Способ химико-термической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к способам получения износо-и коррозионностойких покрытий на поверхности стальных изделий, преимущественно стволов орудий. Химико-термическую обработку стальных изделий осуществляют в две стадии: сначала проводят низкотемпературное газовое карбонитрирование, после чего осуществляют оксимолибденирование в атмосфере паров молибденовокислого аммония при температуре 550 - 620^oС до толщины слоя покрытия, равного 2 - 3 мкм. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий, в частности к способам получения коррозионно- и износостойких покрытий на поверхности стальных изделий, которые подвергаются сильному износу и коррозии в процессе функционирования, например, стволов орудий, и может быть использовано в машиностроении, химическом машиностроении и т.п.

Известен способ химико-термической обработки стальных изделий (а.с. N 1659527, кл. С 23 С 10/58, 1991), включающий порошковое борирование при 90-1050^оС и последующее титанирование при 1000-1100^оС с промежуточной выдержкой в воздушной среде при 850-950^оС в течение 5-10 мин.

Недостатком известного способа является то, что при работе изделия, сопровождающейся силовым нагружением рабочих поверхностей, наблюдается нарушение сплошности защитного покрытия, что вызывает снижение коррозионной стойкости и износостойкости рабочих поверхностей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки [1] включающий химико-термическую обработку, в качестве которой используют низкотемпературное газовое карбонитрирование с получением ε-фазы на поверхности. Достоинством способа является то, что рабочие поверхности имеют высокую поверхностную твердость с сохранением мягкой сердцевины. Однако при этом на поверхностях детали образуется слой высокоплотного вещества в виде карбонитридов железа. Причем коррозионная стойкость достигается наличием на поверхности окислов, а износоустойчивость рабочих поверхностей определяется, в основном, оксидами железа (II, III) Fe₃O₄. Недостатком указанного способа является то, что в процессе эксплуатации изделий, подвергающихся экстремальным нагрузкам, например, каналов стволов орудий, отмечено частичное превращение оксида железа Fe₃О₄ в Fe₂O₃. Этим оксидам соответствуют гидрооксиды железа, которые усиливают коррозию, причем соли железа (III) гидролизуются, в результате чего коррозионная стойкость поверхности изделия снижается, снижается и усталостная прочность покрытия.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик изделий, поверхности которых подвергаются сильным нагрузкам, за счет получения покрытия, обеспечивающего уменьшение коэффициента трения на рабочих поверхностях при повышении их износостойкости и коррозионной стойкости.

Цель достигается тем, что в известном способе химико-термической обработки стальных изделий, включающем низкотемпературное газовое карбонитрирование, дополнительно осуществляют оксимолибденирование. Причем оксимолибденирование проводят в атмосфере паров молибденовокислого аммония при температуре 550-620^оС на глубину слоя, не превышающую 2-3 мкм.

П р и м е р. Предлагаемый способ химико-термической обработки стальных изделий осуществляют следующим образом.

После полной механической обработки изделия, напримеp стволов орудий, осуществляют процесс нанесения покрытий.

Применение в качестве упрочняющей обработки низкотемпературного газового карбонитрирования при температуре 550-620^оС позволяет получить прочный и твердый слой толщиной до 15 мкм при достаточной общей упругости и вязкости сердцевины. Для получения указанной толщины карбонитридного слоя процесс необходимо осуществлять в течение 2-2,5 ч. При этом происходит диффузионное насыщение поверхности материала изделия азотом и углеродом в газовой атмосфере эндогаза и аммиака или из смеси азота и паров карбамата аммония. Также могут быть применены и другие газовые способы, позволяющие насыщать поверхность металла азотом и углеродом с образованием на поверхности антифрикционного карбонитридного слоя. В результате протекания процесса химико-термической обработки происходит постепенная релаксация напряжений, созданных предшествующими обработками в теле изделия, например, стволов орудий, а в поверхностном слое возникают равномерно распределенные напряжения сжатия.

Непосредственно после карбонитрирования проводят оксимолибденирование всей поверхности ствола орудия в атмосфере паров молибденовокислого аммония при температуре 550-620^оС. При этом происходит реакция замещения карбидных и нитридных фаз во внешней части карбонитридного слоя магнетиком, легированным молибденом (Fe₂O₄)Mo. Толщина полученного оксимолибденированного покрытия не превышает 2-3 мкм, что составляет 10-30% толщины слоя карбонитридов и обеспечивает повышенную износостойкость рабочей поверхности ствола и низкий коэффициент трения при работе, сопровождающейся большими нагрузками на поверхности изделия без нарушения сплошности покрытия.

Кроме того нерабочая наружная поверхность ствола орудия дополнительно защищается антикоррозионностойким покрытием, необходимым при работе изделий в экстремальных условиях, например, в случае повышенной влажности воздушной среды. Нанесение защитных покрытий на нерабочих наружных поверхностях осуществляют традиционными способами, например, путем фосфатирования с последующей пропиткой клеевыми составами с нигрозином.

По указанной технологии нанесения покрытий была изготовлена партия стволов орудий из стали марки 25Х3М3НБЦА с толщиной карбонитридного слоя 15 мкм и оксимолибденового покрытия 3 мкм.

Для испытаний в естественных условиях в качестве контрольной были взяты две партии стволов: одна партия стволов, канал которых хромирован по штатной технологии при толщине покрытий 18-60 мкм; другая партия стволов, у которых канал подвергнут карбонитрации, с толщиной покрытий 20 мкм (а.с. N 1488359, кл. С 23 С 8/32). Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Наряду с этим проводилась аттестация изделий на коррозионную стойкость для указанных трех типов покрытий. В качестве коррозионной среды при этом использовался 4% -ный раствор хлористого натрия. Образцы были выполнены из стали марки 25ХЗМЗНБЦА в виде пластин 150 х 20 х 1 мм, на которые были нанесены указанные покрытия. Результаты оценки защитных свойств покрытий представлены в табл. 2.

Кроме того отмечено отсутствие нарушения сплошности предлагаемых покрытий после проведения испытаний. В контрольных образцах отмечено наличие сетки трещин на рабочей поверхности и местные "выхваты" покрытия канала орудийного ствола.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий низкотемпературное карбонитрирование, отличающийся тем, что после карбонитрирования проводят оксимолибденирование.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксимолибденирование проводят в атмосфере паров молибденовокислого аммония при 550 - 620^oС.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что оксимолибденирование проводят до толщины слоя покрытия 2 - 3 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1