Способ газообразного азотирования изделий из титана и его сплавов
СОКИ СОВЕТСКИХ
Ю О%
РЕСПУБЛИК. Н5п С 23 С 11/14
ГОСУДАРСТВЕККЬЮ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3305680/22-02 (22) 23;06.81 (46) 23.03.83. Бюл. 9 11 (72) Д. II. Шащков (71)- Ордена Трудового Красного Знамени московский автомобильно-дорожный институт (53) 621.785.532(088.8) (56) 1. Кипарисов С. С., Левинский Ю,В, Азотирование тугоплавких металлов. М., "Металлургия", 1972, с. 30- .
40,(116-138).
2, ВульФ Б. К. Термическая обработка титановых сплавов. N., "Металлургия", 1969, с. 298-319.
„„su„„ l 006540 А (54) (57) СПОСОБ ГАЗООБРАЗНОГО АЗОТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ТИТАНА .И ЕГО CIUIABOB, включающий радиационный нагрев в потоке очищенного азота до 8001000 С и изотермическую вйдержку с последующим охлаждением в этой же среде до 17-25 С, о т л и.ч, а юшийся тем, что, с цельЮ повышения пластичности и ударной вязкости, аэотирование осуществляют многократно, при этом выдержку на первом этапе проводят в течение 5-9 ч, а на ,втором — в течение 1-5 ч..
100б540
При изотермической выдержке в течение 1-5 ч твердость поверхностных слоев быстро восстанавливается, но ввиду небольшой выдержки заметного охрупчивания сплавов еще не npoucxo(i дит, Предлагаемый способ осуществляют .на чистом титане ВТ1-О и на с(-титановых сплавах АТЗ н АТб. Аэотирование разрывных образцов и образцов для испытаний на удар проводят в азоте при 1000 С, когда проявляется наибольшая хрупкость образцов. Продолжительность азотирования составляет 10 ч; при этом на поверхности образцов образуется азотированный слой толщиной 150-200 мкм с микротвердостью 980-1120 кг/мм . На прак2 тике азотирование вьме 1000 С не ведут, так как. изделия настолько сильно охрупчиваются, что все пластические характеристики и ударная вязкость при комнатной температуре падают до нуля. Ниже 800 С аэотирование тоже не ведут, так как диссоциация азота практически не проходит.
Продолжительность насыщения назначается, исходя иэ требуемой толщины и твердости азотированного слоя, что, в свою очередь, определяется .Условиями работы изделия. Обычно продолжительность азотирования составляет не более 25-30 ч, причем ее можно сократить путем повышения температу.— ры азотирования, но при этом происходит заметное охрупчивание титана и его сплавов.
Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к процессам азотирования титана и его сплавов, и может найти применение в машиностроительной и химической провален- 5 ности для изделиЯ, работающих на износ.
Известен способ азотирования титана и его сплавов в среде чистого азота или аммиака при высоких тем- 10 пературах ) 1 g.
Недостатком этого способа является образование азотированного слоя с повьааенной хрупкостью, что приво,цит к трещинообразованию, шелушению 15 и выкрашиванию его. Кроме того, при азотировании в аммиаке сплавы насыщаются еще и водородом, что приводит к развитию нежелательной водородной хрупкости в титане и его сплавах. 0
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ азотирования титановых сплавов в среде азота, включающий радиационный нагрев в потоке очищенного азота до 800-1000 С, изотермическую выдержку в течение не более 25-30 ч. При этом при выдержке в течение 10 ч и 1000 С на образцах ВТ1-О и охлаждении. в печи в среде азота до 11-25 С на титановых сплавах АТ3 и АТ6 образуется азотированный слой толщиной 150-?ОО мкм с «икротвердостью Н„ОО = 1120; 1100;
980 кг/мм2 2).
Недостатком известного способа является сильное охрупчивание сплавов, причем,.чем выше температура азотировання, тем хрупкость будет больше,.что резко снижает надежность и долговечность иэделий. 40
Цель изобретения — повышение пластичности и ударной вязкости.
