Способ двухстадийной комплексной химико-термической обработки стальных изделий
Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости в атмосферных условиях, снижение температуры второй стадии химико-термической обработки. Изделия насыщают бором в алюмотермической смеси, затем подвергают диффузионному цинкованию сначала при 490-510°С с выдержкой 0,5-1,5 ч, а затем при 390-410°С в течение 2,5-3,5 ч. Это позволяет увеличить коррозионную стойкость на 2-5 баллов при испытаниях в атмосферных условиях, в 8-10 раз увеличить время до появления первых следов ржавчины, при этом способ позволяет снизить температуру второй стадии обработки на 550-650°С. 2 табл.
СОЮЭ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„.Я0„„15642О1
А1 (51)5 Г 23 С 8/78
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H А ВТОРСНОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ делий проводят диффузионное борирование в алюмотермических смесях, а затем изделия подвергают диффузионному цинкованию в порошковой смеси йри
490-510 С с выдержкой 0,5-1,5 ч, затем при 390-4)0 С в течение 2,53,5 ч.
Ступенчатый температурный режим цинкования необходим для получения качественного цинкового покрытия.
При 490-510 С на поверхности боридноГо слоя, находящегося в смеси для цинкования, возникает тонкая пленка жидкометаллического цинка. Длительная выдержка (3-4 ч ) при данной температуре или повышение температуры до
600 С приводит к формированию неравномерного покрытия со следами оплавлеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО И306РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
f (21) 4466934/31-02 (22) 29.07.88 (46) 15.05.90. Бюл. Ф 18 (71) Белорусский политехнический институт (72) Б.С. Кухарев, В.К. Карбанович, С.А. Тамело и Н.Г. Тамело (53) 621.785.5. (088.8) (56) Голынская Н.A. Упрочнение угле, родистых и экономнолегированных сталей термодиффузионным борохромированием, Автореферат канд. дис. — Минск, 1986, (54) СПОСОБ ДВУХСТАДИЙНОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к химикотермической обработке стальных издеИзобретение относится к химикотермической обработке стальных изделий, в частности к способам получения комплексных диффузионных покрытий на основе бора и цинка, и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости деталей машин и технологической оснастки, эксплуатируемых в атмосферных условиях.
Цель изобретения — повьппение коррозионной стойкости стальных иэделий в атмосферных условиях, снижение температуры второй стадии химико-тер- . мической обработки.
Согласно способу комплексной химико-термической обработки стальных из2 лий и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости в атмосферных условиях, снижение температуры второй стадии химикотермической обработки. Изделия насыщают бором в алюмотермической смеси, затем подвергают диффузионному цинкоо ванию сначала при 490-510 С с выдержкой 0,5-1,5 ч, а затем при 390410 С, в течение 2,5-3,5 ч. Это позволяет увеличить коррозионную стойкость на 2-5 баллов при испытаниях в атмосферных условиях, в 8-!О раз увеличить время до появления первых следов ржавчины, при этом способ позволяет снизить температуру второй стадии обработки на 550-650 С. 2 табл.
1564201 ния. Снижение же температуры до 400 С сразу после образования тонкой пленки
I цинка (0,5-1,.5 ч выдержки при 490
510 С) приводит к диффузионному механизму формирования цинкового покрытия с характерными для него высоким ка" чеством поверхности и равномерностью, слоя. Снижение же температуры цинкования ниже 390 С резко тормозит рост 0 покрытия, приводит к окислению изделий ввиду невозможности герметизации контейнера плавким затвором при этой температуре, а также невозможности совмещения термической обработ- 15 . ки стали 13Х12Н2В2МФ со способом химико-термической обработки.
