Способ химико-термической обработки изделий

 

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я >s С 23 С 10/52

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (гОспАтент сссР) IIIllMCAHVIE ИЗОБРЕТЕНИЯ

) ПАТЕНТУ (6) В,Н.Зенушкин, С.В.Калыкин и Ю.Н,Ма к н (6) Авторское свидетельство СССР

588258, кл, С 23 С 10/52, 1974. (4) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБР БОТКИ ИЗДЕЛИЙ (7) Сущность изобретения: на поверхндсть и делий из сплавов и порошковых материал в на основе железа и никеля наносят слой н основе легирующих элементов, выбранн х из группы никель, медь, марганец, тит н, серебро с примесями, выбранными из г уппы цинк, бор. фосфор, кремний, марган ц. алюминий, углерод, щелочных или ще,л чноземельных металлов или их г рогенидов, нагревают в защитной или восcT новительной среде до температуры 0 Тпп, г Т ц, — температура плавления нанесенн го материала, а О=- 1,05... l.7, но не выше

0 температуры плавления материала издел я, и выдерживают 0,7-6 ч в зависимости

Изобретение относится к металлургии, а менно к способам обработки изделий из ст лей, железоникелевых и никелевых сплаво, а также порошковых материалов на осно е железа и никеля, Способ может быть ис ользован при изготовлении изделий с вы окими антикоррозионными, антифрикци нными и прочностными характеристиками поверхностного слоя при сохранении за анных геометрических характеристик де алей после химико-термической обрабо ки в пределах допусков. а также при из„.Я2 „„1792452 А3 из выражения l=(D — Dp) ехр (-А+В/Ф)) /60, где D, — размер зерна до обработки; А =

=1,07 н 0,19;  — — 0,53н-0,13 — показатели экспоненты, после чего изделие охлаждают в произвольном режиме, причем толщина. нанесенного слоя ма ериала связана с толщиной слоя расплава d соотношением Н =

=1-1,15 К d, где К вЂ” отношение плотности наносимого материала и его расплава, а значение d составляет 0,03-0,25 мм, При обработке изделий из никеля, для управляемого изменения коэрцитивной силы дли тельность и температуру обработк( определяют из уравнения по п.1 и зависц мости, связывающей размеры зерна и коэр цитивную силу D = 0,54 ОО/(н /нсΠ— 0,46) ":

":11%, где НСО и Dp — коэрцитивная сила и размер зерна материала покрытия до обработки, 1 з.п.ф-лы, 2 табл. готовлении изделий с заданными магнитны ми характеристиками.

Известен способ поверхностного леги рования изделий из сталей и сплавов, вклю. чающий их нагрев в насыщающих средах до образования на поверхности жидкой фазы.

Недостатки известного способа заключаются в низкой производительности процесса и неэффективности использования легирующих элементов, т.к. способ требует нагрева большого количества материала, не участвующего в образовании покрытия и за1792452

55 вышенного расхода энергии на нагрев, а также то, что контакт поверхности детали с порошком ведет к повышению шероховагости и соответственно к недостаточным износостойкости, антифрикционным свойствам поверхности и повышению электрического контактного сопротивления.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Указанная цель достигается за счет того, что на поверхность изделия наносят слой на основе легирующих элементов Ti, Ni, Cu, Мп, Ag, с примесями Zn, B, Р, Si, Mn, Al, С, щелочных и щелочноземельных материалов или их галогенидов и подвергают нагреву в защитной или восстановительной средах до образования слоя расплава нанесенного материала и последующей выдержки в течение 0,7 — 6 ч в зависимости от заданного размера зерна, определяемым из выражения;

t = ((Оо — D) ехр (-А + В /Ф)) /60 где D — заданный размер зерна покрытия;

Dp — размер зерна до обработки;. с — время термообработки, ч;

О= Т/Tlln = 1,05...1,7 — относительная температура обработки;

Т вЂ” температура обработки изделия;

Тп, — температура плавления нанесенного материала:

А = 1,07 + 0,19 — показатель экспоненты;

В = 0,53 ": 0,13 — показатель экспоненты; после чего изделие охлаждают в произвольном режиме, причем толщина нанесенного слоя материала Н связана с толщиной слоя расплава d соотношением

Н = 1...f,15 kd

k — отношение плотности наносимого материала и его расплава, а значение d составляет 0,03...0,25 мм.

Кроме того, возможность создания заданных размеров зерна обеспечивает получение покрытий из Nl с заданными значениями величины коэрцитивной силы

Нс,.определяемыми из выражения

Нс = Hrp (0,46<0,54 Dp/D) 11 /о. где H« — коэрцитивная сила до обработки.

