Никель-хромистый алюминид и способ его получения

 

325 А1 союз coca coax.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (}1) (5D4C 22 С 1 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4080323/31-02 .,(22) 28.04.86 (46)30.07 ° 89. Бюл. И 28 (71) Институт химии Уральского научного центра АН СССР и Институт металлургии Уральского научного центра

АН СССР (72) В.Л.Зяэев, Н.А.Ватолин, С.И.Алямовский, В.Я.Буланов, А.Д.Неуймин и Л.В.Смирнов (53) 621.785.51(088.8) (56) Taylor A., Doyle N.J. Further

Studies of the -Nickel Aluminium System. J. Appl. Crystallogr. 1972, ч. 5, N 3, р ° 201-209.

Изобретение относится к новьм химическим соединениям, конкретно к никель-хромистому алюминиду состава

NiA1(„,Сг„,, который может быть использован в качестве упрочняющего материала для лазерного легирования различных марок конструкционных сталей.

Цель изобретения состоит в получении нового химического соединения никель-хромистого алюминия состава

N1A1 Cxp, которьпЪ обладает повьппенной твердостью, позволяющей использовать это соединение в качестве материала для лазерного легирования конструкционных сталей.

Способ получения предлагаемого соединения заключается в следующем.

2 (54) НИКЕЛЬ-ХРОИИСТЫП АЛНИИНИД И

СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (54) Изобретение относится к новому химическому соединению — никель-хромистому алюминиду состава NiA1, Сгд, и способу его получения, который может быть использован в качестве упрочняющего материала для лазерного легирования изделий иэ конструкционных сталей. Никель-хромистый алюминид получают путем сплавления никеля, алюминия и хрома в соотношении

1: 1, 03:О, 14 при 1475-1525 С в вакууме (10 4 в 5 10 4) мм рт.ст. в течение 30-40 мин, охлаждения со скоростью 10-100 С/с с последующим отжигом при.1190-1210 С в течение 2022 ч. 2 c .ï. ф"лы, 1 табл.

Исходные материалы чистотой не менее 99,99% по основному металлу помещают в алундовый тигель и сплавляют. Температура плавки составляет

1475-15250С,время выдержки расплава

30-40 мин, в куум (1-5) 10 мм рт.ст., скорость охлаждения алундового тигля с расплавом 10-100 С/с без снятия saкуума до комнатной температуры. Затем проводят вакуумный отжиг при 11901210 С с выдержкой в течение 20-22 ч.

В результате такой обработки обра- 3 зуется компактный, хрупкий, блестящий материал, обладающий высокой микротвердостью, равной 900+10 кгс/мм2.

Полученный монолитный материал затем подвергается механическому измельчению с последующей классифика3 13893? цией по крупности от — 120 до + 50 мкм для проведения газотермического (плазменного) нанесения на подложку из сложной хромо-никелевой стали.

Газотермическое нанесение материала на стальную подложку состоит из операций дробоструйной очистки рабочей поверхности металла, ее обезжиривания, нагрева до 140 †1 С и нанесения покрытия толщино" 250 300 мкм из порошка указанной крупности за несколько проходов головки плазматрона.

Зта операция обеспечивает адгезию напыленного слоя к плоской матрице 15 не менее 4 (5) кгс/мм с последующим удержанием его на металле в зоне лазерной обработки, проводимой с помощью лазера типа ЛТН-103 или СО—

Ф лазера типа ЛТ- 15. 20

Получение никель-хромистого алюминида и его применение для лазерного легирования сложной хромо-никелевой стали иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В алундовый тигель помещают навески чистых компонентов никеля в количестве 6,250 r, хрома

0,800 r, алюминия 2,950 r. Тигель ставят в вакуумную индукционную печь 30 с кварцевой трубой и медным водоох- лаждаемым индуктором. Создают вакуум, равный 1 10 мм рт.ст., расплавляют навеску, доводя содержимое тигля до температуры 1475 С, и проводят вы- 35 держку в течение 40 мин для полной гомогенизации расплава. Затем, снимая электрическую навеску и сдвигая индуктор, охлаждают расплав в тигле со скоростью 10 С/с. После этого . 40 проводят гомогенизирующий отжиг в вакууме, равном 1 ° 10 мм рт.ст., при температуре 1190 С с выдержкой в течение 20 ч и охлаждением с печью. 45

По данным химического и рентгенографического анализа получают никель-хромистый алюминиад состава

NiA1 1 оз Сг о, 14 т кри<- таллизующий<- я 50 в гексагональной сингонии с периодао ми решетки а = 4,029 + 0,005 А, с = 4,901 + 0,005 А.

