Способ химико-термической обработки

 

1. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ металлов и сплавов, включающий диффузионное насьпдение «J Tefrnf путем циклического нагрева выше 0,6 температуры плавления и подстуживание с выдержками при этих температурах , отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности путем внутреннего окисления, подстуживание. производят до 0,3-0,4 температуры плавления с выдержками при нагреве и подстуживании 3-5 мин. 2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что нагрев осуществляют до 0,65-0,85 температуры плавления . 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нагрев, выдержку и подстуживание осуществляют в воздушной среде. Гпл/Г r ож/галг е ул

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (П) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф7 ф4 РХ Гюю/

Темлераяум ж амЖмжю ею. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlQ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3278096/22-02 (22) 26.01.81 (46) 07.10.83. Бюл. 9 37 (72) С. Б. Айнбиндер, О. С. Жеглов, С. П. Андронов, В. М. Кремешный и.М. Ф. Казанков (53) 621.785. 53(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 462884, кл. С 22 F 1/02, 1975.

2. Патент СССР Р 603352, кл. С 22 F 1/00, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

Ю 688534, кл. С 23 С 9/10, 1977. (54)(57) 1.. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕС КОй ОБРАБОТКИ металлов и сплавов, включающий дифФузионное насыщение

)(51) С 23 С 9/04 С 22 Р 1 02 путем циклического нагрева выше 0,6" температуры плавления и подстуживание с выдержками при этих температурах, отличающийся тем, что, с целью повышения предела прочности путем внутреннего окисления, подстуживание(. производят до 0,3-0,4 температуры плавления с выдержками при нагреве и подстуживанни 3-5 мин.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что нагрев осуществляют до 0,65-0,85 температуры плавления.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что нагрев, выдержку и подстуживание осуществляют в воздушной среде. е ( 4 Е юж

Ь и

М

rE ф

Ь

Ю

1 ф

1046331

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для повышения прочности материалов.

Известен способ внутреннего окисления, при котором обрабатываемый металлический сплав покрывается тон- 5 ким слоем Другого металла, обладающего большей упругостью диссоциации окисла, чем у металла-основы и нагревается до температуры 0,8-0,9 температуры плавления наружного металла при парциальном давлении кислорода в окружающей среде, меньшим или раВном упругости диссоциации устойчивого окисла наружного металла(1).

Недостатками этого способа являются узкая область его применения— только для внутреннего окисления сплавов, легированных элементами с существенно большим сродством к кислороду, чем металл-основа, а также необходимость проведения внутреннего окисления в аргсне со строго определенным парциальным давлением кислорода и выдержкой при этих условиях в течение 2 ч.

Известен также способ упрочнения металлического материала, способного подвергаться внутреннему окислению, включающий нагрев до температуры внутреннего окисления и выдержку в течение 30 мин, после которой ма- З0 териал подвергают термоциклической о обработке с нагревом на 50-135 С

Выше и с охлаждеьием на 50-135 C ниже температуры фазового превращения, причем одновременно к материалу при- 35 кладывают нагрузку, создающую напряжение от 0,1 дс 0,05 предела текучес и P2) °

Однако реализация данного способа связана с определенными технологи- 40 ческими трудностями, кроме того, он применим только для внутреннего окисления сплавов, легированных элементами с существенно большим сродством к кислороду, чем металл-основа. 45

Наиболее близким к предложенному по технической сути и достигаемому результату является способ химикотермической обработки металлов и сплавов, Включаю.аий диффузионное насыщение с термоциклированием при нагреве до 0,6-0,7 температуры плавления, выдержки В течение 20-30 мин, последующем охлаждении на 150-200 С и выдержки в течение 15-20 мин с повторением цикла 10-12 раз (3 J. 5S

Однако указанный режим химикотермической обрабо ки не обеспечивает внутреннего окисления металлов и сплавов при нагреве в окисляющей среде. 6О

Целью изобретения является повышение предела прочности металлов и сплавов путем внутреннего окисления, Для достиженья поставленной цели согласно способу,.Имико-термической обработки металлов и сплавов, включающему диффузионное насыщение путем циклического нагрева выше 0,6 температуры плавления и подструживания с выдержками при этих температурах, подстуживание производят до 0,3-0,4 температуры плавления с выдержками при нагреве и подстуживании 3-5 мин.

При этом нагрев осуществляют до

0,65-0,85 температуры плавления.

Нагрев, выдержку и подстуживание осуществляют в воздушной среде.

Способ осуществляют следующим образом.

