволяет производить нагрев изделия до высоких температур (температуры обработки изделий по известному способу не превышают 650ОС) .

Цель изобретения — интенсификация 40 процесса ХТО иэделий из железа и сплавов на его основе.

Поставленная цель достигается тем, что струю насыщающего газа предварительно нагревают до температуры существования 0 -модификации.

Цементация железа и сплавов на его основе обычно происходит при

900-950 С (реже температура достигает 1150 С, так как при этой температуре происходит быстрый рост зерна, приводящий к снижению температуры перехода металла в хрупкое состояние). . Несмотря на сравнительно высокие температуры, процесс ХТО 55 происходит в области г -Fe, обладающей наиболее плотной ГЦК структурой и имеющей относительно низкие значения эффективных коэффициентов диффузии.

Данные о режимах и глубине слоя насыщения, а также о размере зерна

65 приведены в таблице.

Таким образом, дальнейшее повышение температуры не представляется целесообразным, необходимо радикальное возрастание коэффициента диффузии, значительно превышающее то, которое следует из экспоненциальной зависимости 0 =. 0„ „ (-О/RT). Такая возможность для железа и сплавов на его основе имеется, поскольку железо обладает уникальной последовательностью полиморфных превращений:

ОЦК-ГЦК-ОЦК. При 1400 С в железе вновь образуется рыхлая ОЦК структура, и значения эффективных коэффициентов диффузии в этой области

ОЦК--Fe существенно возрастают, что приводит к интенсификации процесса

ХТО. Таким образом, интенсификация процесса ХТО и увеличение значений эффективных коэффициентов диффузии при переходе у-Fe (ТЦК) в

d"-Fe (ОЦК) происходит не только за счет возрастания температуры, но также за счет перехода иэ плотноупакованной ГЦК структуры в рыхлую

ОЦК структуру. Необходимо отметить, что резкое увеличение коэффицнента диффузии и интенсификация процесса

ХТО при переходе из g --Fe в d -Ге не сопровождается ростом зерна, так как при этом происходит фазовая перекристаллизация, которая мржет приводить даже к измельчению аустенитного зерна, причем дополнительное измельчение (фрагментация) зерен происходит при обратном с(- y I e переходе (при охлаждении).

Пример. Испытания проводят на образцах технического железа и стали 12Х2НЗИА. Новый способ ХТО был апробирован на экспериментальной установке, включающей герметичную рабочую камеру, в которую помещали исследуемые образцы размером 10х10х5 мм, и систему подачи насыщающего газа. Последняя состоит из баллона с насыщающим газом (природный газ 92-97% СН„), змеевика, где газ может нагреваться до заданной температуры, и сопла для подачи газа на образец. Подача осуществляется таким образом, что газ из сопла попадает непосредственно на поверхность образца с заданной температурой и заданным расходом.

Таким образом, нагрев поверхности образца производится за счет энергии струи газа.

Испытания нового способа ХТО проводят в два этапа. В первом (режим I) разогрев поверхности образцов доводят до 1410 С т.а. до температуры существования высокотемпературной d -модификации. Во втором — до 1550 С (для технического железа) и до 1300 С (для стали

12Х2НЗМА).

956619

Техническое железо, марка

Модификация

Глубина слоя мм

Балл зерна

Длительность насыщения

Температура насыщен ия, О С

Режим

Исход- После ный ХТО

0,1 7

0,12 7

0,05 7

0,06 7

1410

Ст.12Х2НЗМА

1350

Ст.12Х2НЗМА

1300

Формула изобретения

Составитель Н.Шепитько

Ф

Техред М. Надь Корректор А-Дзятко

Редактор Л.Авраменко

Тираж 1053 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6526/8

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как следует из нриведенныХ данных, новый способ химико-технической обработки, предусматривающий насыщение в. газовой среде СН4 в области высокотемпературной рыхлой

d -модификации технического железа и сплавов на его основе, приводит к значительному увеличению скорости насыщения по сравнению с насыщением в области плотноупакованной

$ -модификации.

Из таблицы также видно, что при насыщении в.области d"-модификации за счет у ф Ф переходов практи- ЗО чески не наблюдается роста зерен, в то время как при насыщении в области у -модификации наблюдается заметный рост зерна.

Таким образом, хймико-термическая 35 обработка изделий из железа и сплавов на его основе в области высокотемпературной а -модификации с ОЦК структурой является благоприятной, так как достигаются черезвычайно высо- 4р кие скорости диффузии насыщения, поскольку процесс происходит при высоких температурах в решетке с рыхлой структурой, что ведеТ к значитель1 ному сокрицению длительности ХТО (в 10 и более раз ), и предотвращается аномальный рост аустенитного зерна из-за йрохождения д(ГЦКЗ-ОЦК)перехода, причем обратный переход может привести даже к измельчению (фрагментации) зерна.

Способ химико-термической обработки изделий из железа и. его сплавов, включающий обработку поверхности изделия струей насыщающего газа, истекающей с надкритической скоростью, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения, газовую струю предварительно нагревают до температуры существования высокотемпературной сР-модификации железа и его сплавов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР .

9 268467, кл. С 23 С 9/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

В 620511, С 23 С 11/10, 1978;