Способ легирования железа азотом



Способ легирования железа азотом
Способ легирования железа азотом
C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2665658:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное Предприятие ВакЭТО" (ООО НПП ВакЭТО) (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию железа азотом. Способ легирования расплава железа азотом включает получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа. Спрессованные брикеты помещают в тигель и загружают в вакуумную печь, откачивают до остаточного давления 1-10 Па, напускают азот до атмосферного давления и нагревают в атмосфере азота до температуры 1550-1600°C с расплавлением и выдержкой расплава при этой температуре в течение 60-180 мин. Изобретение обеспечивает повышение содержания азота в объеме железного слитка. 2 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно, к легированию железа азотом. При азотировании железа с образованием нитрида железа Fe8N последующей термообработкой может быть получен метастабильный нитрид Fe16N2. Это дает возможность реализовать высокие магнитные характеристики на азотированном железе и его сплавах (Bulk Fe16N2 compound permanent magnet with 20 MGOe magnetic energy product and beyond mag-net / J.P. Wang, Y. Jiang, Md A. Mehedi, J.M Liu // Rare-Earth and future permanent magnets and their application (REMP 2016). Darmshtad, 2016, 28.08 - 01.09.2016 (013-1430) P. 234-240; P. 235).

Известны способы азотирования железа, которые могут быть разделены на поверхностные (химико-термическая обработка: газовое азотирование при атмосферном или повышенном давлении, ионное азотирование и т.д.) и собственно металлургические; в этом, последнем, случае азот вводится в объем слитка. Настоящее изобретение относится к случаю объемного легирования железа азотом.

Стехиометрический состав нитрида Fe8N (азотистый мартенсит: α' - фаза) соответствует содержанию азота около 3 массовых процентов. Следовательно, задача сводится к тому, чтобы ввести такое количество азота в железо.

Известны способы легирования железа азотом. Так, при магнетронном распылении железа в азотосодержащей среде образуются тонкие (до 40 нм) пленки, состоящие из разных фаз системы Fe=N (Чеботкевич Л.А, Воробьев Ю.Д., Писаренко И.В. Магнитные свойства пленок нитрида железа, полученных реактивным магнетронным распылением / ФТТ, 1998, Т.40, №4, С. 706-707). Естественным недостатком такого способа является малая толщина зоны нитридов железа.

Наиболее близким по технической сущности является патент РФ 2394107 С2 МПК C21C 7/00 "Способ легирования сталей азотом". В этом патенте предложено в качестве поставщика азота применять азотированный феррохром плотностью 4…6,5 г/см3. По материалам патента содержание азота после применения этого способа не превышало 0,062%.

Таким образом, во-первых, содержание азота в способе - прототипе оказывается существенно меньшим необходимого количества азота для образования нитридных соединений, а, во-вторых, введение азотированного феррохрома, плотностью существенно меньшей плотности расплава железа (Еланский Г.Н., Кудрин В.А. Свойства и строение расплавов на основе железа / Вестник ЮУрГУ. Серия "Металлургия", 2015, Т. 15, №3, С. 11-19; С. 12), накладывает серьезные требования к составу и размерам шихты вводимого феррохрома, что связано с возможностью гравитационного расслоения расплава. Собственно, на это указывают и сами авторы способа - прототипа (С. 5-6 указанного Патента).

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа легирования железа азотом в количестве, достаточном для образования нитридов железа.

Поставленная задача решается тем, что для осуществления заявляемого технического решения получают порошковую смесь путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов, например, бора или алюминия, отличающийся тем, что полученная порошковая смесь прессуется в брикеты при давлении 30…40 МПа, а спрессованные брикеты помешают в вакуумную печь, откачивают до остаточного давления 1…10 Па, напускают азот до атмосферного давления и нагревают в атмосфере азота до температуры 1550…1600°C с выдержкой при этой температуре в течение 60…180 мин.

Выбранные диапазоны параметров настоящего изобретения обусловлены следующими соображениями.