Согласно предлагаемому способу диффузионная металлизация осуществляется путем нанесения на поверхность иэделия из стали, сплавов на основе никеля или порошковых материалов на железной или. никелевой основе слоя легирующего материала заданной толщины. Слой наносится одним из известных способов: гальваническим, химическим осаждением из раствора, плакированием, нанесением суспензии из порошков металлов при помощи пульверизации.

Затем изделие подвергается нагреву до расплавления нанесенного материала и образования слоя расплава. Толщина слоя расплава связана с толщиной нанесенного слоя материала согласно табл.1.

Значения толщины d слоя расплава определяются из критериев коррозионной стойкости, упрочнения поверхности, обеспечения равномерности покрытия и сохранения формы изделия и его геометрических размеров в пределах допуска. Величины толщины слоя расплава для различных легирующих элементов приведены в табл, 2.

В наносимый материал для снижения температуры плавления и улучшения смачивания поверхности изделия добавляются примеси Zn, В, P, Si, Mn, Al, С, щелочные и щелочноэемельные материалы или их галогениды в количестве не менее 0,17,, но не более процента, указанного в табл. 2, а щелочные и щелочноземельные металлы в количестве от 0,01 до 0,5/ или их галогениды в количестве от 0,5 до 37.

Соотношение дополнительных элементов в примесях определяется требуемой температурой плавления, указанной ниже в соответствии с известными диаграммами состояния.

Нагрев проводи.гся в защитной или socстановительной среде до температуры 0 Тлл, где О=- 1,05...1,7, но не выше 0,9 Т плавления материала детали.

При указанной температуре изделие выдерживается в течение 0,7-6,0 ч, затем охлаждается с произвольной скоростью.

Во время выдержки происходит рост зерна покрытия, причем изменение размера D (среднего диаметра) зерна покрытия не совпадает с изменением размера зерна основного материала изделия, т.к. происходит в жидкой фазе за счет коагуляции капель расплава. Закономерность роста зерна подчиняется экспериментально установленной зависимости

D = Dp + 60 3 ехр (А-В/Ф), где Dp — размер зерна до обработки, соответствующий размеру частиц суспензии, или среднему размеру зерна нанесенного гальванопокрытия или слоя, нанесенного плакированием в среднем сечении слоя, параллельном поверхности иэделия. Остальные параметры расшифрованы выше.

В зависимости от длительности и температуры обработки размеры межзеренных границ уменьшаются на 8...25 (обратно пропорционально значению О), и это ведет к повышению сопротивления изделия к межкристаллитной коррозии.

1792452

Таблица 1 плава

Пла фициент усадки порошка при его плавлении

К = 1...1.15рм,у (л, ность материала. наносимого на деталь; тность порошка данного материала.

Таблица 2

Сод материал

5 ... 45%) ...38%)

0 ... 40%) В результате обработки по указанному

chocoby образуется сплошное, равномерное покрытие изделия: верхний слой — застывший расплав, а нижний — диффузионная зона, обладающая всеми вышеуказанными положительными свойствами. 5

Формула изобретения

1. Способ химико-термической обработкй иэделий преимущественно из сплавов и порошковых материалов на основе железа и,никеля, включающий их нагрев в насыща- 10 ! ющих средах до образования на поверхно1 с и жидкой фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных с ойств поверхности изделия и улучшения т хнологичности его обработки, на поверх- 15 н сть иэделия наносят слой на основе легир ющих элементов, выбранных из группы: н кель, медь, марганец. титан, серебро с и имесями, выбранными из группы; цинк, б р, фосфор, кремний, марганец, алюми- 20 н й, углерод, щелочных или щелочно-земельных металлов или их галогенидов, нагрев проводят в защитной или восстаное ттепаиои среде до температуры оТ,„,, где

Тㄠ— температура плавления нанесенного 25 м териала, 0=- 1,05„,1.7, но не выше 0,9 теми ратуры плавления материала изделия, и выдерживают в течение т=0,7 — 6 ч в зависимости от требуемого размера зерна lloKpblтия, причем длительность обработки в пределах указанного интервала времени

l определяют из выражения т = ((Π— Dp) ехр (-А+В/У)) /60, где D4.— размер зерна до обработки;

А = 1,07 0,19; В = 0,53 0,13 — показатели экспоненты, после чего изделие охлаждают в произвольном режиме, причем толщина нанесенного слоя материала связана с толщиной d слоя расплава соотношением

Н = 1-1,15 Kd, где К вЂ” отношение плотности наносимого материала и его расплава, а значение d составляет 0,03 — 0,25 мм.

2. Способ по п.1, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью управляемого изменения коэрцитивной силы материала покрытия на основе никеля, длительность и температуру обработки определяют из уравнения по п.1 и зависимости, связывающей размеры зерна и коэрцитивную силу

0 =- 0,54 - Dp/(Í ñ/ Н ро — 0,46) „1 1 %, где Н о и 0Π— коэрцитивная сила и размер зерна материала покрытия до обработки.