Способ химико-термической обработки изделий из электротехнических сталей

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке в газовых средах, и может быть использовано в машиностроении для повышении коррозионной стойкости деталей машин, изготовленных из нелегированной электротехнической стали. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости изделий при сохранении их магнитных свойств. Способ химико-термической обработки изделий из электротехнической стали включает их нагрев на воздухе, газовое азотирование и охлаждение, причем нагрев ведут до 800 - 900^oC с последующей изотермической выдержкой при этой температуре на воздухе, а азотирование совмещают с охлаждением, которое проводят в потоке аммиака. Обработка предложенным способом повышает коррозионную стойкость изделий в 6 - 8 раз по сравнению с известным способом при улучшении магнитных свойств в 1,5 - 2 раза. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке (ХТО) в газовых средах, и может быть использовано в машиностроении для повышения коррозионной стойкости деталей машин, изготовленных не нелегированной электротехнической стали. Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости изделий при сохранении их магнитных свойств. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Обрабатываемые детали загружают в контейнер установки для азотирования, герметично закрывают его и помещают в муфель печи. К контейнеру подсоединяют шланги для подачи аммиака в контейнер и отвода аммиака и продуктов его диссоциации из контейнера. На стадиях нагрева и изотермической выдержки отжига вход газа в контейнер перекрывают. Производят нагрев до температуры отжига изделий (800 900^oC), причем расширяющийся от возрастания температуры воздух вытесняется из контейнера в атмосферу по шлангу отвода газов через гидрозатвор. По достижении температуры отжига проводят изотермическую выдержку в течение 2 ч. по окончании которой через контейнер с деталями пропускают аммиак и одновременно проводят охлаждение. Результаты исследований коррозионных и магнитных свойств стали 20880 приведены в таблице. Продолжительность изотермической выдержки деталей на воздухе варьировалась в интервале от 2 до 6 ч. а температура от 800 до 900^oC. При выборе диапазона времени выдержки в аммиаке учитывались рекомендации ОСТ 180027-78 согласно которым в первую очередь необходимо контролировать скорость охлаждения до 600^oC. Продолжительность выдержки деталей в потоке аммиака в процессе их охлаждения от 80 900^oC до 600^oC варьировалась от 5 до 60 мин (скорость охлаждения соответственно варьировалась от 50 до 4 град/мин). Далее во всех экспериментах вплоть до температуры 150^oC детали контактировали с потоком аммиака в течение 40 мин (скорость охлаждения составляла 11 град/мин). По достижении температуры 150^oC прекращалась подача аммиака в контейнер с обрабатываемыми деталями, производилась разгерметизация контейнера и дальнейшее охлаждение деталей осуществлялось на воздухе. Исследуемые образцы первоначально нагревали на воздухе до 550^oC, выдерживали их при этой температуре в течение 30 мин, затем проводили газовое азотирование при 550^oC в течение 2 ч. Наибольшее влияние на коррозионные и магнитные свойства обрабатываемых сталей оказывает продолжительность их выдержки в потоке аммиака в процессе охлаждения до 600^oC. Оптимальная скорость охлаждения по предлагаемому способу составляет 10 30 град/мин. С изменением скорости охлаждения деталей в потоке аммиака изменяется стехиометрический состав поверхностной нитридной зоны азотированного слоя обрабатываемых сталей. При скорости охлаждения менее 10 град/мин поверхностная нитридная зона ε характеризуется более низким относительным содержанием кислорода и более высоким относительным содержанием азота в ней за счет увеличения общей продолжительности диффузии в поверхность деталей, вследствие чего коррозионная стойкость азотированного слоя уменьшается. При скорости охлаждения более 30 град/мин поверхностная нитридная зона характеризуется незначительной толщиной (порядка 5 12 мкм), что не обеспечивает надежной коррозионной защиты матрицы стали, поскольку тонкий нитридный слой, как правило, пористый. Влияние температуры отжига в воздушной среде на коррозионные свойства сформированного азотированного слоя объясняется следующим. Известно, что глубина зоны внутреннего окисления сложным образом зависит от температуры окисления. В интервале температур от 800 до 900^oC эта зависимость носит линейный характер. Однако при дальнейшем повышении температуры (свыше 910^oC) наблюдается резкое снижение скорости внутреннего окисления вследствие a⇄ γ превращения железа (скорость диффузии кислорода в a - железе значительно выше, чем в g железе). Таким образом, температура отжига 850^oC является оптимальной с точки зрения достижения поставленной цели, поскольку она обеспечивает наибольшую скорость образования зоны внутреннего окисления, необходимой для формирования e фазы с повышенным относительным содержанием в ней кислорода. С увеличением продолжительности отжига в воздухе увеличивается глубина зоны внутреннего окисления в железе, что также способствует формированию более высоких коррозионных свойств азотированного слоя. Из анализа экспериментальных данных, приведенных в таблице, следует, что предлагаемый способ ХТО повышает коррозионную стойкость азотированного слоя в 6 8 раз в сравнении с известным способом. При этом улучшаются также магнитные свойства обработанных сталей в 1,5 2 раза. Снижение коррозионной стойкости азотированного слоя, сформированного по известному способу ХТО, происходит за счет незначительной толщины e фазы, которая составляет всего 5 6 мкм, а снижение уровня магнитных свойств изделий за счет недостаточной величины зерна матрицы и значительной глубины диффузионной зоны (зоны твердого раствора в a железе с избыточным выделениями нитридов Fe₄N).

Формула изобретения

Способ химико-термической обработки изделий из электротехнических сталей, включающий нагрев на воздухе, газовое азотирование и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости изделий при сохранении их магнитных свойств, нагрев ведут до 800 900^oC с последующей изотермической выдержкой на воздухе, при этом азотирование совмещают с охлаждением, которое проводят в потоке аммиака.

РИСУНКИ

Рисунок 1