Рентгенографические характеристи55 ки соединения И1А1 „ Сг „ представлены ниже.

Рентгеиографические характеристики заявляемого соединения

Микротвердость N iAI „ Cr o < < равна 890 кгс/мм . Затем полученный материал подвергают механическому измельчению и классификации по крупности от — 120 до + 50 мкм. Далее порошок указанной крупности путем газотермического (плазменного) напыления наносят на предварительно обработанную и нагретую до 150 С поверхность стали марки 4ХНЗВФ, получают покрытие толщиной 250 мкм и с помощью твердотельного лазера типа

ЛТН-103 проводят лазерное легирование этой стали. При этом, как видно из таблицы, в поверхностном слое металла образовалась обычная для данного вида процесса зона интенсивного массообмена с коэффициентом легирования основного металла около 0,3 (за счет элементов покрытия) и расположенная под ней зона микродиффузии основной матрицы, обогащенная никелем. Глубина этой зоны составляет

540 мкм средняя микротвердость

720 кгс/мм, против 447 кгс/мм у глубинных слоев матричного металла ст.4ХНЗВФ.

Пример 2. Проводят все, как описано в примере 1, но создают ва-4 куум 5. 10 мм рт. ст., доводят темпе5

NiAT. „С

4,9

3,48

2,83

2,01

1,866

1, 745

1,646

1,478

1,420

1,320

1, 273

1, 224 I, 192

1, 162

1, 133

1,046

1,025

1,008

1,006

1,003

0,988

0,901

0,899 а = 4,0291

+ 0,005 А

1/1

6,3

46 (00

24

7

72

4

3

60.

17

9

6

23

19 с = 4,901+

+0005А

5 13893 ратуру тигля до 1525 С и выдерживают его в течение 30 мин, охлаждают расплав со скоростью 10 С/с. Гомогенизирующий отжиг проводят в вакууме

-4 5

5 10 мм рт. ст. при температуре

1210 С в течение 22 ч.

Получают никель-хромистый алюминид состава NiAI, Cr,, . кристиллизующийся в гексагональной сингонии с периодами решетки а = 4,029 + 0 005 А, с = 4,901 + 0,005 A (см.таблицу).

Микротвердость соединения

NiAI, Сгр„ равна 900 кгс/мм

Средняя микротвердость зоны микро- диффузии, полученная при лазерном легировании ст.4ХНЗВФ этим соединением, равна 790 кгс/мм, Только указанные условия обеспечивают получение однофазного соедине- 20 ния состава NiAI Cr р, . Так, сниГ о жение температуры плавки ниже 1475 С, уменьшение времени выдержки менее

30 мин и скорости охлаждения менее

10 С/с приводит к неоднофазности 25 кристаллизующегося сплава (количество второй фазы по данным микрорентгеновского анализа превышало 2-3X).

Повышение температуры плавки выше

1525 С и увеличение времени выдержки 30 более 40 мин, а скорости охлаждения свыше 10 С/с приводит к существен о ному отклонению от заданного содержания алюминия и вновь к выпадению второй фазы при кристаллизации, что отмечалось и при рентгенографическом анализе полученного сплава.

П. р и м е р 3. В алундовый тигель помещают навески чистых компонентов никеля в количестве 6, 250 г, хрома

0,800 г, алюминия 2,950 r. Тигель ставят в вакуумную индукционную печь с кварцевой трубой и медным водоохлаждаемт м индуктором. Создают вакуум, равный 3 10 мм рт.ст., расплавляют

Ь5 навеску, доводя содержимое тигля до температуры 1500 С, и проводят выдержку в течение 35 мин. Затем, снимая электрическую нагрузку и сдвигая индуктор, охлаждают расплав в тигле со скоростью 5 10 С/с. После этого проводят гомогенизирующий отжиг в

