Способ борохромирования стальных изделий

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2391441:

Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении. Данный способ включает нагрев, насыщение при температуре борохромирования в порошкообразной смеси, содержащей следующие компоненты, мас.%: карбид бора 0,5-25,0, бромид хрома 0,5-15,0, хлорид никеля 0,1-2,0, тетрафторборат натрия 0,1-1,0, бромистый аммоний 0,1-2,0, корунд 55-98,7, причем нагрев и насыщение изделий ведут в среде водорода, при этом в процессе нагрева осуществляют две выдержки: при температуре 300-500°С в течение 3-10 минут и при температуре 600-900°С в течение 5-30 минут, а перед охлаждением газообразные продукты откачивают. Повышается качество обработанной поверхности стальных изделий и интенсификация процесса борохромирования. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин и механизмов.

Известен способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев и насыщение изделий в порошковой среде, содержащей следующие компоненты, мас.%: хром 1,4-3,0, бура 1,5-6, карбид бора остальное (см. авт. св. СССР №765398, С23С 9/04, 1980).

Недостатком известного способа является низкое качество поверхности стальных изделий и низкая скорость насыщения за счет малой активности насыщающей смеси и затруднения доступа газовой фазы непосредственно к поверхности металла.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является' способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев и насыщение изделий в порошковой среде, содержащей следующие компоненты, мас.%: окись хрома 5,6-8,2, окись бора 19,5-21,9, алюминий 21,5-23,5, окись алюминия 47-49, фтористый натрий 0,5-1,5, сера 0,5-1,5. При этом насыщение ведут при температуре 800-1000°С (см. авт. св. СССР №865968, С23С 9/04, 1981).

Недостатком известного способа является низкое качество поверхности изделий и низкая скорость насыщения изделий за счет образования окисной пленки на поверхности стальных изделий, затрудняющей доступ газовой фазы непосредственно к поверхности металла.

В основу изобретения поставлена задача повышения качества поверхности стальных изделий при одновременной интенсификации процесса борохромирования.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе борохромирования стальных изделий, включающем нагрев, насыщение при температуре борохромирования в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, хромсодержащее вещество, активатор и корунд, и последующее охлаждение, согласно изобретению борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси, дополнительно содержащей хлорид никеля NiCl₂, а в качестве хромсодержащего вещества - бромид хрома СrВr₂, в качестве активатора - тетрафторборат натрия и бромистый аммоний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора	0,5-25,0
Бромид хрома СrВr₂	0,5-15,0
Хлорид никеля NiCl₂	0,1-2,0
Тетрафторборат натрия	0,1-1,0
Бромистый аммоний	0,1-2,0
Корунд	55-98,7,

нагрев и насыщение изделий ведут в среде водорода, причем в процессе нагрева осуществляют две выдержки: при температуре 300-500°С в течение 3-10 минут, при температуре 600-900°С в течение 5-30 минут, а перед охлаждением газообразные продукты откачивают.

Способ борохромирования стальных изделий осуществляют следующим образом: предварительно готовят порошкообразную смесь для борохромирования путем смешивания следующих компонентов, мас.%: карбида бора 0,5-25,0, бромида хрома СrВr₂ 0,5-15,0, хлорида никеля NiCl₂ 0,1-2,0, тетрафторбората натрия 0,1-1,0, бромистого аммония 0,1-2,0 и корунда 55,0-98,7. В реторту с указанной порошкообразной смесью загружают стальные изделия. Из реторты откачивают воздух, закачивают водород, создают псевдоожижение насыщающей смеси и осуществляют нагрев изделий, одновременно с нагревом насыщающей порошкообразной смеси. В процессе нагрева осуществляют две выдержки: при температуре порошкообразной смеси 300-500°С осуществляют первую выдержку в течение 3-10 минут, затем продолжают нагрев насыщающей смеси и изделий до температуры 600-900°С и осуществляют вторую выдержку в течение 5-30 минут, после чего осуществляют нагрев насыщающей смеси и изделий до температур борохромирования 1000-1200°С, а перед охлаждением газообразные продукты откачивают из реторты.

Химические реакции между компонентами порошкообразной смеси и водородом создают в заявляемом способе условия для увеличения активности смеси и улучшения качества борохромированной поверхности стальных изделий.

При температуре выдержки 300-500°С и времени выдержки 3-10 минут происходят процессы восстановления и адсорбции атомов никеля на поверхности стальных изделий с образованием качественного никелевого покрытия.

