Способ химико-термической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к химико-термической обработке сталей и сплавов, и может быть использовано в машиностроении , энергетике и т.д. Цель интенсификация процесса химико-термической обработки стальных изделий. Способ химико-термической обработки стальных изделий включает нанесение слоя железа толщиной 30-40 мкм, нагрев до температуры насыщения и выдержку в насыщающей среде в течение 30-60 мин, причем нанесение слоя железа и выдержку в насьш1ающей среде повторяют последовательно несколько раз, при этом толщину каждого последующего слоя железа уменьщают в 1,5-2,0 раза. Способ позволяет в 1,4- 1,7 раза уменьшать время, необходимое дпя получения на поверхности изделия диффузионного слоя. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д 4 С 23 С 12/00

ГОСЩАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4238140/31-02 (22) 04.05.87 (46) 30.03.89. Бюл .¹- 12 (71) Институт металлофизики АН УССР (72) Д,С.Герцрикен, В,M.Òûøêåâè÷, В,И.Фальченко и Т,В.!Орик (53) 621.793.669.585.5(088.8) (56) Патент ГДР ¹ 0152946, кп. С 23 С 11/00, 1981, (54) СПОСОБ ХИ1ЯКО-TEPNИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАПЬНЫХ ИЗДКЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке сталей и сплавов, и может быть использовано в машиностроении, энергетике и т.д. ЦельИзобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке сталей и сплавов, и может быть использовано в машиностроении, энергетике и т,д.

Цель изобретения — интенсификация процесса химико-термической обработки стальных изделий.

Способ химико-термической обработки стальных изделий включает нанесейие слоя железа толщиной 30-40 мкм, нагрев до температуры насьпцения и выдержку в насыщающей среде в течение

30-60 мин, причем и нанесение на обрабатываемую поверхность слоя железа и выдержку повторяют последовательно несколько раз, при этом толщину каждого последующего слоя железа уменьшают в 1,5-2 раза, Периодическое нанесение на поверхность обрабатываемого изделия железа

ÄÄSUÄÄ 1468965 А1 интенсификация процесса химико-термической обработки стальных изделий.

Способ химико-термической обработки стальных изделий включает нанесение слоя железа толщиной 30-40 мкм, нагрев до температуры насыщения и выдержку в насыщаюшей среде в течение

30-60 мин, причем нанесение слоя железа и выдержку в насьпцающей среде повторяют последовательно несколько раз, при этом толщину каждого последующего слоя железа уменьшают в

1,5-2,0 раза. Способ позволяет в 1,41,7 раза уменьшать время, необходимое для получения на поверхности иэделия диффузионного слоя, 3 табл. позволяет сократить общую длительность процесса химико-термической обработки.

Способ осушествляют следующим образом, Обрабатываемое изделие помещают в устройство для насыщения, нагревают до температуры насыщения и выдер живают в насыщающей среде при этой температуре в течение 30-60 мин.

По окончании выдержки на обрабатываемую поверхность. наносят слой железа толщиной 30-40 мкм, после чего иэделие снова подвергают насыщению при повышенной температуре. Выдержку в насышающей среде и нанесение на поверхность изделия железа повторяют последовательно и многократно, при этом толщину каждого очередного наносимого слоя железа уменьшают в

1,5-2 раза.

При насыщении поверхности металлических изделий увеличение в припо-. верхностном слое концентрации насыщающего элемента приводит к снижению градиента химического потенциала и, 5 как следствие, уменьшению скорости насыщения. Нанесение на поверхность обрабатываемого изделия тонких слоев железа способствует восстановлению ! градиента химического потенциала насыщающего элемента до первоначального уровня, а также диффузии насыщающего элемента в нанесенный слой из уже насыщенного слоя. Таким образом дости-!5

rается поддержание максимальной скорости насыщения а также увеличение концентрации насыщающего элемента по глубине диффузионного слоя, Экспериментально установлено (см. табл.1), что для получения необходимой глубины и состава диффузион. ного слоя первоначальная толщина наносимых на поверхность слоев железа должна составлять 30-40 мкм. 25