Ф вакууме, равном 3 10 мм рт.ст. при

25 температуре 1200 С вылержкой н тc. ление 21 ч и последующим охлаждением с печью. По данным химического и рентгенографического анализа получают никель-хромистый алюминид состава NiAI I ä Cr ð I<, кристаллизующийся в гексагональной сингонии с периодами решетки а = 4,029 +

+ 0,005 А, с = 4,901 «+. 0,05 А. Микротвердость соединения М1Л1, „ Cr„ « равна 900 кгс/мм . Средняя микротвердость зоны микродиффузии, полученная при лазерном легировании ст. 4ХНЗВФ этим соединением, равна

700 кгс/мм

Таким образом, новое химическое соединение никель-хромистый алюминид состава NiAI„,> Cr,<< позволяет упрочнить поверхностный слой конструкционных сталей при использовании его в качестве легирующего материала при лазерном легировании стали.

Средняя микротвердость ст, 4ХНЗВФ составляет . 380 кгс/мм Z

1 средняя микротвердость поверхностной ! зоны этой стали после простой лазер ной закалки равна 506 кгс/мм (при

1 толщине закаленного слоя 210 мкм) . Средняя микротвердоть зоны микролегирования этой же стали после лазерного легирования с использованием никель-хромистого алюминида лредла— гаемого состава равна 720 кгс/мм при глубине слоя 540 мкм (прл том же режиме лазерной обработки).

Формула и з о б р е т е н и я

1. Никель-хромистый алюминид состава Nihl „р Crä, в качестве материала для лазерного леглрования конструкционных сталей.

2. Способ получения никель-хромистого алюминида, заключающийся в сплавлении никеля, алюминия и хрома в соотношении 1:1,03:О, 14 лри 14751525 С в вакууме (10 -5.10 мм. рт.ст. в течение 30-40 мин, охлажо дении со скоростью 10-100 С/с и последующим гомогенизнруюшем отжиге при 1190-1210 С в течение 20-22 ч.

1389325

Химический состав зон металла, полученный зондом диаметром

1 мкм при няпряжении 25 кВ, при точечном сканировании зоны лазерного легирования в сопоставлении с замерами микротвердости

Состав металла, мас.%

Расстояние от по11э тоМикротвердость

H ol кгс

РасстояЗоны металла чек зонние подирования верхности верхности

Ni M V

А1

Cl меметалла, мкм таллаэ мкм

0,4 0,1

Зона интенсивного массооб0,2 О, 1

0,2 Oi 1 мена — напыленный слой " матричный . металл

0,3 0,1

0,3 0,,1

6 550 1,1 94,8 0,1 3,3

7 620 1 2 95 О - 3 О

Светлая эона матричного металла — эона микродиффуэни

2,8

720 1,2 95,5

930 1,2 95,7

930 1,2 95,7"—

2,7

2,6

2,7

1020 1,1 95 8

1120 1,1 96,0

Глубинные слои матричного металла

2,7

1210 1,1 95 6

2,7

2э7

1320 1,1 95,6

1410 1, 1 95,7

2,7

* Среднее — 720

** среднее — 447

Средний прирост микротвердости зоны микродиффузии к твердости глубинных слоев металла составляет 61, 1%э глубина зоЛы 540 мкм

Составитель О.Голыкникова

Техред И.Ходанич

Коректор Т.Палий

Редактор Е.Месропова

Заказ 4911 Тираж 576 Подписное

ВЩПНП1 Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

11 tl

Производственно-издательский комбинат Патент . г.ужгород, ул. Гагарина,101

150 Зэ3 65э3 1э3 29э5

250 Зэ3 65э1 1э3 30эО

350 33 670 14 780

420 3 2 64 8 1 9 29 7

450 3 1 68 3 1 5 26 7

44 306

120 258

183 258

258 258

357 306

397 579

429 757

0,3 О, 1 483 757*

0,6 О, 1 546 579*

Оэ 4 Оэ 1 630 757*

0,4 0,2 765 757*

0,3 О, 1 828 757*

918 673*

0,2 0,1 . 1023 579**

О, 1 О, 1 1188 458**

О, 3 О, 1 1218 458**

0,3 О, 2 1278 371**

О, 2 О, 1 1428 371**