Способ локального поверхностного азотирования изделий

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической поверхностной обработке материалов диффузией, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин азотированием и получения локальных покрытий заданной глубины. Предложенный способ включает размещение на выбранном участке изделия насыщающей накладки, спрессованной из порошкового материала, проведение диффузионного насыщения поверхности путем нагрева при контактном давлении прижатой к обрабатываемому участку накладки. Накладку прессуют пористой газопроницаемой из порошка титана и спекают с проведением последующей термообработки и объемного насыщения в активной среде азота, при этом высоту накладки выбирают предварительно из условия Н≥K*d*h, где Н - высота накладки; К - коэффициент, учитывающий характеристики пористости и порошкового материала, 1/мм; d - размер гранул порошка, мм; h - глубина азотированного покрытия, мм. Техническим результатом изобретения является возможность многократного использования накладки и получение покрытия заданной глубины.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической поверхностной обработке материалов диффузией из твердой фазы в выбранный участок, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин азотированием и получения локальных покрытий заданной глубины.

Известен способ азотирования штампов из инструментальных сталей, включающий обмазку упрочняемой поверхности насыщающей порошковой смесью, в состав которой вводят карбамид, с последующим нагревом в условиях диффузионого насыщения стали азотом (описание к авторскому свидетельству SU 1350190, МПК⁴ С 23 С 10/04, 10/14).

Недостатком известного способа является высокие трудо- и материалоемкость подготовительных процессов, обусловленных затратами на приготовление порошковой смеси для обмазки и удаление последней по завершении обработки.

Кроме того, известный способ не позволяет контролировать глубину обработки.

Известен способ поверхностного упрочнения деталей машин, включающий изготовление из насыщающей порошковой смеси прессованием накладок, которые прижимают к упрочняемой поверхности в процессе нагрева (описание к патенту RU 2098509, МПК⁷ С 23 С 8/60, 10/30, прототип).

Предварительное прессование насыщающей порошковой смеси перед обработкой в известном способе обеспечивают фиксированность формы и размеров накладки, что облегчает ее базирование на упрочняемой поверхности. Однако в известном способе по завершении обработки накладки подлежат утилизации. И для каждой последующей партии идентичных деталей необходимо прессовать соответствующие накладки. В результате увеличиваются временные и материальные затраты, что усложняет процесс.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей и упрощение процесса.

Технический результат от использования изобретения заключается в возможности многократного использования накладки и получении заданной глубины покрытия.

Технический результат достигается тем, что в способе локального поверхностного азотирования, включающем размещение на выбранном участке насыщающей накладки, спрессованной из порошкового материала, проведение диффузионного насыщения поверхности путем нагрева при контактном давлении накладки, прижатой к обрабатываемой поверхности, накладку прессуют пористой газопроницаемой из порошка титана и спекают с последующей термообработкой в активной среде азота, при этом высоту накладки выбирают предварительно из условия

где H - высота накладки;

К - коэффициент, учитывающий характеристики пористости и порошкового материала, 1/мм;

d - размер гранул порошка, мм;

h - глубина азотированного покрытия, мм.

Способ осуществляют следующим образом.

Из порошкового материала титановых сплавов с размером гранул 0,08-1,0 мм прессуют газопроницаемую накладку с пористостью 15-20% требуемой формы. Высоту накладки Н выбирают не менее величины, определяемой условием (1). Коэффициент К подбирается экспериментально в зависимости от используемого порошкового титанового материала и выбранной пористости и/или размера гранул порошка, обеспечивающих газопроницаемость прессованной накладке.

Используя типовое оборудование для диффузионной сварки, сформованные накладки спекают с последующей термообработкой в активной среде азота. В процессе термообработки газ заполняет поровые каналы накладки, и титановые гранулы внутри и снаружи накладки азотируются. Вступая во взаимодействие с титаном, азот, аккумулируется в накладке по всему объему в виде твердого раствора и соединений Ti_mH_n.

Азотированные титановые накладки размещают на детали и далее в вакууме (или аргоне) при нагреве, обеспечивающем десорбцию азота и поток его атомов в насыщаемый металл, и при контактном давлении прижатой к обрабатываемому участку накладки осуществляют диффузионное насыщение азотом на глубину h обрабатываемой поверхности.

По завершении обработки накладки подвергают повторному азотированию и далее процесс повторяют, исключив предварительные операции формования и прессования.

Пример.

Для упрочнения азотированием на глубину h=0.05 мм поверхности уплотнительного кольца из титанового сплава ВТ1 насоса для перекачки агрессивных сред по форме обрабатываемой поверхности в пресс-форме из порошкового материала ПТЭК-1 с размером гранул d=0.63÷1.0 мм изготавливают накладку с относительной пористостью 0,2. Высоту Н накладки выбирают равной 5 мм, принимая коэффициент К равным 1,5*10².

Спекают спрессованную накладку в типовом оборудовании для диффузионной сварки при температуре Т_c=950°С и здесь же проводят термообработку в активной газовой среде азота при температуре 1000°С в течение 5 ч.

Подготовленное кольцо с прижатыми к обрабатываемому участку азотированными накладками загружают в вакуумную печь и при температуре 1000°С в течение 7 ч осуществляют азотирование поверхности. Измеренная глубина полученного азотированного слоя составляет 0,048-0,052 мм.

Способ локального поверхностного азотирования изделий, включающий размещение на выбранном участке изделия насыщающей накладки, спрессованной из порошкового материала, проведение диффузионного насыщения поверхности путем нагрева при контактном давлении прижатой к обрабатываемому участку накладки, отличающийся тем, что накладку прессуют пористой газопроницаемой из порошка титана и спекают с проведением последующей термообработки и объемного насыщения в активной среде азота, при этом высоту накладки выбирают предварительно из условия Н≥K·d·h, где Н - высота накладки; К - коэффициент, учитывающий характеристики пористости и порошкового материала, 1/мм; d - размер гранул порошка, мм; h - глубина азотированного покрытия, мм.