Пример, Проводили азотирова-. ние стали 4ХЗВФ и цементацию Ст10, Из каждой стали изготавливали по 4 группы образцов размером 30 30 5,0 мм

Обрабатываемые образцы помещали в нержавеющую трубу, находящуюся в трубчатой печи, нагретой в случае аэотирования до 580 и до 930 С при цементации, В качестве насыщающих сред использовали аммиак и природный газ. После нагрева до температуры насыщения образцы выдерживали в насы щающей среде 40 мин при азотировании и 30 мин при цементации. Затем методом испарения в вакууме на образцы наносили железо толщиной 30 и 40 мкм соответственно на сталь 4ХЗВМФ и

Ст10., Насыщение и нанесение на обрабатываемую поверхность железа в случае аэотирования повтОряли два 45 раза, а при цементации — пять раз.

Для образцов первой группы толщину каждого последующего напыляемого слоя железа уменьшали в 1,4, второй — 1,5, третьей — 1 8 и четвертой — 2,5 раза.

Для сравнения проводили азотирование и цементацию таких же образцов по известному способу. Результаты представлены в табл.1.

Из приведенных в табл.! данных видно, что предложенный способ по сравнению с известным позволяет более чем в 1,4-1,7 раза уменыпить время, необходимое для получения на поверхности изделия диффузионного слоя необходимого состава. В результате сокращается время пребывания изделий при повышенных температурах, что позволяет избежать образования хрупких фаз, В табл.2 и 3 представлены физикомеханические характеристики диффузионных слоев: микротвердость, износостойкость и коррозионная стойкость.

Износостойкость определяли при нагрузке 3,5 кг скольжением во вкладышах из серого чугуна. Площадь трущихся поверхностей составляла около 8 см . Износ учитывали по убыли

z веса образцов с точностью до 0,1 мг при совершении образцом 10 оборотов.

Коррозионную стойкость опредетили по измерению окалиностойкости сплава при 900 С в течение 200 ч.

Видно, что для обрабатываемых сталей после обработки по предложенному способу физико" механические характеристики несколько выше. Это улучшает их эксплуатационные свойства.

Формула изобретения

Способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий нанесение слоя железа толщиной 3040 мкм, нагрев до температуры насыщения и выдержку в насыщающей среде втечение 3060мин, о тли ч аюшийся тем, что, с целью интенсификации процесса химико-термической обработки, нанесение слоя железа и выдержку в насыщающей среде повторяют последовательно несколько раэ, при этом толщину каждого последующего слоя железа уменьшают в 1,5-2,0 раза.

1468965

Т а б л и ц а 1

Цементирование Ст10

Азотирование стали

4ХЗВМФ

Длительность обработки, ч

Глубина диффузионного слоя, MM

По предложенвест0,270

l,45

3 5

5 3

Таблица 2

Окалиностойкость, Износостойкость мг/см убыль веса, мг

Азотирова- Цементиние рование

Азотирова- Цементирование ние

217 8,7 9,3

214 8,9 9,)

215 817 9в2

219 9,1 9,8

По предложенвест235

231

9,2!

Таблица 3

Способ обработки

Микротвердость

Предлагаемы Известный

Азотирование

На поверхности

На глубине 100 мкм

На глубине 200 мкм

980-10100 9700-10100

9100-9300 7900- 8400

7300-7800 5600-6100

Цементирование

7800-7850

5100-5300

2800-3)00

На поверхности

На глубине 500 мкм

На глубине 1000 мкм

Режим обр аботки ному способу

По изному способу

Режим обработки ному способу

По изному способу

Группы образцов

Группы образцов

Глубина диффузионного слоя мм.

0,308

0,312

093)0

0,280

21)

213

212

213

Длительность обработки, ч

2,5

2,5

2,5

2,5

l,47

1,56

l,45

1,38

7800-7900

3800-3900

1800-2100

3,0

3,0

3,0

3,0