Указанная цель достигается тем, что азотирование при 800-1000 С проводят многократно (в два этапа), при 45 этом выдержку на первом этапе проводят в течение 5-9 ч, а на втором этапе — в течение 1-5 ч.
Предлагаемый способ осуществляется следующим, образом. 50
Образцы (изделия) помещают в печь установки для аэотиронания. Нагрев до температуры азотирования (8001000 С) ведут в среде азота, очищенного от кислорода и влаги. По достижении температуры 800-10000С дают выдержку в течение 5-10 ч до образования азотированного слоя с твердостью не менее 900 кг/мм, Затем
2. образцы охлаждают вместе с печью в потоке азота до комнатной температуры (17-25 С) . После этого проводят дополнительный нагрев н печи до 8001000 С, выдерживают иэделия н тече- . ние 1-5 час и охлаждают н печи н среде азота цо 17-25 С. 65
Давать выдержку больше 5 ч не рекомендуется, так как при этом сплав будет опять заметно охрупчиваться иэ-эа перенасыщения поверхностного слоя азотом, Выдержка менее 1 ч тоже не рекомендуется, так как поверхностная твердость будет заметно ниже требуемой величины (900 кг/см ) вследствие недостаточного насыщения слоя азотом.
После первой стадии аэотирования образцы охлаждаются вместе с печью в потоке азота до комнатной температуры, а затем вновь нагреваются в печи до температуры азотирования
800-1000 С. В результате происходит как бы отжиг образцов, приводящий к перераспределению азота. При этом азот диффундирует из слоя в сердцевину образцов, обеспечивая более прочное сцепление азотированного слоя с сердцевиной, уменьшается перенасыщенность поверхностных слоев азотом, резко снижается концентрация внутренних напряжений в слое. Все это принодит к тому, что в титане и его сплавах резко возрастают пластические свойства н ударная вязкость, а поверхностная твердость при этом снижается.
1006540
Режим азотирования
Пластические свойства
Т, С Время, Относи- Ударная тельное вязкость, сужение, кг м
Сплав
Способ
Твердость Относислоя, тельное кг/мм2 удлинение, %
Известный ВТ1-0
2 0 18 20
1120
0,5
1100
2,0 0,4
AT 3
980
АТ6
4,8
2,1
2,5
1060
Предла- ВТ1-0 гаемый
1090
1120
1000 9+1
1050
АТ3
16,3 5, 36
8,3
1080
6,0 14,2 4,25
1100
11 3 13 2 6 1
АТ6
15 1 17,0 8,9
960
13,4 14,95 7,75
Составитель Л. Бурлинова
Редактор Н. Егорова Техред Ж.Кастелевич Корректор Е. Рошко
Заказ 2057/44 Тираж 954 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Пример. Проводят азотирова- ; ние всех титановых образцов при
1000 С в потоке очищенного азота в два этапа с выдержкой на каждом этапе 9+1, 7+3, 5+5 ч, при этом общая продолжительность процесса насы1000 10
1000 10
1000 10
1000 9+1
1000 7+3
1000 5+5
1000 7+3
1000 .5+5 1000 9+11000 7+3.
1000 5+5
Из приведенных испытаний видно, что азотирование иэделий -иэ титана и его сплавов по известному способу приводит к резкому охрупчиванию образцов, при этом пластические свойства (относительное удлинение и сужение) и ударная вязкость при комнатной температуре понижаются в 1050 раэ. Азотирование же титана и
его сплавов по предлагаемому способу ..аэотирования в два этапа, по сравщения азотом всегда составляет 10 ч.
Результаты испытаний ка растяжение, удар и измерения поверхностной микротвердости азотированного слоя на твердомере ПМТ-3 под нагрузкой 50 г сведены в. таблицу.
18с2, 22г0 . 6ю8
236 28,1 96
21,9 25,3 8,44
4112120
Ф
Нению с известным, способствует по4О. вмаению относительного удлинения . и сужения в 7-15 раз и ударной вязкости в 2-13 раз .без снижения прочностных свойств и поверхностной твердости, а следовательно, и износостой-.
45 кости. Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить температуру азотирования, сократив тем саьым длительность процесса насыщения, без охрупчивания сплавов.