При температуре выдержки ниже 300°С снижается стабильность протекания процессов восстановления и адсорбции атомов никеля на поверхности стальных изделий, что в дальнейшем уменьшает интенсивность борохромирования. При температуре выдержки выше 500°С ухудшается качество поверхности стальных изделий за счет образования пористого никелевого слоя.

При выдержке меньше 3 минут хлорид никеля восстанавливается не полностью и при дальнейшем нагреве до температур насыщения происходит восстановление оставшейся части хлорида никеля с образованием пористого слоя на поверхности изделий. При времени выдержки более 10 минут существенных изменений на поверхности стальных изделий не происходит, поэтому такие выдержки нецелесообразны, так как увеличивают длительность процесса борохромирования.

При температуре выдержки 600-900°С и времени выдержки 5-30 минут происходят процессы восстановления и адсорбции атомов хрома на поверхности стальных изделий с образованием качественного хромового покрытия.

При температуре выдержки ниже 600°С снижается стабильность протекания процессов восстановление и адсорбции атомов хрома на поверхности стальных изделий, что в дальнейшем уменьшает скорость борохромирования. При температуре выдержки выше 900°С ухудшается качество поверхности стальных изделий из-за образования пористого хромированного слоя.

При выдержке меньше 5 минут бромид хрома восстанавливается не полностью и при дальнейшем нагреве до температур насыщения происходит восстановление оставшейся части бромида хрома с образованием пористого слоя на поверхности изделий. При времени выдержки более 30 минут существенных изменений на поверхности стальных изделий не происходит, поэтому такие выдержки нецелесообразны.

После окончания процесса насыщения присутствие газообразных продуктов в среде нецелесообразно, так как при дальнейшем охлаждении это приводит к ухудшению качества борохромированной поверхности стальных изделий из-за образования пористого слоя покрытия на поверхности стальных изделий. Поэтому перед охлаждением производят откачку газообразных продуктов из реторты.

Насыщение при температурах борохромирования позволяет получить на поверхности изделий слои, состоящие из боридов железа и боридов хрома.

Карбид бора вводят в состав насыщающей смеси с целью получения слоя с содержанием боридов железа.

Введение в состав насыщающей смеси карбида бора менее 0,5 мас.% приводит к нестабильности процесса насыщения поверхности изделий бором, что приводит к снижению интенсивности насыщения. Увеличение его содержания более 25 мас.% приводит к спеканию насыщающей смеси, что ухудшает качество борохромированной поверхности стальных изделий.

Присутствие в составе насыщающей смеси бромида хрома двухвалентного СrВr₂ позволяет получать активные атомы хрома за счет его восстановления в присутствии бромистого аммония и водорода.

Уменьшение содержания бромида хрома менее 0,5 мас.% снижает стабильность протекания процессов адсорбции и диффузии атомов хрома в стальную поверхность, в результате чего скорость формирования борохромированных слоев снижается. Увеличение содержания бромида хрома более 15 мас.% ухудшает качество борохромированной поверхности стальных изделий из-за образования пористого слоя хрома на поверхности стальных изделий.

Присутствие в составе компонентов хлорида никеля двухвалентного NiCl₂ позволяет получать активные атомы никеля за счет химических реакций между компонентами смеси. При этом создаются условия для ускоренного протекания процессов насыщения бором, хромом и никелем стальной поверхности, что улучшает качество поверхности стальных изделий и значительно интенсифицирует процесс борохромирования.

Уменьшение содержания хлорида никеля менее 0,1 мас.% приводит к нестабильности процессов адсорбции атомов никеля на стальной поверхности, тем самым снижает скорость формирования борохромированных слоев. Увеличение содержания хлорида никеля более 2 мас.% приводит к ухудшению качества борохромированной поверхности в результате образования пористых поверхностных слоев.

Тетрафторборат натрия вводят в смесь как активатор, способствующий освобождению атомов бора.

Уменьшение содержания в смеси тетрафторбората натрия менее 0,1 мас.% приводит к нестабильности освобождения атомов бора, тем самым уменьшает интенсивность насыщения. Увеличение его содержания более 1 мас.% нецелесообразно, из-за перерасхода материала.

Бромистый аммоний вводят с целью активизации процесса борохромирования, что способствует образованию активных атомов хрома, никеля и бора, а также позволяет проводить процесс борохромирования в псевдоожиженном слое без спекания смеси.

Уменьшение содержания бромистого аммония менее 0,1 мас.% приводит к нестабильности процессов восстановления хлорида никеля и бромида хрома, а также адсорбции атомов этих металлов к поверхности стальных изделий, что снижает интенсивность борохромирования. Увеличение его содержания свыше 1 мас.% нецелесообразно в целях экономии материала.