При давлении меньшим 30 МПа не удается получить прочный брикет (а, значит, порошковая смесь будет обладать низкой теплопроводностью), а повышение давления выше 40 МПа является избыточным и уменьшает ресурс пресс-формы. Откачка до давления 1…10 Па позволяет избавиться от газов, адсорбированных поверхностью порошков. Поскольку нагрев ведут в атмосфере азота, снижение остаточного давления ниже значений 1…10 Па не целесообразно. Выбор температуры и времени связан с тем обстоятельством, что проходящий через "каркас" нитридов расплав железа должен обладать относительно высокой вязкостью, чтобы успевали пройти реакции, связанные с растворением нитридов в расплаве железа; такое растворение в зависимости от состава порошковой смеси и температуры полностью протекает в течение 60…180 мин.

Пример 1.

Распыленный порошок железа ПЖР 3.200.28 производства фирмы "Русский химик" (г. Москва) прессовали в брикеты на гидравлическом прессе при давлении 40 МПа и помешали в тигель из оксида алюминия. Тигель с брикетами загружали в вакуумную электропечь сопротивления с нагревательным блоком из углеродных материалов. После откачки до остаточного давления 1…10 Па, прекращали откачку, напускали в рабочее пространство печи азот и вели нагрев до температуры 1600°С в атмосфере азота. С помощью рентгеновского дифрактометра (здесь и далее рентгеновские исследования проведены на дифрактометре ДРОН-4 в Co - излучении) определяли фазовый состав. Идентифицирована фаза α-Fe.

Пример 2.

Распыленный порошок железа ПЖР 3.200.28 производства фирмы "Русский химик" (г. Москва) смешивали с порошком нитрида бора гексагонального марки Т производства фирмы "Плазмотерм" (г. Москва) в соотношении 95:5 (по массе) в смесителе турбулентном С 2.0 с частотой 40 об/мин. в течение 60 мин. Полученную порошковую смесь прессовали на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа и помешали в тигель из оксида алюминия. Тигель с брикетами загружали в вакуумную электропечь сопротивления с нагревательным блоком из углеродных материалов. После откачки до остаточного давления 1…10 Па, прекращали откачку, напускали в рабочее пространство печи азот и вели нагрев до температуры 1550°С в атмосфере азота с выдержкой при этой температуре в течение 180 мин. После окончания выдержки и охлаждения до температуры менее 300°С включали откачку. После охлаждения до комнатной температуры в печь напускали воздух и извлекали образцы (металл, расплав которого вытек из брикета) для последующего рентгеноструктурного анализа На Фиг. 1 приведен фазовый состав полученного металла

На Фиг. 1 по оси абсцисс - угол Брэгга 2θ, по оси ординат - относительная интенсивность. Идентифицированы фазы (обозначены на дифрактограмме - Фиг. 1): 1 - α-Fe; 2 - Fe8N; 3 - Fe2B. Таким образом, количество азота оказалось достаточным для образования нитрид а железа Fe8N (содержание азота в нитриде ≈ 3% по массе).

Пример 3.

Распыленный порошок железа ПЖР 3.200.28 производства фирмы "Русский химик" смешивали с порошком нитрида алюминия марки А 160 производства фирмы "Плазмотерм" в соотношении 80:20 (по массе) в смесителе турбулентном С 2.0 с частотой 40 об/мин. в течение 60 мин. Полученную порошковую смесь прессовали на гидравлическом прессе при давлении 40 МПа и помешали в тигель из оксида алюминия. Тигель с брикетами загружали в вакуумную электропечь сопротивления с нагревательным блоком из углеродных материалов. После откачки до остаточного давления 1…10 Па, прекращали откачку, напускали в рабочее пространство печи азот и вели нагрев до температуры 1600°C в атмосфере азота с выдержкой при этой температуре в течение 60 мин. После окончания выдержки и охлаждения до температуры менее 300°C включали откачку. После охлаждения до комнатной температуры в печь напускали воздух и извлекали образцы (металл, расплав которого вытек из брикета) для последующего рентгеноструктурного анализа. На Фиг. 2 приведен фазовый состав полученного металла.

