Способ повышения долговечности аустенитных сталей

 

Использование, для удешевления металлических деталей, работающих при высоких температурах , удлинения срока их службы, упрощения технологии изготовления деталей с повышенной прочностью Сущность изобретения хромовое покрытие наносят термическим разложением металлоорганического соединения при толщине покрытия 5-10 мкм 3 табл.

(19) RU (11) (51) 5 С 23С16 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4841894/26 (22) 25.06.90 (46) 30.1093 Бюл. Ма 39 — 40 (71) Горьковский государственный педагогический институт имМ.Горького; Горьковский государственный университет им.Н.ИЛобачевского (72) Сахарова В.Н„ Шевченко С.М„Левчук ТА;

Аверкиев АС„Сухотник А.Б„. Кульков АА (73) Нижегородский государственный педагогический институт имМ.Горького. Нижегородский государственный университет им.Н.ИЛобачевского (54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ (57) Использование: для удешевления металлических деталей, работающих при высоких температурак удлинения срока их службы, упрощения технологии изготовления деталей с повышенной прочностью. Сущность изобретения: хромовое покрытие наносят термическим разложением металлоорганического соединения при толщине покрытия 5 — 10 мкм. 3 табл.

2001975

Изобретение касается машиностроения и предназначено для улучшения качества и удешевления металлических деталей. работающих в условиях высоких температур, Известен способ повышения долговечности аустенитной стали путем азотирования стальных изделий, имеющих пассированной оксидное покрытие. Способ заключается в том. что перед проведением химико-термической обработки поверхностей, на которых должен быть образован слой с улучшенными физико-химическими характеристиками, осуществляют депассивирование поверхностей, а затем их химическое активирование с последующим электролитическими нанесением покрытия из железа.

Известен также способ повышения прочности и коррозионной стойкости стального листа путем горячего цинкования с последующей термообработкой при

680-850 С. Метод эффективен при работе материала в области средних температур.

К недостаткам обоих способов относится нецелесообразность применения для материалов, работающих в области высоких температур, высокая трудоемкость осуществления способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ улучшения эксплуатационных свойств матрицы иэ нержавеющей стали выбранный в качестве прототипа.

Способ состоит в нанесении на поверхность матрицы из нержавеющей стали тонкой пленки элемента группы tY а (титан), Y а (например ниобий), хрома или А! способом химического осаждения или из паровой фазы с последующим имплантированием в поверхность с покрытием ионов азота при ускоряющем напряжении порядка 150 кэВ и плотности ионов азота 1 10 ион-см, При

1 этом повышается прочность при высоких температурах, стойкость к окислению. увеличивается срок службы иэделия.

Недостатки способа; сложность технического осуществления способа, необходимость дорогостоящей установки, обеспечивающей фиксированную плотность ионов азота.

Цель изобретения — создание способа повышения долговечности сталей аустенитного класса, эксплуатируемых при высоких температурах, Поставленная цель достигается тем, что на поверхности стали наносится тонкий слой хромового покрытия из металлоорга5

55 нического соединения (МОС). Оптимальная толщина покрытия составляет 5 — 10 мкм, Для нанесения покрытия выбран следующий технологических режим: Т = 450—

495 С, Pa.peaK. = 0,34 0,36 мм рт.ст., Uoc=0,002-0,003 град/мин,;toe = 12 — 15 мин, где

То — температура осаждения: U« — скорость осаждения; Рв.реак. — давление, toc — время осаждения, Хромовое покрытие получают путем пиролиза технического продукта "Бархос" (бис-этилбензолхром) по методике, описанной; Всес. совещ. по применению МОС для получения неорганических материалов и покрытий. М.: Наука, 1983; Крашенинников В .Н. и др. — В кн.; 4

Всес. совещ. по применению МОС для получения неорганических материалов и покрытий. М.: Наука, 1983, с. 64, Хромовое покрытие из металлоорганического соединения для упрочнения сталей, работающих в условиях высоких температур, ранее не применялось.

В существовавших ранее способах для повышения долговечности применялась многократная химико-термическая обработка поверхности с предварительной подготовкой поверхности, имплантации ионов азота в покрытый элементами IY или Y группы поверхностный слой стали.

