Состав для комплексного насыщения стальных изделий

 

Изобретение относится к области химико-термической обработки углеродосодержащих сплавов в порошковых средах и может быть использовано в машиностроительной промышленности. Целью изобретения является снижение температуры процесса, повышение износостойкости и коррозионной стойкости покрытий.Состав для комплексного насыщения дополнительно содержит оксид карбидообразующего элемента УА-У1А группы и сажу,а в качестве титансодержащего вещества - рутил при следующем соотношении компонентов, мас.%: рутил 5-6

оксид алюминия 38,5-39,5

алюминий 18 -20

оксид марганца 27-30

оксид карбидообразующего элемента УА-У1А группы 5-6

хлористый аммоний 1,5-2

сажа 0,5-1. Это позволяет в 1,1-1,3 раза повысить износостойкость карбидных покрытий. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК о

Ai (19) 80 (11> 1 4 (584 С 23 С 10 52

3 Гбл" -чЧ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

D 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4315976/31-02 (22) 12. 10.87 (46) 07.05.89. Бюл. ¹ 17 (71) Белорусский политехнический институт (72) Л.Г.Ворошнин, А,А.Шматов, Б.Б.Хина и О.А.Хохлова (53) 621.785.51.06(088.8) (56) Шматов А.А. Исследование и оптимизация процессов многокомпонентного диффузионного насыщения сталей и чугуна карбидообразующими элементами. Дис. канд, техн. наук.

Минск, 1983, 222 с. (54) СОСТАВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО НАСЬПЦЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области химико-термической обработки угле"родсодержащих сплавов в порошковых

Изобретение относится к химикотермической обработке углеродсодержащих сплавов в порошковых средах и может быть использовано в машиностроительной промьппленности.

Целью изобретения является снижение температуры процесса, повышение износостойкости и коррозионной стойкости карбидных покрытий.

Состав, включающий оксид алкминия, оксид марганца, титансодержащее вещество, алюминий и хлористый аммоний, дополнительно содержит смесь сажи и оксида карбидообраэующего элемента VA-VIA группы, а в качестве титансодержащего веществасредах и может быть использовано в машиностроительной промышленности.

Целью изобретения является снижение температуры процесса, повышение изыосостойкости и коррозионной стойкости покрытий. Состав для комплексного насыщения дополнительно содержит оксид карбидообразующего элемента VA-VIA группы и сажу, а в качестве титансодержащего вещества— рутил при следующем соотношении компонентов, мас.7.: рутил 5-6; оксид алюминия 38,5-39,5; алюминий 18-20, оксид марганца 27-30; оксид карбидообразующего элемента VA-VIA группы

5-6; хлористый аммоний 1,5-2; сажа

0 5-1. Это позволяет в 1,1-1,3 раза повысить износостойкость карбидных покрытий. 3 з.п. ф-лы, 1 табл. рутил при следующем соотношении компонентов, мас.7

Рутил 5-6

Оксид алюминия 38,5-39,5

Алюминий 18-20

Оксид марганца 27-30

Оксид карбидообразующего элемента VAVIA группы 5-6

Хлористый аммоний 1,5-2

Сажа О, 5-1

В качестве оксида карбидообразующего элемента состав содержит оксид ванадия, хрома или молибдена.

1477780

Соотношение активных компонентов предлагаемой насьпцающей смеси составляет, мас.%;

Рутил 12,5-15

Оксид марганца 70-75

Оксид карбидообразующего элемента VAVIA группы 12,5-15 1О

Оксид алюминия является инертной добавкой насьпцающей смеси и служит для предотвращения ее спекания, а также для повышения чистоты поверхности обрабатываемого иэделия. 15

Алюминий (порошок) является восстановителем оксидов насьпцающих элементов (титана, марганца, карбидообразующего элемента VA-VIA группы, железа) до чистых металлов °

После восстановления алюминием

Nn0 является поставщиком атомов марганца, Сг О, — поставщиком атомов хрома, V Π— поставщиком атомов ванадия, MoO — поставщиком атомов 25 молибдена, рутил, содержащий 90% оксида титана и 10% оксида железа,поставщиком атомов титана и железа.

Сажа С является носителем активного углерода и способствует увеличению толщины слоя на углеродистых сталях при более низких температурах процесса насьпцения„

Хлористый аммоний является активатором процесса и служит для создания газовой фазы на основе хлоридов насьпцающих элементов.

В качестве исходных веществ, входящих в состав насьпцающих смесей, применяют порошки крупностью 100—

300 мкм.

Процесс диффузионной обработки в предлагаемом составе проводят при

800-950 С в течение 4-6 ч в контейнерах с плавким затвором без исполь- 45 зования вакуума или защитных атмосфер.

Дополнительное введение в состав титанмарганцирующей смеси рутила и карбидообразующего элемента VA †V

50 группы способствует формированию на стали диффузионных слоев с повышенным содержанием карбида титана„ отличающегося высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью, хотя насыщающая смесь состоит преимущест55 венно из марганца. Полученные в предлагаемом составе диффузионные слои содержат, кроме карбида титана, карбиды марганца и железа, легированные другими карбидообразующими элементами, и поэтому разработанные карбидные покрытия отличаются высокой работоспособностью и пластичностью.

