Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна



Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна
Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна
Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна

 


Владельцы патента RU 2493289:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионному титанированию металлов, в частности к диффузионному титанированию чугуна, и может быть использовано в машиностроении. Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна включает насыщение его поверхности титаном при нагреве до 1000-1100°C в контакте с оксидом титана, выдержку при этой температуре 2-4 часа с последующим быстрым охлаждением в закалочной среде. Обеспечивается повышение износостойкости и жаропрочности деталей машин из серого чугуна. 3 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионному титанированию металлов, в частности к диффузионному титанированию чугуна и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости и жаропрочности деталей машин из серого чугуна.

За последние годы все более широко используют диффузионное насыщение поверхности сплавов различными металлами. Для твердого или парофазового метода используют твердые частицы (или порошки) титана или ферротитана.

Перенос титана к поверхности изделий осуществляется через хлоридную или фторидную фазы, возникающую в результате взаимодействия титана с хлористым аммонием (NH4Cl) или фтористым аммонием (NH4F), или путем контактирования частиц титана с поверхностью изделия (см. Защитные покрытия на металлах. Киев, Наукова думка, 1973, вып.7, с.116-119, ил.ч).

К основным недостаткам этого способа можно отнести: применение специальных печей; применение газообразных хлоридов или фторидов; применение дорогого порошкообразного титана или ферротитана, получение которых (обычно методом дробления кусков титана или ферротитана) является трудоемкой операцией, необходимость создания вакуума.

Известен способ диффузионного титанирования чугуна (см. Земсков Г.В, Коган Р.Л., Шевченко И.М. Защитные покрытия на металлах. Киев.: Наукова думка, 1971), основанный на образовании летучего соединения TiCl4 и последующей адсорбцией титана вглубь сплава. Данный способ характеризуется значительными потерями диффузанта (хлорида титана), большой длительностью процесса упрочнения (более 12 часов) и низкой толщиной упрочненного слоя (до 150 мкм).

Известен способ диффузионного титанирования деталей из чугуна при следующем соотношении компонентов, масс.%: 96-97% титана, остальное - фтористый аммоний (см. Шаповалов В.П., Горбунов Н.С. Диффузионное титанирование стали. В кн.: Защитные покрытия на металлах. Киев, Наукова думка, 1973, вып.7, с.116-119, ил.ч).

Однако данный способ является трудоемким, требует наличия специального оборудования - реакторов, в которых создается вакуум, и обеспечивает низкую толщину упрочненного слоя, которая составляет максимум 120 мкм (см. Шаповалов В.П., Горбунов Н.С. Диффузионное титанирование стали. В кн.: Защитные покрытия на металлах. Киев, Наукова думка, 1973, вып.7, с.116-119, ил.ч).

Известен способ диффузионного титанирования сталей в газообразных активаторов (K2TiF6 - гексафтортитанат калия) (см. Гурьев, А.М. Влияние состава насыщающей среды на структуру и свойства диффузионного слоя при титанировании сталей [Текст] / Б.Д. Лыгденов // Известия вузов. Физика. - 2001. - №11. С.269-270). Титанирование с добавкой данного активатора дает в 2-3 раза большую толщину карбидного слоя по сравнению с фторидами алюминия, аммония, кальция. Суть способа состоит в том, что насыщение поверхностного слоя железоуглеродистого сплава производится через газообразную среду, при этом калий и фтор, растворяют атомы титана и служат их переносчиками для доставки в зону диффузии, что способствует более глубокому проникновению атомов вглубь сплава. Однако использование данного способа для упрочнения чугунов мало оправдано ввиду того, что возрастание количества углерода способствует образованию карбидов титана, препятствующих дальнейшей диффузии. Таким образом, при увеличении содержания углерода с 0.08 до 0.8% максимально достигаемая толщина упрочненного слоя падает с 600 до 200 мкм (см. Гурьев, А.М. Влияние состава насыщающей среды на структуру и свойства диффузионного слоя при титанировании сталей [Текст] / Б.Д. Лыгденов // Известия вузов. Физика. - 2001. - №11. С.269-270), т.о. использовать данный способ для упрочнения чугунов нецелесообразно.

Целью изобретения является совершенствование технологии диффузионного титанирования изделий из чугуна за счет отказа от специальных газообразных сред и повышение толщины упрочненного слоя. Для достижения поставленной цели, детали из чугуна в контакте с оксидом титана TiO2 нагревают до температуры 1000-1100°C, выдерживают при этой температуре 2-4 часа, извлекают из печи, после чего производится быстрое охлаждение в закалочной среде.

В результате взаимодействия углерода чугуна с оксидом титана происходит диффузия восстановленного титана в железо и на поверхности изделия образуется твердый раствор титана в у - железе и карбидная фаза.

Пример выполнения способа диффузионного титанирования серого чугуна с феррито-перлитной основой (твердость 140-160 НВ).

В качестве образца была взята цилиндрическая деталь диаметром 20 мм и высотой 20 мм из феррито-перлитного серого чугуна СЧ20 состава: 3,4%С; 2,2% Si; 0,6% Мn; <0,3%Р и <0,3%S, твердостью 140 НВ. Исходная структура чугуна феррито (60-90%)-перлитная (40-10%) основа с равномерно распределенным пластинчатым графитом завихренной формы длиной 30-120 мкм. Площадь, занятая графитом составляет 8-12% (фиг.1).

