Способ борирования стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, и может быть использовано на предприятиях металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для осуществления термодиффузионной обработки деталей машин, технологической и инструментальной оснастки. Цель - повышение коррозионной стойкости за счет образования однофазного боридного слоя. Способ включает обработку изделий у-квантами Со60 дозой 3,8-7,6-1015 квант/см2, нагрев до 900-1000°С в порошковых средах в герметичном контейнере, выдержку 4-6 ч и охлаждение. Коррозионная стойкость увеличивается в 2 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (SI)5 С 23 С 8/70

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4771757/02 (22) 19.12.89 (46) 29,02.92. Бюл. М 8 (71) Институт физики твердого тела и полуи роводников АН БССР (72) И. А. Булат, А. И. Галяс, Б. С. Кухарев и

А. Г. Сманцер (53) 621.793.669.586.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1046334, кл, С 23 С 8/70, 1982. (54) СПОСОБ БОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, и

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, и может быть использовано на предприятиях металлургической, машиностроительной и в других отраслях промышленности для осуществления термодиффузион ной обработки деталей машин, технологической и инстру-: ментальной оснастки.

Известен способ химико-термической обработки в порошковых насыщающих средах. Однако термодиффузионная обработка по этому способу является недостаточной из-за низкой коррозионной стойкости обработанных иэделий.

Наиболее близким к изобретению является способ, включающий нагрев до температуры обработки в порошковых борсодержащих средах в герметичном контейнере, изотермическую выдержку и охлаждение.

Наиболее существенным недостатком известного способа является низкая корро„„5IJ „„1715885 Al может быть использовано на предприятиях металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для осуществления термодиффузионной обработки деталей машин, технологической и инструментальной оснастки. Цель — повышение коррозионной стойкости за счет образования однофазного боридного слоя. Способ включает обработку иэделий у-квантами

Собо дозой 3,8 — 7,6 10 5 квант/см2, нагрев

15 до 900 — 1000 С в порошковых средах в герметичном контейнере, выдержку 4 — 6 ч и охлаждение. Корроэионная стойкость увеличивается в 2 раза. 1 табл. зионная стойкость, получаемых защитных покрытий на низколегированных сталях, Целью изобретения является увеличение коррозионной стойкости за счет однородности свойств покрытия по толщине.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения однофазных боридных покрытий на низколегированных сталях, включающему нагрев до 9001000 С в порошковых средах, в герметичном контейнере, изотермическую выдержку

4-6 ч и охлаждение, для повышения коррозионной стойкости за счет образования однофазного боридного слоя перед нагревом проводят обработку изделий у-квантами

Со дозой 3,8 — 7,6 1015 квант/см, При облучении изделий 1 -квантами осуществляется взаимодействием между

1 -квантами и электронами атомов. входящих в состав материала изделий. Это приводит к разрыву химической связи между атомами облучаемого материала или к возбуждению электронов атомов. В случае облучения у -квантами воздело>кно обра1715885 зование дефектов кристаллической решетки типа вакансий или атомов, находящихся в междоуэлиях. Кроме того, происходит разрыхление решетки, обусловленное возбужденным состоянием электронов. Указанное 5 взаимодействие излучения с веществом характерно только для у-квантов и отличает их от других излучений, которые могут быть использованы при облучении материалов.

Так, например, взаимодействие нейтронов 10 с веществом осуществляется через взаимодействие между ядрами атомов и нейтронами, что приводит к поглощению нейтронов ядрами атомов, а также к возникновению ядер отдачи. 15

Увеличение стойкости к атмосферной коррозии термодиффуэионных покрытий достигают посредством уменьшения количества барного цементита (Fe, В)зС, находящегося между иглами FeB и, как следствие, 20 снижения гетерогенности покрытий по толщине. Поскольку исходная энергия у-квантов высокая (1,33;2,51 МэВ), они имеют большую глубину проникновения и облучают весь обьем равномерно, создавая 25 высокую плотность равномерно распределенных дефектов (каждыйу-квант может созда вать большое количество дефектов).

В этом случае Gop, диффундируя по вакантным узлам в кристаллической решетке, 30 распределяется с однородной плотностью, что способствует преимущественному образованию в приповерхностном слое коррозийна-стойкого FeB,Êðîìa того,в дефектной решетке уменьшается энергия ак- 35 тивации, Пример . Образцы непосредственно . перед химико-термической обработкой подвергают облучению у-квантами Со дозой

3,8 — 7,6 10 квант/смг. После облучения 40 образцы упаковывают в контейнер с рабочей смесью. На поверхности смеси создают герметизирующий плавкий затвор. Контейнер помещают в печь и проводят процесс химико-термической обработки при 900- 45

1000 С. Плавкий затвор расплавляется и тем самым предотвращает окисление рабочей смеси и образцов. Из рабочей смеси бор диффундирует в дефектную кристаллическую решетку и образует поверхностный 50 корроэионно-стойкий диффузионный слой.