Корунд вводят для создания псевдоожиженного слоя.

Применение псевдоожиженного слоя позволяет сократить время насыщения и время нагрева насыщающей смеси, а также обеспечивает равномерный нагрев обрабатываемых стальных изделий. При борохромировании стальных изделий в псевдоожиженном слое частицы насыщающей смеси контактируют с поверхностью металла, в результате чего происходит очищение поверхности металла от пленки соединений В₂O₃ и ВСl и тем самым облегчается доступ газовой фазы непосредственно к поверхности материала. Процессы борохромирования в псевдоожиженном слое протекают в основном за счет газофазного процесса, что обеспечивает высокую скорость насыщения.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, взятым за прототип, были проведены лабораторные испытания.

Образцы стали 45 диаметром 5 мм и длиной 50 мм подвергали борохромированию известным способом и заявляемым способом в псевдоожиженном слое с целью определение качества поверхности и интенсивности насыщения. Составы насыщающей смеси, режимы проведения борохромирования и результаты металлографических исследований приведены в таблице.

Из приведенных данных следует, что заявляемый способ борохромирования стальных изделий в псевдоожиженном слое по сравнению с прототипом позволяет улучшить качество обработанной поверхности, сокращает в 2 раза время обработки стальных изделий в насыщающей смеси.

Способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев, насыщение при температуре борохромирования в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, хромсодержащее вещество, активатор и корунд, и последующее охлаждение, отличающийся тем, что борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси, дополнительно содержащей хлорид никеля NiСl₂, в качестве хромсодержащего вещества - бромид хрома СrВr₂, в качестве активатора - тетрафторборат натрия и бромистый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора	0,5-25,0
Бромид хрома СrВr₂	0,5-15,0
Хлорид никеля NiСl₂	0,1-2,0
Тетрафторборат натрия	0,1-1,0
Бромистый аммоний	0,1-2,0
Корунд	55-98,7,

нагрев и насыщение изделий ведут в среде водорода, причем в процессе нагрева осуществляют две выдержки: при температуре 300-500°С в течение 3-10 мин, при температуре 600-900°С в течение 5-30 мин, а перед охлаждением газообразные продукты откачивают.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано для повышения износо-, жаро- и коррозионной стойкости деталей машин на предприятиях металлургической, авиационной, химической, судостроительной, машиностроительной и других отраслей промышленности.

Способ термодиффузионного упрочнения стальных деталей // 2384649

Изобретение относится к технологии термодиффузионной обработки изделий, изготовленных, преимущественно, из черных металлов и сплавов. .

Способ упрочнения стальных деталей // 2381299

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента, изготовленных из сталей в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Способ упрочнения деталей из штамповых сталей // 2360031

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из штамповой стали в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей // 2345175

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Способ химико-термической обработки изделий // 2253691

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано в различных областях промышленности для повышения эксплуатационных свойств деталей и изделий.

Способ борохромирования стальных изделий // 2230826

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении. .

Способ боросилицирования стальных изделий // 2223345

Способ термодиффузионной обработки металлов и сплавов // 2221898

Изобретение относится к термодиффузионной обработке изделий из металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении, химической, авиационной, газовой промышленности и автомобилестроении.

Способ упрочнения деталей // 2194797

Изобретение относится к области ремонта и упрочнения деталей металлургического, машиностроительного и другого оборудования. .

Способ нанесения покрытия // 2413785

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких алюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении для защиты от высокотемпературного окисления внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля // 2471887

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении

Способ нанесения керамического покрытия на детали из чугунов и сталей // 2482215

Изобретение относится к упрочнению деталей машин и инструмента из железоуглеродистых сплавов и может быть использовано при производстве деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, строительной и других отраслях промышленности, обладающих в 2-10 раз большим ресурсом работы

Способ нанесения защитного покрытия на изделия из стали или титана // 2492281

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке изделий из стали или титана, и может быть использовано для нанесения защитного покрытия на детали, работающие в условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур

Способ нанесения металлокерамического покрытия на стальную деталь с использованием электрической дуги косвенного действия // 2510427

