Способ легирования изделий из сплавов на железной основе

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАHИE (,89711

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту(22) Заявлено 12. 07 ° 77 21) 2138103/2504483/ (51) М. Кл.

/22-02 (23) Приоритет - (32) С 23 С 11/14 (31) ГосуаеротеанныИ койнтет

СССУ по делам нааоретеннй н открытнй (33) СИА

Опубликовано 07.01. 82.бюллетень Ие 1

Дата опубликования описания 07 01 82 (53) УДК621 ° 785.

° 51.53 (088.8) Иностранец

Альберт Гровер Хартлайн ill (США) (72) Автор изобретения

:э,v õÌäéл м

Иностранная фирма х Аллегени Ладлам Индастриз, Инк " (США) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ

НА ЖЕЛЕЗНОЙ ОСНОВЕ

1

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться при химико-термической обработке для получения деталей из сплавов на железной основе, содержащих вес.3: марганец 21-Ф5 и хром 10-30, с повышенными физико-механическими характеристиками за счет нужного распределения азота по всему телу слитка.

Известен способ азотирования I0 стальных изделий, который заключается в нагреве до температуры обработки (500-6000С) и выдержке при этой температуре в азотсодержащей атмосфере 1 J.

Однако известный способ обработки позволяет изменить структуру лишь поверхностного слоя изделий, при этом их сердцевина остается без изменения.

Цель изобретения - осуществление ов объемного легирования изделий азотом.

Азот проникает внутрь слитка и образует аустенитную структуру, растворяясь внутри твердого слитка в количестве, превышающем 0,85 вес.3, 2з

2 но менее 3 вес. Ф; предпочтительно в пределах от 1,05 до I 5 вес.Ж.

Указанная цель достигается тем, что нагрев и выдержку проводят при

980-1149 С до достижения содержания азота на поверхности обрабатываемых изделий 0,85-3,0 вес.Ф.

Причем в качестве насыщающей атмосферы используют азот в элементарной форме.

Чтобы избежать образования сигмаструктуры, которая ухудшает механические свойства, изделия не должны находиться долгое время при 538-871 С.

Детали, обрабатываемые предлагаемым способом, должны быть на железной основе и содержать от 10 до 30т, хрома. Присутствие хрома оказывает влияние на антикоррозионные и прочностные свойства стали, а также хром является основным элементом для увеличения степени растворимости в стали. Содержание хрома в стали более

30 нежелательно, так как это приводит к образованию нежелательной сигКомпоненты

Содержание, вес. i, в сплаве

2 3

Марганец

21,08

30 45

30 «50

30,20

20 03

26,26

19,98

Хром

20,15

Медь

0,20

0,09

1,02

0,21

0,030

0,22

Молибден

Никель

0,01

0 035

2,07 l,07

0,23

0,23

0,69 (0,74) 0,85

0,65 (0,67) 0,65 (О, 74) Азот

О, l04

0,106

Углерод

Кремний

0,11

0,105

0,45

0,56

0 35

0,50

Содержания азота после горячей прокатки.

3 897 ма-структуры и создает трудности при горячей обработке стали. Предпочтительно, чтобы содержание хрома было

15-27 вес.3. Содержание марганца в деталях, обрабатываемых предлагаемым способом, должно быть в пределах 2145 вес. 4. Так как марганец увеличивает растворимость азота в стали и используется для аустенизаций. Введение его в сплав в количестве, превышающем 453, приводит к разъеданию футеровки печи °

Насыщение стали азотом необходимо проводить до его содержания по крайней мере 0,85 вес.3. Однако при наличии в сплаве азота выше 3 вес.4

Все указанные в табл.! сплавы приготавливают одним и тем же способом °

Все сплавы расплавляют в печи с принудительной тягой, причем состав включает обычные сорта сплавов на железной основе"я- чистые элементы.

Расплавленные сплавы при температуре примерно 1450 С разливают в 35 изложниц. После затвердевания металла слитки проверяют на пористость, которая не была обнаружена ни в одном сплаве из-за низкого содержания азо115 4 образуется тенденция к выделению нитридов, что приводит к уменьшению прочности и коррозионной стойкости стали. Предпочтительно содержание азота на поверхности детали от 1,05 до 1,5 вес. 1.

В сплаве может также содержаться, молибден 1,0 - 5,0; медь 1,0

3,0; никель от 1,0 до 4,0. В общем

>Q количестве эти элементы могут присутствовать до 5i. Углерод может входить в количестве 1,03, кремний менее 1,0i.

Пример ° Проводят обработку

15 деталей из четырех сплавов, составы которых представлены в табл.!

Т аблица I та ° Горячая обработка состоит в прокатке слитков по истечении соответствующей продолжительности выдержки при f232 С. Затем слитки подвергают отжигу из расчета 120 мин на каждый дюйм толщины при 1 063 С и очищают.

Прежде чем подвергать слитки отжигу в азотной среде, их подвергают обжатию в холодном состоянии на 503.