Температурные режимы процессов бо рирования и цинкования совпадают с ! режимом термической обработки хро- 20 мистой высоколегированной стали
13Х12Н2В2МФ. Для совмещения химикотермической обработки по предлагаемому способу и полного цикла термической обработки необходимо операцию охлаждения контейнера с изделиями после / борирования проводить со скоростью
16 С/мин. В этом случае в сердцевине иэделий из данной стали происходит мартенситное превращение с обеспечением впоследствии нужного уровня твердости. Охлаждение контейнера со скоростью выше 16 С/мин требует специальных методов, что экономически нецелесообразно, а технически не приводит к получению новых результатов.
Режим охлаждения после борирования контейнера с углеродистыми сталями (08 кп, сталь 45 и др. ) — 4 С/мин, о, так как скорость охлаждения 16 С/мин 40 не влияет на фазовый состав сердцевины изделий из этих сталей. Охлаждение о же со скоростью ниже 4 С/мин приводит лишь к увеличению общего времени на осуществление способа и, следовательно, нецелесообразно.
Характерным отличием предлагаемого способа комплексной химико-терьыческой обработки стальных изделий от извест- . ного является возможность последующей обработки не только двухфазных (FeB+Fe 50 происходит с превращением FeB в Cr
Кроме того, покрытие, полученное по предлагаемому способу, имеет. анодный {протекторный) характер защиты сердцевины, т.е. даже в случае местного нарушения сплошности покрытия последнее электрохимически защищает от разрушения сердцевину изделия. Получаемое по предлагаемому способу покрытие отличается от известного цинкового диффузионного покрытия фаэовым составом, а следовательно, и свойствами. Если при цинковании желеэоуглеродистых сплавов возможно полу"ение Fe>Zn(, FeZn, FeZn1> фаз с максимальным содержанием цинка до 94Х по массе в последней, то при цинковании борированных изделий формируется слой чистого цинка с высокими защитными свойствами. Боридный слой при этом играет роль диффузионного барьера, препятствующего взаимодействию цинка с желез ом сердцевины. . Пример. Проводят химико-термическую обработку по предлагаемому способу сталей 08 кп и 13Х12Н2В2МФ. Операцию борирования проводят по трем вариантам в смесях, составы которых приведены в табл.!. Борирование стали 08 кп проводят о при 950 + 10 С в течение 4 ч, а стали 1ЗХ12Н2В2МФ при 1000110 С в течение 1 ч в контейнерах с плавким затвором, Затем контейнер с образцами из стали 13Х12Н2В2МФ охлаждают с температуры 1000 С в воде со скоростью 16 C/ìèH. Контейнер с образцами из стали 08кп охлаждают на воздухе со о скоростью 4 С/мин. Затем контейнеры распаковывают, а борированные образцы подвергают диффузионному цинкованию o ° В в смеси, содержащей, мас.l: ок д (III) алюминия 48 Порошок цинка Фтористый алюминий 2 по следующему режиму: 0,5-1,5 ч выдержки при 500/10 С и затем 2,5-3,5 ч выдержки при 400+10 С. Твердость сердцевины образцов из стали 13Х12Н2В2ИФ после такого температурного режима обработки составляют 40- 41 HRC 4201 6 испытании В атмосферн я ". с повия:. u 8-10 раз увеличить время до появления первых следов ржавчины, сменить вид электрохимической защиты с катодного (для известного способа) на анодный, при этом удалось на 550650 С снизить температуру второй стадии ХТО, что приводит к экономии электроэнергии. Способ двухстаднйной комплексной 15,õÿìèêî-термической обработки сталь ных изделий, включающий насыщение поверхности бором в алюмотермической