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных деталей и может быть использовано для обработки деталей, работающих в условиях абразивного износа ударных нагрузок, например для культиваторов, дисков, борон и лемехов. Способ нанесения металлокерамического покрытия на стальную деталь с использованием электрической дуги косвенного действия включает нанесение на упрочняемую поверхность детали металлокерамической пасты, нагрев до плавления металлокерамической пасты и поверхностного слоя детали электрической дугой косвенного действия, возникающей между графитовыми электродами. При нагреве металлокерамической пасты и поверхностного слоя детали между графитовыми электродами и поверхностью детали создают разность потенциалов. Затем деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до температуры закалки, выдерживают при этой температуре и подвергают закалке в индустриальном или трансформаторном масле, после чего производят отпуск с остыванием на воздухе. В частных случаях осуществления изобретения при закалке деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до 830°С и выдерживают при данной температуре в течение 5 мин. При отпуске деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до 185°С и выдерживают при данной температуре в течение 2 мин. Обеспечивается повышение твердости и износостойкости деталей за счет формирования на поверхности детали упрочненного металлокерамического слоя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения гетероструктуры оксид титана - силицид титана на монокристаллической кремниевой подложке, покрытой нанокристаллической титановой пленкой // 2556183

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов. Способ получения гетероструктуры оксид титана - силицид титана на монокристаллической кремниевой подложке, покрытой нанокристаллической титановой пленкой, включает проведение фотонной обработки упомянутой подложки излучением ксеноновых ламп с диапазоном излучения 0,2-1,2 мкм в атмосфере воздуха пакетом импульсов длительностью 10-2 с в течение 2,0-2,2 с при дозе энергии в интервале 220-240 Дж·см-2 для активации реакций оксидирования и силицидобразования при формировании гетероструктуры оксид титана - силицид титана. Обеспечивается упрощение технологии, значительное сокращение времени изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с гетероструктурой оксид титана - силицид титана и снижается температурная нагрузка на кремниевую подложку. 2 ил., 2 пр.

Способ упрочнения стальных деталей // 2556805

Изобретение относится к упрочнению и восстановлению стальных и чугунных деталей с помощью химико-термической обработки. На поверхность детали наносят обмазку, содержащую, мас.%: диборид титана - 20-25, карбид бора - 40-60, фторид натрия - 3-7, хлорид аммония - 5-7, буру - 3-8, бориды железа - 8-20, которую предварительно разводят в воде до пастообразного состояния. После деталь с нанесенной обмазкой сушат до получения твердой корки. Нагревают в термической печи до температуры 850-1150°C с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-3,5 ч. После окончания выдержки деталь закаливают, проводят низкий отпуск при температуре 180-200°C в течение 2 ч. Обеспечивается повышение стойкости, технологичности и энергоэффективности процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Состав обмазки для борованадирования стальных изделий // 2558710

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента, изготовленных из углеродистых и легированных сталей. Состав обмазки для борованадирования стальных изделий содержит следующие компоненты, мас.%: карбид бора - 55-60, окись ванадия - 30-35, графит - 5-10 и фтористый натрий 3-5. Обеспечивается снижение хрупкости боридного диффузионного слоя, повышение технологичности и снижение трудоемкости процесса диффузионного насыщения. 7 ил., 2 табл., 3 пр.

Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов // 2590433

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости режущего, штампового инструмента, а также конструкционных изделий из твердого сплава за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения стойкости изделий к механическому и коррозионно-механическому износам. Способ диффузионного насыщения изделия из твердого сплава в легкоплавком свинцово-висмутовом расплаве включает проведение предварительной кратковременной высокотемпературной цементации изделия и последующее диффузионное насыщение его поверхности в легкоплавком свинцово-висмутовом расплаве, содержащем титан в растворенном состоянии и в который вводят кобальт в порошковом или компактном виде. Упомянутую цементацию проводят при температуре 1150-1300°C в течение 10-20 мин. Легкоплавкий свинцово-висмутовый расплав для диффузионного насыщения содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: свинец 38-48, висмут 50-55, титан 1-5 и кобальт 1-2. Обеспечивается повышение износостойкости и эксплуатационного ресурса изделий из твердых сплавов в условиях воздействия на них высоких контактных напряжений, а также производительности технологического процесса. 1 табл., 3 пр.

Способ термоциклического бороалитирования стальных изделий // 2635589

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Способ термоциклического бороалитирования стальных изделий включает бороалитирование стального изделия в активной обмазке, содержащей карбид бора, алюминий, фторид натрия. Бороалитирование проводят за 8 циклов. На каждом цикле нагрев проводят до 950°C, выдержку в течение 15-20 минут и охлаждение до 640-650°C. Обеспечивается повышение жаростойкости бороалитированного слоя и получение мелкозернистой структуры в основном металле. 3 ил., 2 табл., 3 пр.