Деталь была помещена в стальной контейнер объемом 0,5 дм3 в засыпке порошком оксида титана TiO2, нагрета до температуры 1000-1100°C, выдержана при этой температуре 2-4 ч, после чего производилось быстрое охлаждение в закалочной среде (воде).

После такого диффузионного титанирования на поверхности детали был обнаружен слой высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (фиг.2), быстрое охлаждение в воде привело к образованию мартенситной структуры. Эксперименты показали, что толщина слоя высокопрочного чугуна (фиг.3) и его твердость зависят от температуры нагрева и времени выдержки при данной температуре (см. таблицу).

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно упростить процесс диффузионного титанирования серого чугуна и повысить его производительность.

Таблица
Состав Содержание, масс.% Режим титанирования Толщина слоя, мкм Твердость, HRC Примечание
Т, °C τ, ч
Известный состав (аналог)
1 97Ti+3NH4F 1000 3 90 - Чугун СЧ21
2 97Ti+3NH4F 1000 4 120 - Чугун СЧ21
Предлагаемый состав
4 l00TiO2 1000 2 90 52-54 Чугун СЧ20
5 1000 4 250 53-55 Чугун СЧ20
6 1100 2 470 52-54 Чугун СЧ20
7 1100 4 880 52-55 Чугун СЧ20
8 1150 Чугун расплавился

Предлагаемый способ диффузионного титанирования чугуна значительно проще и дешевле известных способов, так как не требует:

- специальных печей, обеспечивающих замкнутое пространство для восстановительной атмосферы и газообразных хлоридов или фторидов;

- обеспечивает восстановление оксидов титана;

- значительно увеличивает толщину диффузионного слоя более чем в 12 раз по сравнению с аналогами.

Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна, отличающийся тем, что изделия нагревают в контакте с порошком оксида титана до температуры 1000-1100°C, выдерживают при этой температуре 2-4 ч с последующим быстрым охлаждением в закалочной среде.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических деталей и может быть использовано в электроэнергетике и других областях народного хозяйства для повышения их коррозионной стойкости.
Изобретение относится к составам для нанесения покрытий, в частности к составам для нанесения покрытий на детали диффузионным насыщением в газовой среде, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении при химико-термической обработке деталей.

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано в производстве различных видов технологического оборудования, приборов и металлической упаковки.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам упрочнения жаростойких покрытий деталей из жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано для увеличения прочности и долговечности лопаток турбин газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроительных отраслях. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к химико-термической обработке изделий из жаропрочных сплавов на основе никеля. .
Изобретение относится к восстановлению поврежденных деталей, в частности к устранению трещин в поверхностном слое детали, и может быть использовано в авиадвигателестроении и других областях техники.
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве технологического инструмента для прокатки труб. .
Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к химико-термической обработке поверхностей деталей и может быть использовано в машиностроении, транспортной, химической и строительной отраслях промышленности для обработки с целью защиты от коррозии и старения прессованных, кованных, литых и механически обработанных изделий из углеродистой и низколегированной, в том числе повышенной прочности, стали, чугуна, меди.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических деталей и может быть использовано в электроэнергетике и других областях народного хозяйства для повышения их коррозионной стойкости.

Изобретение относится к антикоррозионной обработке металлических изделий, в частности к нанесению цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования и к установке, используемой для его осуществления.
Изобретение относится к созданию на поверхности стальных деталей защитных покрытий и может быть использовано в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области технологий нанесения защитных антикоррозионных покрытий. .
Изобретение относится к обработке металлических изделий, придающей им улучшенные эксплуатационные свойства, в частности к процессу термодиффузионного цинкования.
Изобретение относится к защитным покрытиям и может найти применение в машиностроении, транспортной, химической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости металлических материалов.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических изделий, в частности к диффузионному цинкованию, и может быть использовано в машиностроительной, приборостроительной и других отраслях производства.
Изобретение относится к области химико-термической обработки металлических изделий, более конкретно стального проката, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости изделий.
Изобретение относится к области химико-термической обработки металлических изделий, более конкретно стальной проволоки, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения коррозионной стойкости изделий.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических изделий, в частности к диффузионному цинкованию, и может быть использовано в машиностроительной, приборостроительной, авиационной и других отраслях промышленности. Антикоррозионное покрытие на металлические изделия наносят в герметичном контейнере, размещенном в муфельной печи. Обрабатываемые детали размещают в контейнере регулярным образом в оснастке с опорными поверхностями, фиксирующей их и препятствующей их непосредственному контакту между собой и перемещению относительно друг друга при движении контейнера таким образом, что минимальное расстояние между обрабатываемыми поверхностями деталей составляет 3-5 мм. В процессе цинкования обрабатываемые детали могут совершать перемещения относительно опорных поверхностей оснастки в контейнере не более чем на 5-10 мм. Насыщающая смесь содержит кристаллы цинка чистотой 0,97-0,99% игловидной формы с коэффициентом эффективной площади поверхности 10. Насыщающая смесь имеет гранулометрический состав в интервале 3-7 мкм, а ее масса составляет 1-4% от массы обрабатываемых деталей или 130-140% от массы требуемого покрытия на поверхности обрабатываемых деталей. Технический результат изобретения заключается в увеличении срока службы изделия за счет исключения его коррозии и повышении производительности печи, в которой ведется диффузионное цинкование, а также сокращении расхода цинка в расчете на единицу поверхности обрабатываемой детали.
Наверх