Способ получения комплексных покрытий на стальных деталях

 

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к способам получения покрытий на стальных деталях. Цель изобретения - повышение износостойкости покрытий и интенсификация процесса обработки. Процесс получения комплексных покрытий ведут по двухступенчатому режиму. Сначала производят нагрев в порошкообразной насыщающей среде до 560-720°С с выдержкой в течение 0,6-1,2 ч, затем ведут нагрев со скоростью 0,8-2,4°С/с до температуры 950-1100°С с выдержкой 1,2-1,8 ч и охлаждают со скоростью 1,2-2,4°С/с до температуры в интервале 300-500°С, после чего цикл обработки повторяют от 2 до 8 раз. Обработанные детали имеют наименьшую относительную скорость износа, равную 12,2 г/м<SP POS="POST">2</SP>с. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (5! }5 С 23 С 12/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЦ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 23. 09. 90. Бюл. У 35 (21) 3979952/22-02 (22) 05.12.85 (7l) Научно-исследовагельский институт технологии автомобильной промышленности и Завод-ВТУЗ при

Иосковском автомобильном заводе им. И.А.лихачева (72) И.И.10рков, Е.В.Васильева и НвВ.Степанова (53) 621.785.539 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

l1 1046331, кл, С 23 С -9/04, 1983.

Авторское свидетельство СССР

ll! 989901 кл. С 23 С 9/02, 1982. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ

ПОКРЫТИЙ HA СТАПЬНЫХ ДЕТАПЯХ (57) Изобретение относится к химико-термически обработке металлов и сплавов, в частности к способам по! I

Изобретение относится к металлур.гии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, в част ности к способам папучения комппексных покрытий на стапьных деталях, и может быть использовано в метаплур- гии, машиностроении, .приборостроении, а также горнодобывающей, нефтедобывающей и нефтехимической промышленности„

Цель изобретения — повышение нэносостойкости покрытий и интенсификация процесса обработки, Способ получения комплексных покръггий Hs стапьных деталях включает предварительный нагрев в порошкооб„„SU„„3452192 А1 лучения покрытий на стальных деталях. Цель изобретения — повышение износостойкости покрытий н интенсифи" кация процесса обработки. Процесс по- лучения комплексных покрытий ведут по двухступенчатому режиму. Сначала производят нагрев в порошкообраэной насыщакщей среде до 560-720 С с выдержкой в течение 0,6-l 2 ч, затем ведут нагрев со скоростью 0,8-2,4 С/с о до температуры 950-1100 С с выдержкой 1,2-1 8 ч и охлаждают со скоростью 1,2-2,4 С/с до температуры в интервале 300-500 С, после чего цикл обработки повторяют от 2 до

8 pas ° Обработанные детали имеют наименьшую относительную скорость иэ- посв, рввную !2,2 г/м с. 1 в.п..ф-пм, (j)

3 табл.

С::

2 разной насыщающей среде 560-720 С с выдержкой в течение О, 6-1, 2 ч, последующий нагрев до 950-1100 С со скоростью 1

0,8-2,4 C/с с выдержкой в течение

1,2-1,8 ч и охпаждение до 300-500 С со скоростью 1,2-2,4 С/с. После чего цикл обработки повторяют от 2 до

8 раз.

Изделия из стали 3 агружают В кон» в! тейнер из нержавекщей стали, заполненный порошковой насыщающей смесью герметизируют плавким затвором и помещают в злектропечь сопротивления при комнатной температуре, В начале производят нагрев до

560-720 С и выдерживают при этой температуре 0,6- 1 2 ч, При этом в ещество, относящееся к классу углево дородов, например дифенил, разлагается с образованием большого количест«

-5 ва газообразных предельных углеводородов (этан, метан) и некоторого количества двуокиси углерода при взаимодействии с кислородом и водяным паром, содержащимся в.небольших ко-. личествах в объеме контейнера. Взаимодействие продуктов распада углеводородов c хлористым водородом или с другим, гапогеноводородом приводит к образованию газообразного соединения углерода с одним иэ галогенов,. например четыреххлористого углерода, интенсифнцирующего процесс насыщения поверхности обрабатываемого стального изделия углеродом. Выдерж" 2п ка при этой температуре обеспечивает насыщение поверхностного слоя ста-. ли углеродом, что обеспечивает при последующем нагреве ускоренное образование слоя карбида хрома или тита- 25 на и т,п. без понижения концентрации углерода в подспойной зоне ниже уровня исходной концентрации (до обработки), и тем саьым повышает износостойкость покрытия, создавая возможность его эксплуатации пои, более высоких удельных нагрузках. При этом практически не происходит осаждение карбидообразующего элемента (хром и т.п.) на поверхности изделия.

