Состав для хромирования стальных изделий

 

Использование: в машиностроении и других отраслях промышленности. Состав содержит, мас.%: смесь оксида хрома и алюминия (в молярном соотношении 1:2) 37-42,5, порошок кремния 8-12, кристаллогидрат хлористого алюминия 1,5-3,5, конечный продукт реакции восстановления оксида хрома алюминием - остальное. Обработка изделий из среднеуглеродистых легированных сталей в изобретенном составе обеспечивает повышение их поверхностной твердости, уменьшение склонности к сколои трещинообразованию при термоциклировании за счет плавного снижения микротвердости по глубине слоя при интенсификации процесса. 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)5 С 23 С 10/54

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1. (21) 4931835/02 (22) 25.04.91 (46) 23.03,93, Бюл. 1Ф 11 (71) Институт структурной макрокинетики (72) Н,А.Рыбалова, Е.П,Костогоров, Н,Е.Сункина, А.Я,Малолетнев и Г,Н.Терентьев (56) Ляхович Л.С. и др. Применение метода металлотермии для химико-термической обработки. — Сб. Защитные покрытия на металлах, 1975, вып. 9, с, 17 — 24. (54) СОСТАВ ДЛЯ ХРОМИРОВАНИЯ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: в машиностроении и других отраслях промышленности, Состав

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработ-. ке, а именно к составам для хромирования, и может быть использовано в машиностро- . ении и других отраслях промышленности для повышения эксплуатационной стойкости деталей, Цель изобретения — интенсификация процесса, повышение поверхностной твердости и уменьшение склонности к сколо- и трещинообразованию при термоциклировании, за счет плавного снижения микротвердости по глубине слоя, Для достижения поставленной цели в состав, содержащий оксид хрома, алюминий, активатор и инертный разбавитель, дополнительно вводят порошок кремния, оксид хрома и алюминий берут в молярном соотношении 1;2, в качестве активатора— кристаллогидрат хлористого алюминия, а в качестве инертного разбавителя — конечный продукт реакции восстановления оксида

„„5g „„1803471 А1 содержит, мас.%: смесь оксида хрома и алюминия (в молярном соотношении 1:2) 37-42,5, порошок кремния 8 — 12, кристаллогидрат хлористого алюминия 1,5 — 3,5, конечный продукт реакции восстановления оксида хрома алюминием — остальное, Обработка изделий из среднеуглеродистых легированных сталей в изобретенном составе обеспечивает повышение их поверхностной твердости, уменьшение склонности к сколо- и трещинообразованию при термоциклировании за счет плавного снижения микротвердости по глубине слоя при интенсификации процесса. 1 табл., 1 ил. хрома алюминием при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь оксида хрома и алюминия 37-42,5

Порошок кремния 8-12

Кристаллогидрат хлористого алюминия 1,5-3,5

Конечный продукт реакции восстановления оксида хрома алюминием Остальное

Введение кремния приводит к легированию хромового покрытия, повышению поверхностной твердости и уменьшению склонности к скола- и трещинообразованию за счет устранения градиента твердости по глубине слоя. Кроме того, кремний способствует интенсификации процесса. Нижнее значение (3 мас.%) определяет границу влияния элемента как легирующей добавки, способствующей повышению твердости и уменьшению склонности к сколо- и трещи- нообразованию, превышение верхней гра1803471

Ф ницы (1? мас. ) ведет к резкому ухудшению эксплуатационных свойств покрытия, его рзстрескиванию и снижению твердости.

Применение в качестве активатора кристаллогидрата хлористого алюминия способствует интенсификации процесса зэ счет ускорения доставки активных атомов хрома и кремния к поверхности обрабатываемых изделий за счет газотранспортной реакции переноса. Нижнее предельное значение (1,5 мас. ) обеспечивает минимально необходимую концентрацию элементов газовой фазы, от которой зависит скорость образования покрытий. Повышение верхнего предела (3,5 мас. ) приводит к тому, что в состав покрытия входит элемент носителя, отрицательно влияющий на сколо- и трещинообразование.

Оксид хрома и алюминий взяты в стехиометрии, т.е. в молярном соотношении 1:2 для получения чистых хрома и оксида алюминия. В случае. отклонения от стехиометрии, например, если будет избыток оксида хрома и недостаток алюминия, то в результате реакции восстановления в смеси наряду с хромом, оксидом алюминия будет находиться избыток оксида хрома. В результате цель изобретения достигнута не будет.

B случае недостатка оксида хрома и избытка алюминия при насыщении наряду с диффузией хрома будет наблюдаться диффузия алюминия, что отрицательно повлияет на сколо- и трещинообразование и уменьшение термостойкости.

Нижний предел содержания смеси оксида хрома с алюминием, взятых в мольном соотношении 1:2, (37 мас.,) определяется минимальным количеством атомов хрома в результате полного превращения алюмотермической реакции восстановления.

Верхний предел (42,5 мас. ) ограничен резким повышением температуры реакции люмотермического восстановления и резкому уменьшению насыщающей способности.