8 предлагаемом способе для этой цели впервые применяется нанесение слоя из хромового металлоорганического соединения. толщиной 5 — 10 мкм, что значительно упрощает технологию, удешевляет и удлиняет срок службы (долговечность увеличивается в 10-15 раз) деталей, работающих при высоких температурах (Т > 0,5 Тлл). Кроме того. предлагаемый способ позволяет заменить дорогостоящие жаропрочныв сплавы аустенитными сталями, упрочненными путем нанесения тонкого поверхностного покрытия из хромового металлоорганического соединения.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого способа: нанесение хромового покрытия иэ МОС на поверхность аустенитных сталей без предварительной химико-термической обработки материала при оптимальной толщине покрытия 5-10 мкм — является существенными, не известны ни в аналогичных технических решениях, ни в прототипе и обеспечивают ему положительный эффект, При высоких температурах (Г > 0,5 Тлл) и низких напряжениях (о/Е <10 ) активизируется особый вид деформации — зернограничное проскальзывание (ЗГП), которые вносит существенный вклад как в зарождение, так и в рост микротрещин. Следует отметить, что особенности изменения ЗГП в

2001975

Таблица1

Примечание, Упрочнение поверхностного слоя покрытием из МОС хрома (толщина 5-10 мкл1) увеличивает долговечность материала в 10 — 15 раэ; скорость ползучести при этом уменьшается на 2 порядка. Время жизни образца до разрушения (или долговечность) представлена в таблице по результатам испытания не менее 25 — 30 образцов каждой марки стали. результате действия различных факторов (температуры, легирования, структуры материала и т,п.) сказываются на стойкости материала к разрушению, Известно. что максимальная величина деформации ЗГП (его) наблюдается на поверхности образца и уменьшается по сечению по направлению к центру образца.

Формирование межк ристаллитных трещин начинается также с поверхности материала в тех местах, в которых ЗГП достигает максимальной величины. Поэтому набольший эффект увеличения долговечности в этих условиях эксплуатации (высокие температуры, низкие напряжения) дают методы поверхностного упрочнения, в час ности обработка поверхности металлоорганическими соединениями хрома. Апробация метода осуществлялась на сталях различного класса Х17Н2, IX18H9T. Х18Н10. Температура испытаний (850-950 С) не превышала температуру рекристаллизации хромовых покрытий, интервал напряжений составляет о= 2-20 кг/мм, г

Полученные результаты представлены в табл.1

В табл.2 представлены данные по влиянию хромовых покрытий иэ MOC и лазерного облучения на механические свойства стали IX18H9T при температуре испытания

950 С.

Повышение долговечности материала при высокотемпературной ползучести можно объяснить следующим образом.

Поверхностное покрытие из металлоорганического соединения хрома при дальнейшем нагреве упрочняет поверхностный слой металла за счет диффузии хрома в основной материал. Упрочнение поверкностного слоя ведет к уменьшению деформации

5 как за счет скольжения, так и за счет ЗГП.

Снижение скорости ЗГП приводит к замедлению процесса образования и роста трещин и увеличению долговечности материала. Важное значение имеет и тот

10 факт, что в нанесении хромовых покрытиях вплоть до температуры испытания 950 С отсутствуют рекристаллизационные процессы, которые ведут к уменьшению долговечности.

15 Зависимость долговечности стали от

1олщины хромового покрытия приведена в табл.3.

Нанесение хромового покрытия толщиной менее 5 мкм является нецелесообраз20 ным в силу неравномерности толщины покрытия по длине образца, взаимный диффузионный слой стали и покрытия незначительны.

Приведенные результаты свидетельст25 вуют о высокой эффективности предлагаемого способа упрочнения материала путем нанесения поверхностного хромового по-: крытия из МОС. Оптимальная толщина покрытия, как следует иэ табл,3, составляет

30 5-10 мкм. (56) Заявка ЕПВ N .0248431, кл. С 23 С8/02, 1988.

Заявка Японии М 63 — 72860.

35 кл. С 23 С 2/28, 1988.

Заявка Японии М 62-192577, кл. С 23 С 14/16, 1989.

2001975

Таблица 2

Таблица 3

Составитель В. Сахарова

Редактор M. Стрельникова Техред M. Моргентал Корректор С. Лисина

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3157

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 те ни я 5эксплУатационныхсвойсв стал пРвысоких температурах, упрощения способа и

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЯОЛГОВЕЧ- снижения трудоемкости хромовое покрыНОСТИ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ, включа- тие наносят термическим разложением меющий нанесение хромового покрытия, от таллоорганического соединения при личающийсЯ тем, что, с целью повыше 1О толщине покрытия 5-10 мкм.