Выдержка при меньшей температуре ! не обеспечивает достаточную скорость диффузии углерода в сталь, увеличивать е время выдержки нецелес«б- 4О разно. Повышение температуры более

720 С приводит K одновременному ос83К депию H карбидообразующего элемента (хром и др.), "при этом скорость диффузии углерода в подслойной зоне также резко снижается.

Выдержка меньшей продолжительности не обеспечивает повышение концентрации углерода в подслое до величины, гарантирующей отсутствие обезуглероживания стали при посггедующем формировании карбидноГо слоя, Увеличение продолжительности выдерж-. ки нецелесообразно, так как при этом достигается существенное повышение

55 . основах эксплуатационных покаэате-! лей материала и покрытия, После науглероживания нагрев про;; .должают со скоростью 0,8-2,4 С/с з 1452192

4 до 950-1100 С с последующей выдержкой в течение 1,„2-1,8 ч.

Указ анная скорость обеспечивает практически отсутствие !перераспределения углерода в подслойной зоне и способствует стабилизации концентрации этого элемента в подслойной soне. Повышение скорости нецелесообразно, так как требует резко увеличить количество потребляемой электроэнергии. Снижение скорости ниже нижнего предела приводит к диффузионному рассасыванию углерода, т,е, идет его диффузия в матрицу, и снижается концентрация в подслойной зоне, что снижает износостойкость покрытия.

При 950-1100 С. происходит осажде- . ние на поверхности изделия карбидообразующего элемента (хром и т,п.) и образование слоя его карбида.

Снижение температуры и продолжительности выдержки не обеспечивает достаточную скорость -осаждения пок рытия и уменьшает его экономичность.

Увеличение температуры нагрева более. . 1100 C приводит к росту зерна стали и снижению ее прочности. Увеличение времени выдержки более 1,8 ч нецелесообразно, так как при этом образуется карбидный слой с меньшей концентрацией углерода, что отрицательно влияет на его твердость и износостойкость в условиях воздействия абразивных частиц, а также вызывает обезуглероживаиие подспойной зоны.

Затем после выдержки при 9501100 С производят охлаждение со ско- . ростью 1,2-2,4 С/с до температуры, лежащей в интервале, равном 300-500 Се

Охлаждение с более выСокой, чем указано, скоростью потребует использовать специальную охлаждазщую cHc" тему а это экономически нецелесообразно.

Более медленное охлаждение вызы-.вает диффузионное перераспределение углерода в карбидном слое, приводящее к снижению его концентрации и, соот- . ветственно, к ухудшению иэносостойкости карбидного слоя и замедиению процесса Формирования покрытия.

При циклическом повторений описанного режима обр аботки при выдержке в области температур 560-720 С карбидный слой насыщается углеродом, который при повышении температуры диффундирует.в слой осаждаемого хрома или других элементов с:последую1452192

Состав нвсняпоеед снеся, несЛ

Длтнаатор а алтае нроваиат сола врбядообрвеуещ я Утлеродосодеряаw eíåíò цее вещество

Ннертне. добавке

Ст Ti Si днище- нафта-1ент- МН И йй Вк Ài,ое Hg0 ил, лея рацея 1 й

1 бо l 2 о,а осталаное и . - 55 о,а

0,5 остелаяое щим формированием его карбидов и т,д.

Таким образом, циклирование приводит к ускоренному росту карбидного слоя без снижения концентрации углерода в подслойной зоне. Наряду с этим циклический характер температурного режима насыщения с периодическим охлаждением ниже 300-500 С обеспечивает формирование карбидного слоя с более дисперсной структурой, вели чина карбидных кристаллов при этом значительно меньше, чем в случае на" сыщения в нециклическом режиме.

