Способ химико-термической обработки деталей из титана и его сплавов

 

Изобретение относится к химико-термической обработке титана и его сплавов и может быть использовано в машиностроении для обработки деталей, работающих на трение, особенно деталей точной механики, для которых необходимо минимальное значение коэффициента силы трения покоя. Способ включает оксидирование деталей титана и его сплавов в атмосфере воздуха при 650-850°С в течение 1-12 ч, обработку в растворе, содержащем, г/л: едкий натр 500-700; азотнокислый натрий 150-250; желтая кровяная соль 3-8, при 135-143°С и последующую их выдержку в расплаве карбонатов щелочных металлов при 550-650°С в течение 3-4 ч при следующем содержании компонентов, мас.%: карбонат лития 33-37; карбонат калия 43-47; карбонат натрия остальное . Данный способ позволяет повысить износостойкость деталей. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 С 8/10, 8/34

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4785946/02 (22) 23.01.90 (46) 07;03.92. Бюл. ¹ 9 (71) Завод "Прогресс" (72) П.Ш. Ланцман и Н.С, Ананьин (53) 621.785.53(088.8) (56) Грилихес С.Я. Оксидные и фосфатные покрытия металлов. Л., 1983, с, 64.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1068539, кл. С 23 С 8/10, 1982. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНА И ЕГО

СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к химико-термической обработке титана и его сплавов и может быть использовано в машиностроеИзобретение относится к химико-термической обработке титана и его сплавов и может быть использовано в машиностроении для обработки деталей, работающих на трение, особенно деталей точной механики, для которых необходимо минимальное значение коэффициента силы трения покоя и высокая износостойкость.

Известен способ термической обработки титана и его сплавов в воздушной атмосфере при 650 — 850 С в течение 1, 12 ч.

8 результате оксидирования на поверхности титановых сплавов образуются хрупкие окислы титана, под которыми находится эона твердого раствора кислорода в титане, имеющая повышенную твердость по сравнению с самим сплавом.

Однако при работе пар трения из оксидированного титанового сплава окислы. ти!

Ж,, 1717670 А1 нии для обработки деталей, работающих на трение, особенно деталей точной механики, для которых необходимо минимальное значение коэффициента силы трения покоя.

Способ включает оксидирование деталей титана и его сплавов в атмосфере воздуха при 650-850 С в течение 1-12 ч, обработку в растворе, содержащем, г/л: едкий натр

500-700; азотнокислый натрий 150-250; желтая кровяная соль 3-8, при 135-143 С и последующую их выдержку в расплаве карбонатов щелочных металлов при 550 — 650 С в течение 3 — 4 ч нри следующем содержании компонентов, мас. 7: карбонат лития 33 — 37; карбонат калия 43-47; карбонат натрия остальное. Данный способ позволяет повысить износостойкость деталей. 1 табл. тана, находящиеся на поверхности, выкрашиваются и, оставаясь в зоне контакта, ста- Ч новятся абразивом, приводя к разрушению поверхности пар трения, снимая тем самым с износостойкость и повышая значение коэф- © фициента силы трения покоя. 4

Известен способ химико-термической обработки деталей иэ титана и его сплавов, включающий нагрев деталей в атмосфере чр воздуха при 800-900 С в течение 1-2 ч, вы- Ф держку в расплаве солей при 450-500 С в течение 1 ч (в расплаве йодистого «вдмия или калия).

Однако процесс обработки в расплаве йодистого. кадмия или калия носит нестабильный характер, так как в этих ваннах возможна реакция вытеснения титаном кадмия или калия из расплава, приводящая к коррозии титана, особенно. при обработке

1717670

50 так как температура плавления каждой соли в отдельности около 850 С.

8 температурном интервале 550-650 С в данном респлаве на поверхности титана и его сплавов, после оксидирования и удале- 55 нмя.верхнего слоя в растворе щелочи, образуются нижние окислы титана, имеющие . мниженную твердость и играющие роль твердой смазки. При более высокой температуре растворимость кислорода в расплавысокопрочных сложнолегированных сплавов, имеющих неоднородное состояние поверхности. При нагреве в атмосфере воздуха при довольно высокой температуре

800-900 С в течение 1-2 ч сплавов титана в поверхностном слое. при взаимодействии кислорода с.ним, происходит перераспределение легирующих элементов, что приводит к образованию пустот и трещин в окисной пленке. При последующей обработке в расплавах иодидов на поверхности оксида образуется тонкая мягкая пленка, незначительно повышающая антифрикционные свойства титановых сплавов. При этом пустоты и трещины 8 первоначально образовавшейся окисной пленке не только не исчезают, но и служат источником коррозии. При работе трущихся поверхностей, - обработанных по данному методу, первоначально быстро изнашивается мягкое антифрикционное покрытие, при этом обнажается твердый хрупкий оксид с множеством пор и трещин и износостойкость пары трения, особенно в жестких условиях работы, резко уменьшается, Целью изобретения является повышение износостойкости титана и его сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему оксидирование в атмосфере воздуха и выдержку в расплаве солей, оксидирование проводят при 650-850ОС в течение 1 — 12 ч, после чего детали дополнительно обрабатывают в растворе, содержащем, г/л:

Едкий натр 500-700

Азотнокислый .натрий 150-250

Желтая кровяная соль 3-8 при 135-145ОС, а выдержку ведут в расплаве карбонатов щелочных металлов при 550—

650 С в течение 3 — 4 ч при следующем их содержании, мас, . Карбонат лития 33 — 37

Карбонат калия 43-47

Кербонат натрия Остальное

При данном процентном соотношении компонентов расплав представляет собой эвтектическую смесь солей с наименьшей температурой плавления (менее 550 С). При другом соотношении компонентов температура плавления смеси значительно выше, 5

40 ве значительно повышается и на поверхности деталей образуются твердые окислы.

Предлагаемой трехступенчатой технологией оксидирования: на воздухе, щелочная выварка, оксидирование в расплаве, обеспечивается получение минимального значения коэффициента силы трения покоя при удовлетворительной износостойкости деталей.

Для сравнения значений и иэносостойкости образцов, обработанных по предлагаемому и известному способам, проводят следующие испытания.

Материалом образцов служит сплав ВТ

14. Испытания проводят с целью определения линейного износа. Образцами служат плоские шайбы (R3 = 1,25 — 063), контртелом— шарик из стали ШХ15 диаметром 10 мм.

Режим испытаний: нагрузка 20 Н, частота 5

Гц, амплитуда 0,33 мм, Линейный износ определяют по максимальной глубине лунки трения. По каждому режиму обрабатывают пять образцов.

Режим 1а (по известному способу). Нагрев деталей проводят в атмосфере воздуха при 800 С в течение 1 ч. Выдержка в расплаве йодистого кадмия при 450 С в течение 1 ч

Режим 1б (по предлагаемому способу), Оксидирование проводят в воздушной атмосфере при.650 С в течение 12 ч. После оксидирования образцы обрабатывают в растворе, содержащем, г/л;

Едкий натр 500

Азотнокислый натрий 150

Желтая кровяная соль 3 при 145ОС в течение 1 ч. Затем выдержку ведут в расплаве карбонатов щелочных металлов при 550 С в течение 4 ч при следующем их содержании, мас.7;:

Карбонат калия 43

Карбонат лития 33

Карбонат натрия 24

Режим 2а (по известному способу). Нагрев деталей проводят в атмосфере воздуха при 850ОС в течение. 1 5 ч. Выдержка в рас- . плаве йодистого кадмия при 475 С в течение 1 ч.

Режим 2б (по предлагаемому способу). Оксидирование проводят в воздушной атмосфере при 85ÎОС в течение 1 ч. После оксиДирования образцы обрабатывают в растворе следующего состава, г/л:

Едкий иатр 600

Азотнокислый натрий 200

Желтая кровяная соль 5 при 140 С в течение 2 ч. Затем выдержку ведут в расплаве карбонатов щелочных металлов при 650 С в течение 3 ч при следующем их содержании, мас. :

1717670

Составйтель A.ËàíöìàH

Техред М.Моргентал Корректор ТЯалий

Редактор Н.Гунько

Заказ 855 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Карбонат калия 47

Карбонат лития 37

Карбонат натрия 16

Режим За (по известному способу). Нагрев деталей в атмосфере воздуха при

900ОС в течение 2 ч. Выдержка в расплаве йодистого кадмия при 500 С в течение 1 ч.

Режим Зб (по предлагаемому способу).

Оксидирование проводят в воздушной атмосфере при 700 С в течение 3 ч, После оксидирования образцы обрабатывают в растворе состава, г/л:

Едкий натр 700

Азотнокислый натрий 250

Желтая кровяная соль 8 при 135 С в течение 2 ч. Затем выдержку ведут в расплаве карбонатов щелочных металлов при 600 С в течение 4 ч при следующем их содержании, мас. :

Карбонат калия - 45

Карбонат лития 35

Карбонат натрия 20

В таблице приведены средние значения результатов испытаний пяти образцов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить детали с более высокой износостойкостью, чем flpM обработке по известному, 5 Формула изобретения

Способ химико-термической обработки деталей из титана и его сплавов, включающий оксидирование в атмосфере воздуха и выдержку в расплаве солей, о т л и ч а ю10 шийся тем, что, с целью повышения износостойкости, оксидирование проводят при 650-850 С в течение 1-12 ч, после чего детали дополнительно обрабатывают в растворе, содержащем, г/л;

15 Едкий натр 500-700

Азотнокислый натрий 150-250

Желтая кровяная соль 3-8 при температуре 135 — 145 С, а выдержку ведут в расплаве карбонатов щелочных метал20 лов при 550 — 650ОС в течение 3 — 4 ч. при следующем их содержании, мас.7:

Карбонат лития 33-37

Карбонат калия 43-47

Карбонат натрия Остальное