Инертный разбавитель, в качестве которого использован конечный продукт реакции . восстановления оксида хрома алюминием, предотвращает спекание смеси и ее налипание на поверхности изделия, Для экспериментальной проверки заявленного состава были подготовлены пять составов насыщенных, смесей, три из которых показали оптимальные результаты.

Перед использованием все компоненты насыщающей смеси просушивают при температуре 80 — 100 С и измельчают.

Смесь перед использованием перемешивается в барабанных смесителях емкостью

15-20 л при скорости вращения барабана

60 об/мин в течение 30 ми но в смесительный бараб я инертный разбавитель, зате с алюминием, взятые в мол нии 1:2, кремний и кристалл стого алюминия. Такая посл ь необходима для предотвра . извольного возгорания сме

Пример. Хромирова и

"0 деталей, изготовленных из с стых сталей 50РА, 30ХН2МФА, проводят в реакторах из нержавеющей стали. Упаковка реактора проводится в следующем порядке; на дно реактора помещают слой смеси толщиной 20 — 30 мм, Затем укладывают слой деталей так, чтобы расстояние до,стенок тигля было не менее 15-20 мм, а расстояние между деталями должно быть равно их толщине, Детали засыпают смесью, Расстоя20 ние между слоями деталей должно быть не менее 20 мм, а от верхнего края до кромки реактора не менее 40 мм. Сверху в реактор устанавливается трубка из жаростойкой стали, через которую в смесь производится подача аргона. Подготовленный к насыщению реактор помещается в печь и нагревается с ней до температуры - 600 С, после чего формирование покрытий производится в режиме самовоспламеняющегося высоко30 температурного синтеза при тепловом самовоспламенении в течение 30-60 мин при температуре 950 — 1050 С,.После окончания процесса реактор вынимают из печи и охла>кдают на воздухе, после чего смесь с об35 работанными деталями высыпают на поддон, Поверхностную твердость и изменение твердости по глубине слоя измеряли на микротвердометре ПМТ-3 при нагрузке 50 r.

40 Склонность к сколо- и трещинообразованию определяли при испытаниях термостойкости в режиме нагрева выше температуры An в течение 6с с резким охлаждением в воду, 45 Интенсификацию процесса оценивали по глубине металлографическим методом, На чертеже представлены кривые изменения микротвердости по глубине слоев на

50 стали 50 РА, полученных при хромировании из известного (1) и предложен ного (2) составов, Анализ кривых показывает, что при хромировэнии из известного состава нд55 блюдается резкий градиент значений микротвердости по глубине слоя. Хромирование из известного состава приводит к плавному изменению микротвердости от поверхности (Н50 7000 МПа) до твердости основного металла (Н50 2800 МПа).

1803471

Остальное

Cocras

Со е .канне компонентов. мас

Толщина покрытия, мкм

Термос тойкость в циклах

Поверхностная микротвердость, ИБО, Мпа

Сколе- и трещинообраэование активатор

СгаОз

СгаОз+ д1в мельком соотнс шенин лагг инертный разбавитель дьоз

Иа вестный

Предложенный

2 з

Запредельные

52.3

13,3 гвя

5400 200

Большое количестВ0 трещин и сколов

4,7

ЗТ.О

40.0

42,5

53.5

47.5

32.0 в,о

1о,о

1г,о гоо.

200

69ОО

6750

3.5

2.5

3.5

Трещины и сколы в слое отсутствуют гоо

200 °

5900

36,0

44,0

1.о

5.0 -.

60-65

60-62

Сколы отсутствуют, растрескиеа нне пок ытия

56.0

39.0 ь конечный продукт реакции восстановления оксида хрома.алюминием; к кристалпогидрат хлористого алюминия

В таблице представлены сравнительные данные по интенсификации процесса, скола- и трещинообразованию при испытаниях на термостойкость.

Обобщая результаты, представленные в таблице, и кривые микротвердости можно констатировать, что хромирование из предложенного состава приводит к увеличению поверхностной микротвердости, отсутствию сколо- и трещинообразования при термоциклировании, что связана с плавным изменением микротвердости по глубине слоя. Кроме того, достигается интенсификация процесса в 1,5-1,6 раза. Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о достижении поставленной цели изобретения.

Формула изобретения

Состав для хромирования стальных изделий преимущественно из среднеуглеродистых легированных сталей, содержащий оксид хрома, алюминий, инертный разбавитель и активатор, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса. повышения поверхностной твердости и уменьшения склонности к сколо и урещинообразованию при термоциклироэании за

5 счет плавного снижения микротвердости по глубине слоя, он дополнительно содержит порошок кремния, в качестве активатора— кристаллогидрат хлористого алюминия, в качестве инертного разбавителя — конечный

1Î продукт реакции восстановления оксида хрома алюминием, а оксид храма и алюминий состав содержит в виде смеси при их молярнам соотношении 1:2, при следующем соотношении компонентов, мас.

15 Смесь оксида хрома и алюминия 37 — 42,5

Порошок кремния 8-12

Кристаллогидрат хлористого алюминия 1,5 — 3,5

20 Конечный продукт реакции восстановления оксида хрома алюминием

1803471

Составитель Н. Рыбалова

Техред М.Моргентал Корректор В. Петрэш

Редактор

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

Заказ 1035 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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