Минимально возможное количество циклов соответствует двум, а максимапьное восьми, При циклировании более восьми раз снижается эффективность процесса. Это объясняется тем, что насыщающая смесь черезмерно истощится, и снижается концентрация активного углерода, что ведет к увеличению времени выдержки в каждом цикле, и в целом необоснованно удлиняет процесс, снижая его производител ьность .

Пример. Готовят описанным способом конкретные составы порошкообразных смесей, которые приведены в табл.1.

Режимы получения комплексных покрытий с .использ ованием, приведенных в табл.1 смесеи, даны в табл.2.

Обработке подвергают цилиндрические образцы высотой 5 мм и диаметром

15 мм, выполненные иэ стапей бХ4И2ФС и У8.

Ддя осуществления процесса используют контейнеры из нержавеющей стапн Х23И18 с герметизирующим ппавким затвором из натриевосиликатной

Глыбы.

После осуществления химико-термической обр аботки по указ анным в

Э » «65 " 30 табл,2, режимах образцы исследуют по общепринятым методикам для определения физико-химических свойств.

Сравнительный анализ физико-хими- ческих свойств покрытий, полученных предложенным и известным способами, педставленный в табл.3 показыва" ет, что при равной общей продолжительности процесса.диффузионного на" сыщения в случае циклического режима нагрева (дна цикла) скорость формирования повышается в 1,3-1,4 pasa, Увеличение количества циклов при

15 равной общей продолжительности насыщения приводит к ускорению процесса до трех раз. При этом сохраняется высокая насыщающая способность сме- сей.

20 . Кроме того, предлагаемый способ попоньпчает износостойкость в 2,0-2,9 раза и обеспечивает отсутствие обеэуглероживания подслойной зоны, 25Формула изобретения

I . Способ получения комплексных покрытий на стальных деталях, включа" ющий предварительный нагрев в поролкообраэной насыщалцей среде и выдержку, последующий нагрев до 950-1100 С и выдержку в течение 1,2-1 8 ч с носледующим охлаждением, о т л н ч а юшийся тем, что, с целью повьпчения износостойкости покрытий и ин" д5 тенснфнкацни процесса обработки, обработку ведут циклически, при этом предварительный нагрев осуществляют до 560-720 C с выдержкой в течение

0,6-1,2 ч, последующий нагрев провоо

40 дят со скоростью 0,8-2,4 С/с и ozлаждение до 300-500 С со скоростью . о

1,2-2,4 С/с„.после чего цикл обработки повторяю.. многократно., 2. Способ по п.l о т л и ч а ю45 шийся тем, что цикл обработки повторяют о". 2 до 8 раэ.

Т вол яд а!

1452192

Ревим кимико-термической оора6Ьтки

При- натериал мер основы

Номер .состава

Сковыдеркка ость иауги ерохиваиие рост оквак деви Сй.

1 8 1 ° 2 500

2 560 ) 2 2 ° 4

950

Пред- 6ХАИ2ФС по» венНфй

l 8, 400

1000 . 1у5

650 1,0. 1,5

1100 1,2 2,4 300

720 0,6 0,8 .

0,9 2,0

400

450

l 6

980

580

3 600

1000

1в1 2е1

6Х4Н2ФС 4 630 0е9 1 е5

1,4 2 в2 350

1020

1,75 2,2 450 2

2 720

1 800

1050

1,2 1,8

3,5

1050 3 е5

Ивв ест — "ьй

1,0 1,1

2 540 l в3 0 ° 7

1150

Опытвый ° о..

1,1 : 2 5 280 2

Т аблиф аЯ

750 0,5 0,7

Физико-механические и физико-химические свойства

Пример

12,6 2200

16,1 2160

4,7 420

5ю2 560

12е5 °

560

18,3 2!80

450

790

28,8 2140

31,2 2170

5,8 450

5,4 460

39,8 2230

4,3 740

3,8 640 1 5,9 2190

6,5 640

3,9 180

12,3 2820

6,8 1890

180

640 35 12 88 1 680

10 . 20 5 2280

Толщина карбидного слоя, их и

Иикротвердость карбидного слоя, НУ

Средняя высота карбидных кристаллов, ики

Твердость материала основы, НУ

Наименьшая твердость в нодслой ной (обезуглероженной) зоне, НУ

Темпе" р атур а

Начала

CB Ogyl0 щего цикла с

1лубина обезуглерож ной

sоны ики тноси» епъная. корость з нос а

/мес.