Различие в коррозионной стойкости и износостойкости диффузионных карбидных слоев при дополнительном введении в титанмарганцирующую смесь оксидов карбидообразующих элементов (Cr, V, Мо) обусловлено разным соотношением карбида титана и карбидов марганца с железом, легированных другими карбидообразующими элементами, Дополнительное введение в известный состав рутила и сажи способствует ускоренному росту карбидного слоя при более низких температурах процесса. Наличие в составе рутила железа ускоряет диффузию легирующих элементов и снижает энергию образования карбида титана, Дополнительное введение активного углерода в смесь обуславливает более быстрое взаимодействие его с титаном на поверхности обрабатываемого металла. В результате на стали образуется карбидный слой толщиной 75 мкм и более при

О температуре процесса 950 С (т. е. на о

100 С ниже, чем при использовании известного состава).

Пример. Диффузионное ванадийт: танмарганцирование, хромотитанмарганцирование и молибденотитанмарганцирование стали в предлагаемой порошковой среде осуществляют в контейнео ре с плавким затвором при 950 С в течение 5 ч, Данные по абразивной износостойкости, коррозионной стойкости диффузионных карбидных слоев и режимы их получения приведены в таблице.

Испытания абразивной износостойкости диффузионных слоев проводят на машине типа ХБ-4 при скорости вращения абразивного круга бО об/мин и радиальной подаче испытываемого об— разца 1 мм на каждый оборот. Образцы диаметром 5 мм и высотой 15 мм изнашивают торцовой поверхностью о шлифовальную шкурку марки 720х100

П1 14АЮН НМ при статической нагрузке

0,98 >Па, Абразивную шкурку используют однократно.

Показатель относительной износостойкости К, карбидных покрытий при, 1477780

5-6

Состав

Содержание компонентов, мас..

Коррозионная стойвьппее стойен

12 03

0 ок ян4С сти, кость ита оде

ЙЩЮ еще тво ст

Скорость коррозии в ЗХ-нам

NaCl, 50ч, г/м2 ч

Известный

2

Предлагаемьй

4

6

0,064

0,068

950

Va0s

6. 1,5

5,5 1,75

5 2

4,5 2,5

3 2

7 2

Рутил

5,5

4,5

38,5 20 27

39 19 28 5

39,5 18 30

40 17 31 5

39,5 18 30

З9,5 18 ЗО

32

32

34

1,3

21

1,1

О, 049

0,045

0,038

0,073

0,071

0,082

1 950

0,75 950

0,5 950

0,5 950

0,5 950

5

5

5 5 абразивном изнашивании определяют по формуле где b, m, — потеря массы образца без покрытия; йтп — потеря массы образца с покрытием.

Коррозионную стойкость образцов с карбидными слоями в ЗХ-ном водном растворе поваренной соли оценивают

По потере массы за единицу времени, отнесенную к единице площади, нахо дящейся в контакте с коррозионной средой, по общепринятой методике °

Показатель коррозионной стойкости берут как усредненное значение 3

5 опытов, Таким образом, использование предлагаемого состава позволяет повысить по сравнению с известным составом износостойкость карбидных покрытий в 1,1-1,3 раза, коррозионную стойкость в 1,1-2,1 раза, снизить о температуру процесса на 100 С, формула изобретения

Состав для комплексного насыщения стальных изделий, включающий оксид алюминия, оксид марганца, титансодержащее вещество, алюминий и хлористый аммоний, о т л и ч а юTi O

9 47 15 27 - 2

9 47 15 27 — 2 шийся тем, что, с целью снижения температуры процесса, повышения износостойкости и коррозионной стойкости карбидных покрытий, он дополнительно содержит сажу и оксид карбидообразующего элемента VA-VIA группы, а в качестве титансодержащего вещества — рутил при следующем соотношении компонентов, мас.7:

Рутил 5-6

Оксид алюминия 38, 5-39, 5

Алюминий 18-20

Оксид марганца 27-30

Ок сид к ар б идообразующего элемента VAVIA группы

Хло.ристый аммоний 1,5-2,0

Сажа 0 5-1,0

2. Состав по п. 1, о т л и ч а25 ю шийся тем, что в качестве оксида карбидообразующего элемента содержит оксид хрома.

3. Состав по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в качестве

3р оксида карбидообразующего элемента содержит оксид ванадия.

4, Состав по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве оксида карбидообразующего элемента содержит оксид молибдена.

1477780

Продолжение таблицы

Повышение стойСодержание компонентов, мас.Х

Коррозионная стой-

Режим насыщения

Состав кости;

Кст

Ок- NH Cl Сажа сид

Ме

1,0з Al ИпО, Тита соде жаще веще ство кость

Скорость коррозии в 3Х-ном

NaC1, =50ч, г/м ч

Ci О.

6 1,5

5,5 1,75

5 2

4,5 2,5

3 2

7 2

11о 4

6 1,5

5,5 1,75

5 2

4ю5 2в5

3 2, 7 2

6 38,5 20

5,5 39 19

5 39,5 18

4,5 40 17

7, 39,5 18

3 39,5 18

1 950 5

0,75 950 5

0 5 950 5

950 5

0 5 950 5

0,5 950 5

0,036

0,033

0,031

0,081

0,046

0,078

27

28,5

31,5

34

1,2

23

1,1

11

12

13

0,060

0,056

0, 057

0.079

0 085

0,093

33

31

32

1,1

18

1ъ1

1 950 5

О, 75 950 5

0,5 950 5

950 5

0 5 950 5

0,5 950 . 5

15 6 38 5 20, 16 5,5 39 19

17 5 395 !8

18 4 5 40 17

19 7 39,5 18

20 3 395 18

27

28,5

31,5

Составитель С. Кучерявый

Техред JI.Ñåðäþêoâà Корректор Н.Король

Редактор Н,Гунько

Заказ 2319/27 Тираж 942 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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