Способ оксидирования стальных изделий

 

1. СПОСОБ ОКСИДИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно из метастабильных аустенитных сталей, включающий активацию поверхности путем нагрева, вьщержки и охлажйения и последующее оксидирование путем вьщержки в среде перегретого пара при температуре, исключанмцей образование вюстита, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, при активации поверхности перед нагревом производят ее обработку холодом при температуре ниже Мн, а нагрев производят до Ак(Ак+5)с« 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что оксидирование производят в интервале температур Ан-Ак. 3.Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что при активации 1% (Л поверхности после нагрева до Ак-(Ак+ +5) С производят повторную обработку холодом. 4.Способ по п. 3, отличающийся тем, что при активации е поверхности после повторной обработки холодом производят повторный нагрев до Ак-(Ак+5)С. О со sl СП X vj

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3567953/22-02 (22) 28.03.83 (46) 15 .06 .84. Bran . )) - 22 (72) Ю.Б.Пейсахов, В.А.Ахлюстин, Г.П.Вяткин, В.Ф.Миронов и Ю.Н.Тепляков (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.785.79 (088.8) (56) 1. Гладкова Е.Н. Теоретические основы и технология паротермического оксидирования. Изд-во Саратовского университета, 1973, с. 22-23.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 659643, кл. С 23 г 7/04, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

)) 498363, кл. С 23 F 7/04, 1970.

4 ° Авторское свидетельство СССР

Ф 181947, кл. С 23 F 7/02, 1964. (54) (57) 1 . СПОСОБ ОКСИДИРОВАНИЯ

СТАЛЪНЫХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно из метастабильных аустенитных сталей, включающий активацию поверхности путем нагрева, выдержки и охлажДе3(59 С 2) D 1/78) С 21 0 6/00;

С 23 F 7/04 ния и последующее оксндирование пу- . тем выдержки в среде перегретого пара при температуре, исключающей образование вюстита, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации процесса, при активации поверхности перед нагревом производят ее обработку холодом при температуре ниже Ин, а нагрев производят до Ак(Ак+5) С;

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что оксидирование производят в интервале температур Ан-Ак.

3. Способ по п. 1, отличаюшийся тем, что при активации поверхности после нагрева до Ак-(Ак+ ig

+5) С производят повторную обработку холодом.

4. Способ по п. 3, о т л и ч а ю-, С шийся тем, что при активации поверхности после повторной обработ-,r ки холодом производят повторный нагрев до Ак-(Ак+5) С.

1097687

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам получения неметаллических слоев, и может быть использовано для ускорения процесса оксидирования. 5

В различных отраслях современной техники применяют аустенитные стали упрочненные дисперсионным твердением или наклепом. В результате проведения упрочняющих обработок возникают различные структурные и фазовые неоднородности (катодные и анодные участки), приводящие к развитию электрохимической коррозии.

Указанные аустенитные стали, применяющиеся в качестве электротехнических материалов, не обладают достаточными электроизоляционными свойст- вами.

Для повышения коррозионной стойкости и электроизоляционных свойств поверхности стальных изделий применяют паротермическое оксидирование при температурах, исключающих образование вюстита Г11.

Однако этот способ оксидирования стали, включающий нагрев изделий до температур 450-700 С и выдержку при этих температурах (Г =30-100 мин) в среде перегретого водяного пара, не позволяет получать оксидные пленки, обладающие достаточными электроизоляционными свойствами, вследствие их малой толщины, а при увеличении времени термообработки (при необходи- 35 мости получить толстую прочную пленку) сталь коробится, при повышении температуры оксидирования образуется Fe0 снижающий электроизоляционные свойства и коррозионную стой- 40 кость покрытия.

Известен способ оксидирования, в котором для интенсификации процесса в качестве окисляющего агента используют пары 0,5-27-ного водного раство- 45 ра молибденовокислого аммония 2 что позволяет увеличить толщину .окисной пленки в 3 раза, либо вводят в водяной пар пары хлорной кислоты в количестве 5-10 ч от веса исходной 50 воды, предназначенной для образо- вания пара (3 3.

Однако применение столь агрессивных окисляющих агентов значительно снижает срок службы оборудования и ухудшает условия труда.

Наиболее близок к предлагаемому . по технической сущности и достигаемому результату способ оксидирования стальных деталей, включающий активацию поверхности путем нагрева до " 1050 50 С, выдержки и охлаждения в вакууме 10 мм рт.ст. и последующее оксидирование в среде водяного пара при 600+10 С в течение

2-2,5 ч (4 3. В результате обработки получают пленку Fe 0 толщиной 8

12 мкм, Известный способ лишь незначительно повышает эффективность пароок4 сидирования, однако усложняет технологию процесса, вследствие необходимости высокотемпературного вакуумирования заготовок, а также требует больших временных и энергетических затрат. Кроме того операцию оксидирования необходимо проводить сразу же или не позже 24 ч после окончания предварительной активирующей обработки в вакууме.

Цель изобретения — интенсификация процесса.

Для достижения поставленной цели согласно способу оксидирования сталь-. ных изделий, преимущественно из метастабильных аустенитных сталей, включающему активацию поверхности путем нагрева, выдержки и охлаждения и последующее оксидирование путем выдержки в среде перегретого пара при температуре, исключающей образование вюстита, при активации поверхности перед нагревом производят обработку холодом при температуре ниже Мн, а нагрев производят до

Ак-(Ак+5) С, При этом оксидирование производят в интервале температур Ан-Ак.

