Способ упрочнения деталей из титановых сплавов диффузионным насыщением



Способ упрочнения деталей из титановых сплавов диффузионным насыщением
Способ упрочнения деталей из титановых сплавов диффузионным насыщением
Способ упрочнения деталей из титановых сплавов диффузионным насыщением

 


Владельцы патента RU 2550066:

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

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей и оснастки из титановых сплавов, эксплуатируемых в условиях контактного абразивного износа. Способ включает упаковку механически обработанных деталей в контейнер с порошковой смесью из углеродо- и азотосодержащих компонентов с добавками борсодержащих и кремнийсодержащих ингредиентов, нагрев и выдержку. Борокарбонитрирование проводят при нагреве до температуры 980-1000°C с выдержкой в течение 1,0-3,0 часов и с последующим охлаждением на воздухе. В качестве компонентов порошковой смеси используют отработанный древесноугольный карбюризатор и карбамид, взятые в равных количествах. В качестве упомянутых добавок используют буру и порошок боркремнийнитридной керамики, которые добавляют по 1,0-1,5 вес. % каждой. Охлаждение проводят на воздухе. При упрочнении деталей сложной конфигурации в порошковую смесь вводят дополнительно огнеупорный кремнийсодержащий лак КО-819 для доведения смеси до пастообразной консистенции. В частных случаях осуществления изобретения перед нагревом проводят вакуумирование до 300 Па. Обеспечивается повышение износостойкости упрочняемых деталей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей и оснастки из титановых сплавов, эксплуатируемых в условиях контактного абразивного износа, а также в потоках ионной плазмы. Оно может быть использовано в инструментальном производстве при обработке неметаллов, в приборостроении.

Известен способ упрочнения титановых сплавов диффузионным насыщением поверхности углеродом, азотом, кислородом в порошковых смесях, содержащих уголь, карбамид, трилон-Б (RU 2378411, МПК C23C 8/76, опубл. 10.01.2010 г., БИ №1).

Способ наиболее применим к закаливаемым титановым сплавам и достаточно трудоемок из-за дополнительного карбонитрирования в процессе старения после закалки.

Известен способ карбонитрирования специального формообразующего инструмента из титановых сплавов в порошках в активированных древесноугольных смесях (Технология машиностроения, 2000, №2, с.26-29).

Способ включает проведение дополнительного карбонитрирования в процессе старения после закалки, что повышает его трудоемкость.

За ближайший аналог принят наиболее близкий по технологической схеме технологический процесс упрочнения деталей с введением в азотонауглераживающие смеси боросодержащих компонентов карбида BC и кремнийсодержащих SiC (Упрочняющие технологии и покрытия, №11, 2006, с.19-23). Способ ограниченно применяется к отдельным маркам сталей и неэффективен для упрочнения титановых сплавов, т.к. не обеспечивает получения однородных, равномерных слоев, что снижает износостойкость изделий.

Изобретение решает задачу получения диффузионных слоев на титановых деталях и оснастке с повышенной износостойкостью за счет повышения однородности, равномерности и микротвердости диффузионного слоя.

Для получения необходимого технического результата в известном способе упрочнения деталей из титановых сплавов диффузионным насыщением, включающем упаковку механически обработанных деталей в контейнер с порошковой смесью из углеродо- и азотосодержащих компонентов с добавками борсодержащих и кремнийсодержащих ингредиентов, нагрев и выдержку, предлагается борокарбонитрирование проводить при температурах 980-1000°C, выдерживая в течение 1,0-3,0 часов, в качестве компонентов порошковой смеси использовать отработанный древесноугольный карбюризатор и карбамид, взятые в равных количествах, а в качестве добавок использовать буру и порошок боркремнийнитридной керамики, которые добавлять по 1,0-1,5% вес. каждой с охлаждением садки на воздухе. Для упрочнения деталей сложной конфигурации в порошковую смесь предлагается дополнительно вводить огнеупорный кремнийсодержащий лак КО-819, доводя смесь до пастообразной консистенции. Перед нагревом можно проводить вакуумирование до 300 Па.

Сущность процессов, протекающих при диффузионном насыщении в выбранных составах и режимах химико-термической обработки, в следующем:

- введение в древесноугольную смесь карбамида (NH2)2CO в соотношении в равном количестве с древесноугольным отработанным карбюризатором вдвое повышает азотный потенциал по реакции диссоциации (NH2)2CO→NH3+CO+0,5H2, введена в смесь бура Na2B3O7 при температурах процесса 980-1000°C, диссоциируя, поставляет в атмосферу оксид натрия Na2O, депассиватор, рыхлитель. Добавка порошка борнитридной керамики БГП (50% BN + 50% SiO2) в присутствии кислорода обеспечивает поставку к поверхности титана бора и кремния;

- время выдержки при выбранных температурах обработки - 2 часа оптимально для мелких, тонкостенных и более массивных деталей для формирования карбонитрированных плотных слоев TiCNB и приповерхностных TiCNO на технических титанах BT-1, BT1-0 с микротвердостью HV=1800-2200 с плавным переходом к подслою и основе.

На прилагаемых к описанию изображениях показано:

фиг.1 - макроструктура слоев на тонкостенном пусковом электроде на сплаве BT1-0, обработка при 1000°C, 2 часа;

фиг.2 - зона карбонитридов на сплаве BT-1, обработка при 980°C, 3 часа;

фиг.3 - зона карбонитридов на сплаве BT1, обработка при 990°C, 1 часа.

