Способ химико-термической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении , пищевой промышленности и химическом машиностроении Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и снижение пористости поверхностного слоя В известном способе химико-термической обработки , включающем порошковое борирование при 900-1050°С и последующее титанирование при 1000-1100°С после борирования изделия выдерживают в воздушной среде при 850-950°С 5-10 мин, а последующее титанирование проводят в порошке титана с подачей в реакционное пространство печи четыреххлористого углерода Применение способа позволяет в 2-2,5 раза повысить коррозионную стойкость деталей в 3% водном растворе NaCI и в О 1 н растворе HhSO, а также в 5-7 раза снизить пористость поверхностного слоя 1 абл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 23 С 10/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4734695/02 (22) 11.07,89 (46) 30.06.91. Бюл, М 24 (71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В,Н.Писаренко, С.M.×åðíåãý и В.Г.Хижняк (53) 621.785.539 (088.8) (56) Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник под ред, Л,С.Ляховича, M.: Металлургия, 1981; с. 339-341. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении, пищевой промышленности и химичеИзобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке материалов,и может быть использовано в машиностроении,.(сельхозмашиностроении, автомобилестроении), пищевой промышленности, химическом ма. шиностронии для повышения эксплуатационных характеристик иэделий, Целью изобретения является снижение пористости и увеличение коррозионной стойкости поверхностного слоя.

В известном способе химико-термической обработки, включающем порошковое борирование при 900-1050 С с последующим титанираванием при 1000-1100 С, после борирования изделия выдерживают в воздушной среде при 850-950 С в течение

5-10 мин, а последующее титанирование проводят в порошке титана с подачей в ре„„ Ж„„1659527 А1 ском машиностроении, Цель изобретения— повышение коррозионной стойкости и снижение пористости поверхностного слоя, В известном способе химико-термической обработки, включающем порошковое борирование при 900-1050 С и последующее титанирование при 1000-1100 С, после борирования изделия выдерживают в воздушной среде при 850-950 С 5-10 мин, а последующее титанирование проводят в порошке титана с подачей в реакционное пространство печи четыре ххлористого углерода. Применение способа позволяет в

2-2,5 раза повысить корроэионную стойкость деталей в 3 водном растворе МаС!и в 0,1 н. растворе HzS04, а также в 5-7 раза снизить пористость поверхностного слоя. 1 табл акционное пространство печи четыреххлористого углерода.

При изотермической выдержке бориро- Одд ванных сталей происходит окисление по- "(Я верхности с образованием окисла В20з и ) окислов железа, содержание последних в (у зоне окислов незначительно. так как диффузионная подвижность атомов железа на 2-3 порядка ниже диффузионной подвижности атомов бора. Кроме того, большая часть атомов жепеве, диффуидируя втпубв покрытия,к в от зоны окисления, образует борид Ее2В.

Таким образом, процесс окисления боридного слоя при изотермической выдержке в воздушной среде можно представить в виде следующих реакций:

Fe8 - Fe+ В;

В+ Oz -«BzOa

Fe+ FeB FezB.

1659527

Наиболее интенсивно процесс окисления происходит в местах с повышенной концентрацией пор, которые заполняются после изотермической выдержки борным ангидридом (В Оз). При последующем титанировании на поверхности стали формируется покрытие сложного состава.

Рентгеноструктурным фазовым анали, зом установлено, что образующийся слой, состоит иэ фаз TlBz и ГАВ. Проведенные

,исследования показали, что пористость, полученных по предлагаемому. способу покрытий в 5-7 раз ниже, а корроэионная стойкость в 2-2,5 раза выше, чем сталей, обработанных по способу прототипа.

Высокая пористость и низкая коррозионная стойкость покрытий, полученных по прототипу, обусловлена условиями формирования покрытия на этапе титанирования, В этом случае в диффузионной зоне наблюдается образование участков с повышенной концентрацией железа, избыток которого обусловлен распадом боридов железа и образованием боридов титана по следующей схеме:

Tl+ FeB -> TiBz+ Fe. (Железо, в свою очередь, взаимодействует с хлором газовой среды с образованием хлоридов железа в газообразном состоянии (хлор выходит в состав насыщающей среды при титанировании и образуется при диссоциации CCI4).

Таким образом, формируется диффузионной слой, для которого характерна высокая по ристость (45-50 ) и низкая коррозионная стойкость в воде и водных растворах хлористого натрия и серной кислоты.

При насыщении по предложенному способу в процессе титанирования происходит взаимодействие титана с борным ангидридом по следующей схеме;

Ti+ В Оз ->Т!В + T10g.