смеси и последующую химико-термическую обработку борированных изделий 20 в порошковой смеси, о т л и ч а ю— шийся тем, что с целью повышения коррозионной стойкости иэделий в ат-, мосферных условиях и экономии электроэнергии,борированные изделия под25 вергают в качестве химико-термической обработки диффузионному цинкованию сначала при 490 -510 С с выдержкой 0,5-1,5 ч, а затем при 390 — 410 С в течение 2,5-3,5 ч. Таблица ! Функциональное назначение Компоненты смеси Il (однофазный слой Ре В) III (легированный одно фаз нЫй слой (Fe, Cr) В) I (двухфазный слой FeBFe 58 Оксид (III) алюминия Балластная добавка, предотвращающая спекание смеси Восстановитель В О и Ст Оз до активного состояния Поставщик активных атомов бора для формирования слоя . Стабилизатор фазы Fe  в диффузионном слое Поставщик активных атомов хрома для легирования боридиого слоя 22,8 16 Порошок алюминия 21,1 24 Ок сид (ТХI) бора Порошок железа 13 2 Оксид (I I I) хрома 5 156 Прсводили испытания на коррозионную стойкость образцов, обработанных по известному и предлагаемому способам. а. По ГОСТ 9.308-85. Метод испытаний при повышенных значениях относи-. тельной влажности и температуры без конденсации влаги. Время испытаний 96 ч, температура испытаний 40+2 С, относительная впажность воздуха 93 3 камера тепла и влаги Feutron 3522/51. б. По методике BHAM включающей выдержку образцов в печи 400 С в течение 1 ч и последующее охлаждение и экспозицию в течение 23 ч в 37-ном растворе NaC1. Оценку коррозионного поражения проводили по времени до появления первых следов ржавчины. в. Имерение электродного потенциала покрытий в 3%-ном растворе NaC1. Результаты испытаний сведены в табл,2. Из приведенных данных следует, что использование предлагаемого способа позволяет увеличить коррозионную стойкость на 2-5 баллов при Формула и э о б р е т е н и я Содержание в смеси, мас.X! 564201 ПроДолжение табл. 1 Компоненты смеси Функциональное назначение Содержание в смеси, Mac / Оксид (ХЧ) циркония Добавка, исключающая припекание смеси к иэделию и окислению Активатор процесса 2 борирования То же 2,2 Т ° -б л и ц а 2 Коррозиониая стойкость покрытий (сталь 08кл/сталь 13Х12Н282ИФ Температурно-временной резв>м наса>щения и оклавдения Последовательность проведения операций Опыт по методу а, по методу б> ч по методу в, В 1- - .Г .1 Сталь Сталь 08кп 13Х12Н282ИФ 1000210 С I ч 16 С/мин 95041ÎüÑ 4 С/мин Борирование -0 75 -О 64 а к 0,71 0,72 240 312 384 288 312 - 3!2 -О 64 а 0,75 I0 10 IO 10 Цинкование Ворироввние Оклавдение -О 77 а 0,72 264 312 408 360 360 360 -О 69 а 0,75 -Оь69 .О, 77 l 0 10 IO 10 IO 500т10 с 1 ч + 400т!О С 3 ч IO00iIO С 1 ч 500+10 1 ч+ + 400+10 С 3 ч 950210 С 4 ч Щ>икованне Борнроввние 4 С/мнн 16 С/мин 240 264 312 261> 288 312 l0 -О 70 -0 62 1 ь -0>71 -0,73..-О 62 -0,75 10 10 Охлвв>ление Цинков ание 500@10 С 1,5 ч + + 400210 С 2,5 ч 950 С 2 ч 1050 0 4 q -О 34 а -0,12 24 5 Борироввние Хромироввние Известный способ Составитель И. Дашкова Техред Л.Олийнык Редактор Л. Веселовская Ко рр ектор Э. Лончакова Заказ 1139 Тираж 811 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, i/7. Гагарина,101 Калий борфтористый Алюминий фтористый 500т!О С 0,5 ч + + 400%1Î С 3,5 ч 950210 С 4 ч 4 С/мип 500210 С 0>5 ч + +400т10 С 3,5 ч lOOO6IO С 1 ч 16 С/мин 500610 0 l>5 ч + +400т!О С 2,5 ч 1000 С 2 ч 1050 С 4 ч I (двух фазный слой FeB" Fe В) II (однофазный слой Fe В) III (легированный однофаэный слой (Ге, Cr) Â) 