При активации поверхности после нагрева до Ак-(Ак+5)0С йройзводят повторную обработку холодом.

При активации поверхности после повторной обработки холодом производят повторный нагрев до Ак-(Ак +

+ 5) С.

При охлаждении изделия ниже Мн в нем получает развитие мартенситное превращение, а при последующем нагреве до Ак-(Ах+5) С мартенсит полностью переходит в аустенит. В результате - о - с превращения значительно увеличивается дисперсность блоков и возрастает плотность дислокаций— основных источников вакансий, что приводит к резкому ускорению процессов диффузии, в результате чего

1097

Предлагаемый

570-670 С

Не проводилась

9-10

1 цикл + охлаздение при -196 С нагрев до Ак-(Ак+5)оC Т= 5 мин

7= 20 мин

16-18

1 цикл + охлаждение при -196 С

2 цикла+ охлаждение при -196 С

23-24

700 С

i =30 мин Не проводилась

Базовый

600 С

1=2,5 ч

Прототип

Нагрев при T=1050 Р=1б ммрт.ст.

3 . Г =2,5-3 часа

8-12 увеличивается скорость протекания химических реакций на границе разде. ла металл — активная среда и интенсифицируется образование оксидного покрытия при последующей паротерми5 ческой обработке. Повышение температуры предварительного нагрева выше Ак-(Ак+51С нецелесообразно, так как при этом получают развитие процессы рекристализации фазонакле- 1б панного аустенита, существенно уменьшающие его диффузионную активность.- При повторной обработке хблодом фазонаклепанный аустенит переходит в фазонаклепанный мартенсит с. еще более высокой плотностью дислокаций и дисперсностью блоков..

Это обстоятельство, а также реализация в момент паротермической обработки обратного а(- 1 превращения, увеличивающего подвижность атомов железа, приводит к еще более существенному повышению эффективности про-. цесса оксидирования. Активирующие последствия прямого и обратного 25 мартенситного превращения при комнатной температуре сохраняются сколь угодно долго, что делает возможным проведение парооксидирования практически через любое время после про30 ведения предварительной активирующей обработки.

Предлагаемый способ паротермической обработки опробован на.метастабильном аустенитном сплаве 40Н15Х2

687 4 содержащем, вес.Ж: С 0,42, Ni 15,2;

Cr 2,23, остальное железо.(Мн="55 С, Ан=570 С, Ак=670 С). Количество мартенсита в сплаве после охлаждения до

-196 С составляет 70Х. Толщину оксидного покрытия определяют микроструктурным, а фазовый состав — рентгеноструктурным методом. Охлаждение образцов, имеющих форму куба с ребром 10 мм, проводят в жидком азоте (T=-196 С). Нагрев до Ак-(Ак+51С осуществляли в печи, разогретой до

670+5 С при времени выдержки T =

=5 мин. Перед паротермическим оксидированием образ .цы подвергают предварительной термообработке по режимам, укаэанным в таблице. Затем образцы о помещают в печь, разогретую до 570 С (что соответствует точке Ан сплава

40Н15Х2), и подвергают наротермическому оксидированию в потоке перегретого водяного пара в течение

20 мин. При этом температуру печи непрерывно повышают до 670ОС (Ак).

После завершения процесса оксидирования образцы охлаждают на воздухе.

Рентгеноструктурное исследование показало отсутствие в структуре оксидного покрытия, что определяет хорошую его адгезию к металлу. 0сновными фазовыми составляющими покрытия являются Ре О и Fe>0>, имеющие повышенные электроизоляцйонные свойства. Результаты измерения толщины оксидного покрытия представлены в таблице.

1097687

Составитель Р.Клыкова

Редактор Л.Пчелинская Техред И.Асталош .Корректор А.Тяско

Заказ 4153/24 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная . 4

Как видно из полученных данных, предварительная термообработка, про-: веденная по предлагаемому .режиму, приводит к повышению эффективности процесса оксидирования. При этом в зависимости от режима предлагаемой активирующей обработки увеличивается толщина оксидного покрытия в

2-5 раэ по сравнению с базовым способом и способом-прототипом. Общее время нагрева по предлагаемому способу, включая длительность предварительной обработки 25-30 мин, против 5 ч по способу-прототипу что приводит к сокращению временных затрат в 10.раз. В результате этого уменьшаются энергетические затраты на нагрев изделий. Снижение трудоем-. кости обусловлено проведением активирующей обработки при атмосферном давлении, без предваПительного вакуумирования изделия, как этого требует способ-прототип.

:Применение предлагаемого способа оксидирования изделий из метаста— бильных аустенитных сталей обеспечивает повышение эффективности процесса оксидирования, выражающееся в увеличении в 2-5 раз толщины оксидного покрытия; снижение в 10 раз временных затрат, а также уменьшение трудоемкости процесса оксидирования., Экономический эффект от применения предлагаемого способа обусловлен увеличением до 10 раз производительности труда (благодаря снижению временных затрат), экономией электроэнергии, необходимой для осуществления нагрева изделий при оксидиро ванин, а также упрощением техноло,гии процесса.