Материал нагревают до температуры

0,65-0,85 T. пл., выдерживают при. этой температуре 3-5 мин, охлаждают до температуры 0,3-0,4 T. пл. и выдерживают при этой температуре

3-5 мин, после чего цикл обработки повторяют снова. Для внутреннего окисления большинства технически чистых металлов и сплавов необходимо провести 5-10 таких циклов термообработки. При меньшем числе циклов содержание окислов в материале настолько мало, что почти не улучшает его механических свойств, а при большем числе размер частиц окислов превышает оптимальный, что приводит к потере металлом пластичности. Выдержка при верхней и нижней температуре необходима для полного протекания . диффузионных процессов.

На фиг. 1 изображен характер зависимости времени внутреннего окисления и предела прочности после внутреннего окисления от температуры охлаждения для стали 45, на фиг. 2 характер зависимости предела прочности детали из стали 45 от числа циклов термоциклической обработки и времени иэотермической выдержки.

Термоциклирование периодически меняет границы растворимости кислорода в обрабать|ваемом металле. Циклический характер изменения температуры приводит к возникновению избыточной концентрации кислорода при охлаждении материала.

Изотермический отжиг при Т = 0,30,4 обеспечивает достижение состояния, при котором возникает избыточная концентрация кислорода в металле и образуются мелкодисперсные включения ОкислОВ d -Fe< 0> . При T О, 3 образование сегрегатов и второй фазы в металле протекает крайне медленно (кривая 1) и прирост предела прочности невелик (кривая 2). Увеличение Т ) 0,4 приводит к образованию крупнодисперсных включений окисной фазы, что приводит к снижению преде-. ла прочности (кривая 2).

Оптимальное число цикЛов термоциклической обработки составляет, например, для стали 45 8-10 циклов и подобрано таким образом, чтобы

1046331

Материал т„,к т„„

Вьщержка, Число мин ци клев

Пуиуост Наличие щючиос- и состав . тя, % окислов эрмано-железо, Т. пл.

1813 К

454

1000

1180

544

2 3

aL -Fe>0 о -Fe 0

1360

634

725.

1540

1600

Сталь 45 пл.

1773 К

1000

443

1152

532

eL -Fe 0

1329 621

1507

710

10

О(.. Р е 0

800

1600

340

750

Медь МО

Т. пл.

1356 K

Си о Сц 0

407

881

Сио, Си о

474

1017

1153 542

Cu0 Cu 0

1280

600

660 308

Латунь Л59, Т, лл.

1173 K

352

762

CuO, ZnO

CuO ZnO

CuO ZnO

880

410

997 469

1100

527 получить оптимальный размер включений окисла, максимально повышающий, механические свойства материала. При числе циклов обработки меньшем нижнего предела, размер включений меньше оптимального и прирост прочности невелик (фиг. 2). При числе циклов обработки большем верхнего предела, размер включений больше оптимального и прочность материала понижается (фиг. 2).

Оптимальное время изотермической выдержки при Т = 0,3-0,4 и Т = 0,650,85 составляет 3-5 мин (фиг. 2).

При выдержке менее 3 мин диффузионные процессы в материале не успевают произойти в полной мере в виду их небольшой скорости, частицы окислов оптимального размера образоваться не успевают и прочность материала возрастает незначительно (фиг. 2). Выдержка более пяти минут приводит к снижению прочности (фиг. 2), ввиду того, что размер включений превышает оптимальный.

Пример. Эксперименты проведены на образцах нэ армако-железа,стали 45, меди МО, латуни Л59. Обработке подвергались по 5 образцов иэ каждого материала. Они имеют форму

5 пластины с размерами 30х30х3 мм. Обработку осуществляют на воздухе. После обработки производят металлографический и рентгеноструктурный анализ.

Результаты испытаний приведены в

10 таблице.

При обработке согласно известному способу внутреннего окисления и повышения прочности обработанных матери;алов не обнаружено.

Таким образом, предложенный способ поваааает прочность металлов и сплавов на 19-22%.

По сравнению с известными способами внутреннего окисления предложенный способ сокращает время обра ботки в 7,5-17,5 раза, снижает стоимость электроэнергии и оборудования на 35-40%.

1046331

Уис а щитаl ud udumwu д У ю л д Ф Х t еж фюзи Рый;амму

47иг. Г

Составитель P. Клыкова

Редактор A. Шандор Техред М.Гергель

Корректор A. Повх

Заказ 7669/26 Тираж 956

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4