Насыщение проводят в азотной атчосфере при температуре и в течение промежутка времени, которые указаны

5 89711 в таблице 2. Во всех случаях используют температуру выше 982 С с тем, чтобы избежать образования сигмаструктуры, которая оказывает вредное влияние на сплавы. Отжиг в азотной атмосфере проводят с использованием для этой цели чистого азота.

После отжига в азотной атмосфере на поверхности слитков обнаруживают оксидные пленки. 10

В табл.2 показано содержание азота в сплавах по истечении. периодов обработки при различных температурах, также дается общее содержание азота.

Температура, ор

Содержание азота после обработки сплавов в азотной ат,мосфере, 3

Время, мин

0,670

18000

О, 850

О. 740

О, 740

0 788

О 790

О. 771

1,02

1,02

О 774

0 781

1,02

О 762

О, 783

0, 752

Î, 787

0,809

1,01

1900

1,10

О, 804

0»793

1,03

1;01

0, 860

1,06

0,993

3 17

114

3,21

3«07

1,09

2000

0,829

O,843

0,818

0, 860

О, 842

О «790

1,02

0,882

О, 872

0,950

1,10.15

О 857

О, 787

0,830

1,02

2100

О, 872

1,180,799

1,23

О «972

0,920

0,915

1,15 жанне в сплаве 4 молибдена, очевидно, повышает способность сплава к отбору азота иэ атмосферы и, кроме того, умеряет поглощение азота, в результате чего не происходит черезмерного растворения азота в сплаве. Поэтому

Из данных табл.2 видно, что содержание азота во всех четырех сплавах повышается при относительно коротких периодах обработки в пределах температур 982 - 1149 С. Особый интерес представляет сплав 4. Высокое содер5 6

Концентрация азота в сплавах, обработанных как зто указано выше, изменяется постепенно от поверхности слитка s направлении его середины.

Так, содержание азота на поверхности слитка будет выше, чем в глубинных слоях слитка. Так как азот диффундирует внутрь слитка, то его содержание во внутренних слоях каждого слитка будет повышаться по мере уве" личения времени отжига.

При выдержке 114 ч получают детали со структурой, близкой к однород" ной.

Таблица 2

897115

Формула изобретения

Составитель Л.Бурлинова

Редактор С.Крупенина ТехредЛ. Пекарь

Корректор М.Пожо Заказ 11754/47 Тираж 1048 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4 для сплавов, подлежащих аустениэации эа счет отжига в присутствии азота, желательно наличие молибдена в количестве более 14.

Предлагаемый способ. можно использовать для очень локального аэотирования путем обработки поверхности, например, очень крупной отливки, которая не помещается в обычную отжиговую печь, т.е. нагревом поверхности 16 отливки до температуры свыше 1700 F (927 С) с помощью пламени, содержащего азот. Такое пламя создается с использованием для этой цели воздуха, . поддерживающего горение, подача кото- 15 рого регулируется в отношении топливовоздушной смеси таким образом, что образующийся газообразный продукт сгорания представляет собою восстановительный гаэ с высокой концентрацией 26 азота..

Азот, используемый в предлагаемом способе, может быть элементарным азотом ..или соя ветствующим азотистым соединение@. Обработка, которая вы- И полняется .отжигом сплавов с использованием для этой цели аммиака, аминов или иных источников азота, также дает положительные результаты. Различные азотистые соединения не обяэа- зв тельно должны быть эквивалентны между собою, но общим для всех них является поддержание атмосферы, обеспечивающей нужное высокое парциальное давление азота.

Таким образом, предлагаемый способ предусматривает получение сплавов с высоким содержанием азота и исключает обычные в таких случаях проблемы, такие как пористость слитков, которая 4© образуется в результате испарения азота из расплава, когда последний, имея высокое содержание азота, затвердевает. Предлагаемый способ, кроме того, обеспечивает воэможность регулировать содержание азота в сплаве, если анализ литья покажет, что содержание азота в нем меньше заданного, а также позволяет производство иэделий с градиентом концентрации азота по всей площади поперечного сечения, что обеспечивает получение изделий иэ сплава с высоким сопротивлением к коррозии поверхностного слоя изделия без нарушения механических свойств по всей площади поперечного сечения изделия.

1. Способ легирования изделий из сплавов на железной основе, содержащих, в вес. 3: марганец 21-45 и хром 10-30, включающий нагрев до температуры обработки и выдержку при этой температуре в азотсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что, с целью объемного легирования изделий азотом, нагрев и выдержку осуществляют при 980-1149 С до достижения содержания азота на поверхности обрабатываемых иэделий от 0,85 до 3 вес.4.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что в качестве аэотсодержащей атмосферы используют азот в элементарной форме.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что s качестве азотсодержащей атмосферы используют азотистые соединения.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Минкевич A.Í. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М., "Машиностроение", 19б5, с.113-122.