После окончания изотермической выдержки, контейнер извлекают из печи, охлаждают, и распаковывают его.

Лабораторные испытания подтвердили полезность и эффективность предложенного способа, так как он в сравнении с известным позволяет увеличить коррозионную стойкость и тем самым повысить работоспособность обработанных изделий. Коррозионную стойкость покрытий оценивали весовым методом в 10,(,-ном водном растворе соляной кислоты в соответствии с

ГОСТ 9.908 — 85. Сравнительные данные коррозионной стойкости однофазных боридных слоев на стали 08 кп при насыщающем составе, $: ВгОз 17, Al 11, ПЖ4М 28, KBF4

4, АЬОз 40, приведены в таблице, Время иэатермической выдержки для всех образцов составляло 4 ч, Как следует иэ. таблицы, уДельная потеря массы уменьшается с ростом дозы облучения до 7,6 10 квант/см, достигая 14

15 г г/м, дальнейшее увеличение дозы облучения в пределах статистического разброса не приводит к дальнейшему уменьшению потери массы, Это означает, что достигнуто насыщение указанного свойства при дозе

7,6 10 квант/см, Таким образом. доза

15 г

7,6 10 квант/см является верхним

15 г пределом дозы облучения. Эта доза является и оптимальной потому, что уменьшение дозы от указанного значения приводит к увеличению удельной потери массы. Нижний предел дозы облучения указан по тем соображениям, что только с этой дозы наблюдается регистрируемое уменьшение потери массы.

Параметр времени облучения не является самостоятельным, поскольку, как видно из таблицы, увеличение времени облучения приводит и к увеличению дозы облучения.

Таким образом, данные параметры являются эквивалентными.

Интервал температур при изотермической выдержке и время выдержки совпадают с данными прототипа. Для проверки действия у -квантов использовалась средняя температура 950 С и время выдержки 4 ч. Другие времена изотермической выдержки не представляют интереса, поскольку с точки зрения знергегических затрат желательно проведение процесса при более низких температурах и времени, поэтому другие температуры и время не исследовались. Однако можно считать, что изменение температуры и времени в пределах данных прототипа не может существенно повлиять на результат облучения у-квантами.

Из приведенных в таблице данных видно, что использование предлагаемого способа для получения однофаэных боридных покрытий на изделиях из низколегированных сталей действительно позволяет увеличить их коррозионную стойкость и таким образом расширяет область применения процесса борирования.

1715885

Формула изобретения

Способ борирования стальных изделий, преимущественно из низколегированных сталей, включающий нагрев до 900-1000 С в порошковых средах в герметичном контейнере. выдержку в течение 4-6 ч и охлаждение, о тТолцина лоя, мки

Удельная потеря массы, гlм, через 100 ч

Состав фаз в слое, 3

Доза, квант/си

Теипер тура, +

Известный способ

70FeB; 30 (Fe, B)> С

950, 29 способ

22 °

950

75 РеВ; 25

85 Уев; 15

90 РеВ; tO

: 1,5

2 90

18

14

t0O

Ф РеВ; !О

90 FeB; 10

90 РеВ; !О

100

t00

100

950

90 Р В; tO

90 FeB; 10

90 FeB; 10! оо

14! оо

14 с

1ОО

950

90 РеВ; 10

1ОО

240

Составитель И Дашкова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор ЛЯатай

Редактор Н.Швыдкая

Заказ 582 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб„4/5

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

Предлагаемый 3,8 ° 10

tS

5,7it0

7,6 10

1,5 10

2,3 ° 1О

3,0 1О .

3,7 ° !О"

5,3 10

1,8 10

9,1 10 л ича ющи йс я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости за счет образования однофазного боридного слоя, перед нагревом проводят обработку изделий у5 квантами Со 0 дозой 3,8 — 7,6 10 квант/см2. (Fe, В) С

lFe, В) С.. (Рт, В),С (Fe, В)ЗС

{Fe, В)ЗС (Fe, B)3C (е, в) с (Fe, В)ЗС (Fe. В) С (Fe, В)З С.