На Фиг.2 по оси абсцисс - угол Брэгга 2θ, по оси ординат - относительная интенсивность. Идентифицированы следующие фазы (обозначены на дифрактограмме - Фиг. 2): 1 - α-Fe; 4- Fe4N; 5 - AlN. Остальные, неуказанные на Фиг. 2, интерференционные максимумы принадлежат интерметаллиду Al3Fe.

Таким образом, и в этом случае количество азота оказалось достаточным для образования нитрида железа Fe4N (содержание азота в нитриде ≈ 5,9% по массе).

Способ легирования расплава железа азотом, включающий получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, отличающийся тем, что полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа, спрессованные брикеты помещают в тигель и загружают в вакуумную печь, откачивают до остаточного давления 1-10 Па, напускают азот до атмосферного давления и нагревают в атмосфере азота до температуры 1550-1600°C с расплавлением и выдержкой расплава при этой температуре в течение 60-180 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к составам фрикционных материалов, предназначенных для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит, мас.
Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению металлов и сплавов в дуговых рудно-термических электропечах и может быть использовано в производстве марганцевых и хромистых ферросплавов.

Группа изобретений относится к получению суперсплава, состоящего из титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения технического кремния и кремнистых сортов ферросплавов в руднотермических электропечах.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения ферроникеля в печи Ванюкова непрерывным процессом. Способ включает предварительную сушку никелевой руды, обжиг никелевой руды в трубчатой вращающейся печи, непрерывную загрузку полученного огарка на подину печи Ванюкова, включающей плавильную и восстановительную зоны и сифон, расплавление огарка в плавильной зоне печи, перетекание полученного расплава в восстановительную зону печи и сифон, выпуск полученного шлака и выпуск расплава ферроникеля из печи в ковш.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в процессах получения чугуна из окисленного железосодержащего сырья. В способе осуществляют расплавление в печи железорудного концентрата и дефосфорацию оксидного железосодержащего расплава.
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению металлического титана из титановых шлаков, в частности к подготовке шихты для выплавки титановых шлаков в рудно-термической печи.

Изобретение относится к способу получения сплавов, состоящих из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения этих элементов, и устройству для его осуществления.

Группа изобретений относится к металлическим волокнам жаростойкого сплава, которые могут быть использованы для получения истираемых уплотнений проточной части турбины авиационного газотурбинного двигателя.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов и сплавов в руднотермических электропечах, и может быть использовано в производстве технического кремния и кремнистых ферросплавов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления детали, имеющей бейнитную микроструктуру с минимальной прочностью на разрыв 800 МПа и используемой в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области термической обработки спиральных пружин. Для повышения качества пружин устройство содержит пару конических роликов (20) с поперечным диаметром, увеличивающимся от передней части к задней, вращающиеся внутренние поверхности которых устанавливают параллельно друг другу, в то время, как центральные оси вращения - не параллельно друг другу, индукционную катушку (31) для нагрева спиральной пружины (10), конвейерную цепь (43), оснащенную штоком толкателя (41), установленным для перемещения спиральной пружины (10), а также привод (60) для передачи вращающей движущей силы паре конических роликов (20), при этом один из роликов выполнен из немагнитного металла (21), а другой - керамическим (22).

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. Способ включает натяжение полотна круглой пилы, выполненное посредством одновременного нагрева локальных зон пильного диска круглой пилы по радиусам, разделяющим диск на секторы, направленным в каждую или кратную межзубную впадину зубчатой кромки пилы в зависимости от шага зубьев, бесконтактно импульсным индукционным способом до температуры T с последующим охлаждением зоны диска пилы по тепловому следу до температуры ниже 350°С, соответствующей образованию термопластических напряжений между секторами пильного полотна.

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения изделий. Для повышения качества коленчатых валов способ лазерного упрочнения участка поверхности обрабатываемой детали, такой как поверхность шейки коленчатого вала, включает осуществление относительного перемещения поверхности обрабатываемой детали и лазерного источника для обеспечения последовательного проецирования лазерного пятна на разные части указанного участка поверхности и во время указанного относительного перемещения повторяющееся сканирование лазерного луча (2) для получения двумерного эквивалентного эффективного лазерного пятна (5) на указанном участке поверхности, распределение энергии эффективного лазерного пятна адаптируется таким образом, что на более термочувствительном подучастке, таком как участок, прилегающий к отверстию масляного канала, оно другое, чем на менее термочувствительном подучастке, для предотвращения перегрева указанного более термочувствительного подучастка.