Пример 1. Электроды пусковые катодного узла электрических реактивных двигателей малой тяги (ЭРД МТ) изготовляли из сплава BT1-0 и упрочняли по предложенному способу. Вначале в контейнер засыпали смесь из равных количеств толченого отработанного карбюризатора древесногоугольного березового и карбамида (NH2)2CO (мочевины) с добавкой 1,5% вес. буры Na2B4O7 и 1,5% вес. порошка от мехобработки изоляторов из керамики БГП (50% BN и 50% SiO2). Детали сверху засыпали этим же составом и герметично закрывали крышкой с обмазкой глиной. Нагрев вели в печи СНОЛ - 1,6.2,5.1/10, разогретой до 1000°C, в течение 2 часов, затем выгружали контейнер на воздух.

В результате обработки формировался диффузионный слой 350 мкм, который отличался однородностью и равномерностью. Твердость карбонитридного слоя была HV=21000-22000 МПа, износостойкость (эрозионный износ в плазме катода) пусковых электродов повысилась в 2,7 раза по сравнению с обработанными по технологии, описанной в ближайшем аналоге. Ресурс работы катодов повысился до 4500 часов.

Пример 2. Пальцы поршневые дизельных судовых двигателей изготовляли из прутков сплава титанового BT-1 и обрабатывали по предложенной технологии. По 12 пальцев в садке упаковывали в контейнеры в состав, содержащий по 49% вес. древесноугольного карбюризатора и карбомида, а также по 1% вес. буры Na2B4O7 и порошка керамики БГП (50% BN и 50% SiO2), и нагревали при 980°C в течение 3 часов с последующей выгрузкой контейнера на воздух.

Упрочняющая химико-термическая обработка позволила сформировать равномерный, толщиной 0,4-0,5 мм карбонитридноборный слой с плавным переходом к сердцевине. Микротвердость тонкого поверхностного слоя составила HV=2300-2450 МПа, т.е. примерно на 500-560 МПа выше, чем при способе обработки по ближайшему аналогу. Обеспечивалось плавное снижение микротвердости от подслоя к сердцевине. Износостойкость пальцев повысилась в 1,7 раза по сравнению с обработанными по способу, описанному в ближайшем аналоге, и в 4,5 раза в сравнении с традиционными цементованными пальцами из стали 18ХНВА, закаливаемыми на твердость HRC=58-62. Кроме повышения коррозионной стойкости на порядок достигалось снижение весовых характеристик в 1,8 раза при экономии на вспомогательных материалах, электроэнергии, трудоемкости изготовления на 40-60%.

Пример 3. Фигурные ролики пуансона для формирования геометрии крышек банок для консервирования овощей и фруктов диаметром 80-120 мм изготовляли из титанового сплава BT1 и упрочняли по предложенному способу. Приготовляли пасту из толченого отработанного древесноугольного березового карбюризатора, карбомида в равных количествах с добавкой по 1,5% вес. буры Na2B4O7 и порошка мехобработки керамики БГП (борнитриднокремниевой), а также кремнийорганического лака КО-819, доводя до пастообразной консистенции. После нанесения обмазки на детали загружали детали в контейнер из стали 12Х18Н10Т и помещали в вакуумную печь СШОЛ-ВИЦ с одним механическим насосом. После вакуумирования до 300 Па проводили нагрев до 990°C и выдерживали в течение 1,0 часа. Охлаждение проводили в вакуумной реторте до 50-60°C, далее выгружали на воздух.

Обработка позволила получить диффузионный слой карбонитридборированный толщиной до 150-200 мкм, повышенной микротвердости. Ресурс работы немагнитных роликов пуансонов повысился в 7 раз в сравнении с классическими алюминиевыми с твердым анодированием при изготовлении крышек из жести с оловянным и лаковым покрытием на высокоскоростных агрегатах.

1. Способ упрочнения деталей из титановых сплавов диффузионным насыщением, включающий упаковку механически обработанных деталей в контейнер с порошковой смесью из углеродо- и азотосодержащих компонентов с добавками борсодержащих и кремнийсодержащих ингредиентов, нагрев и выдержку, отличающийся тем, что при нагреве до температуры 980-1000°C проводят борокарбонитрирование с выдержкой в течение 1,0-3,0 часов и последующим охлаждением на воздухе, при этом в качестве компонентов порошковой смеси используют отработанный древесноугольный карбюризатор и карбамид, взятые в равных количествах, а в качестве упомянутых добавок используют буру и порошок боркремнийнитридной керамики, которые добавляют по 1,0-1,5 вес. % каждой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при упрочнении деталей сложной конфигурации в порошковую смесь вводят дополнительно огнеупорный кремнийсодержащий лак КО-819 для доведения смеси до пастообразной консистенции.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед нагревом проводят вакуумирование до 300 Па.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей, изготовленных из углеродистых сталей.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей, изготовленных из углеродистых сталей.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей из тугоплавких материалов и из высоколегированных сталей, и может быть использовано в электронике, приборостроении, электротехнике, а также в инструментальной промышленности при упрочнении специальных инструментов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке. .
Изобретение относится к ремонту и упрочнению деталей металлургического, машиностроительного и другого оборудования. .

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 др.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам химико-термической обработки полу- и теплостойких штамповых сталей. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к комплексному диффузионному насыщению деталей пресс-форм и штампового инструмента и может быть использовано в инструментальной и машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к составу для борирования стальных отливок. .
Наверх