Изобретение относится к области металлургии. Для предотвращения изменения температуры в области тепловой обработки труб способ обработки трубы включает: первый этап размещения во внутренней полости трубы через по меньшей мере одно отверстие, выполненное в ней, по меньшей мере одного расширительного элемента с подающей трубкой, выполненных из гибкого материала, и его расположения по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка трубы посредством воздушного потока, создаваемого во внутренней полости трубы; второй этап подачи текучей среды через гибкую подающую трубку в по меньшей мере один расширительный элемент с обеспечением надувания расширительного элемента и перекрытия внутренней полости трубы по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка трубы; третий этап нагрева участка трубы путем подачи электрического тока к индукционной катушке, расположенной на внешней поверхности нагреваемого участка трубы при одновременном перекрытии по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка внутренней полости трубы с помощью расширительного элемента.

Изобретение относится к области технологий по упрочнению поверхностных слоев металлических деталей, сочетающих лазерные и водородные технологии по созданию наклепа поверхностных слоев деталей машин, подвергающихся знакопеременным нагрузкам, и может быть использовано в технологии изготовления лопаток компрессоров и турбин, применяемых в самолетостроении.

Изобретение относится к области термической обработки, в частности к дисковой пиле, используемой в деревообрабатывающей промышленности. Для создания термодинамических напряжений в полотне пилы в оптимальных зонах диска пилы, повышения динамической устойчивости пил при эксплуатации и качества подготовки к работе способ включает натяжение полотна круглой пилы, выполненное посредством разгона и бесконтактно индукционного нагрева по одной или нескольким локальным зонам пильного полотна, при этом нагрев ведут по заданным кольцевым следам в зоне 0,5-0,8 радиуса пилы, с шириной теплового следа, уменьшающейся по мере приближения к периферии диска, до температуры 400–600°С, при которой предел текучести материала пилы становится ниже механических радиальных напряжений, действующих при вращении в нагреваемых кольцевых зонах пильного полотна.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной стали, используемой в автомобилестроении. Горячештампованная сталь включает основной металл, выполненный в форме листа и имеющий отпущенный участок по меньшей мере на своей поверхности, и слой Zn покрытия, сформированный на упомянутом отпущенном участке основного металла.

Группа изобретений относится к горячештампованной стали. Часть стали является отпущенной, или вся сталь является отпущенной и имеет твердость, соответствующую 85% или меньше от максимальной закалочной твердости, определяемой как твердость по Виккерсу в положении глубины, отстоящем от поверхностного слоя на 1/4 толщины листа, при выполнении закалки в воде после нагревания до температуры, равной или выше, чем температура точки Ac3, и выдержки в течение 30 мин.
Изобретение относится к области металлургии. Для повышения надежности холоднодеформированных металлических изделий за счет повышения их пластичности и вязкости без снижения показателей прочности и твердости, а также снижения продолжительности обработки изделие после холодного пластического деформирования подвергают воздействию пульсирующим дозвуковым воздушным потоком, имеющим частоту, соответствующую частоте собственных колебаний обрабатываемого изделия, и звуковое давление 100-145 дБ при температуре от -20°С до +5°С..

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, в частности к средствам изменения структуры черных и цветных металлов и их сплавов посредством электромагнитных полей.

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию железа азотом. Способ легирования расплава железа азотом включает получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа. Спрессованные брикеты помещают в тигель и загружают в вакуумную печь, откачивают до остаточного давления 1-10 Па, напускают азот до атмосферного давления и нагревают в атмосфере азота до температуры 1550-1600°C с расплавлением и выдержкой расплава при этой температуре в течение 60-180 мин. Изобретение обеспечивает повышение содержания азота в объеме железного слитка. 2 ил., 3 пр.

Наверх