Наиболее интенсивно процесс образования борида титана происходит в местах с повышенной концентрацией борного ангидрида, т.е. бывших пор боридного слоя.

Это приводит к полному залечиванию flop u формированию практически беэдефектного диффузион ного слоя.

Процесс ХТО по предложенному способу включает в себя борирование, изотермическую выдержку в воздушной среде при

850-950 С в течение 5-10 мин борированных образцов и титанирование, Процесс борирования сталей заключается в следующем: в контейнер иэ нержавеющей стали засыпают порошок технического карбида бора, затем в контейнер помещают иэделия и засыпают оставшейся частью порошка технического карбида бора.

Для отделения реакционного простран5 ства контейнера от печной атмосферы и проникновения в него воздуха контейнер закрывают листом асбеста и засыпают натросиликатное стекло, При нагреве сталей

Х12М, 45 и У8 до температуры борирования

10 950 С продолжительностью 2 ч натросиликатное стекло расплавляется (750-800 С) и герметизирует контейнер.

По окончании изотермической выдержки контейнер с деталями извлекают из печи, 15 После охлаждения контейнера застывший силикат разбивают, контейнер распаковывают и извлекают детали. После чего осуществляют изотермическую выдержку в воздушной среде при 850-950 С в течение

20 5-10 мин.

Титанирование в предложенном способе осуществляют следующим образом.

В герметичную реакционную камеру помещают порошок титана.

25 Затем в камеру загружают иэделия, предварительно подвергнутые борированию и изотермической выдержке в воздушной среде при 850-950 С в течение 5-10 мин.

При помощи вакуумного насоса в камере

30 создают разрежение, отключают насос, осуществляют нагрев до температуры насыщения, повторно вакуумируют, вводят в камеру четыреххлористый углерод, производят выдержку и охлаждают до комнатной темпера35 туры.

Пористость диффузионных слоев измеряют на приборе "Квантимет-720", При этом определяют процент площади поверхности шлифа, занятой порами, в 20 полях зрения, 40 Корроэионную стойкость боридных покрытий на стали 45 и У8, Х12М определяют по потере массы за 10 сут в 37-ном водном растворе NaCI и 0,1 н.,водном растворе

HzS04.

45 В таблице приведены характеристики боридных покрытий, полученных по предлагаемому способу и прототипу, Оптимальный способ боротитанирования: борирование при 975ОС в течение 3 ч;

50 изотермическая выдержка в воздушной среде при 900 С в течение 7 мин; титанирование при 1050 С в течение 3 ч.

При оптимальном способе обработки коррозионная стойкость диффузионных по55 крытий максимальна, а пористость минимальна.

При использовании режимов обработки, выходящих за пределы заявляемых, наблюдается уменьшение коррозионной

1659527

Весовой показатель коррозии, кг/м

Пористость, Х

??арка стали

Вид обработки

30Х-ный

NaC1

0,1 н

Н БОФ

950 С

1000 С

0,0040

0,0039

О, 050

0,048

10, 1

9,4

Сталь 45

Сталь У8

Борирование 2 ч

Титанирование 4 ч (прототип) О, 026

950 С

850 С

О, 0020

Сталь 45 2, О

Борирование 2 ч

Изотермическая выдержка 10 MHH

0,025 0,0019

0)025 0,0020

О, 023 О, 0018

У8 1,8

Х12И 1 8

45 1,5

1000 С

Титанирование 4 ч

Сталь

Сталь

Сталь

950 С

Борирование 2 ч

Изотермическая выдержка 7 мин

900 С

1000 С

О, 0016

О, 0018

0,0020

О, 020

О, 023

0,025

Сталь УЗ 1,4

Титанирование 4 ч

Х12?? 1,5

45 1,7

Сталь

Сталь

Борирование 2 ч

950 С

Изотермическая выдержка 5 мин

1000 С

О, 0018

0,0018

0,0020

О, 023

О, 023

О, 025

У8 1,5 х12?1 1 р 5

45 1,8

Сталь

Сталь

Сталь

Титанирование

950 С

Борирование 2 ч

Изотермическая выдержка 5 мин

О, 0019

О, 025

1,7

Сталь У8

900 С

1000 С

950 С.! итанирование 4 ч

Борирование 2 ч

О, 0018

О, 024

Сталь 45 1,6

Изотермическая выдержка 8 мин

900 С

1000 С

950 С

О, 0018

0,0018

О, 0019

0,023

О, 024

0,023

У8 1,5

X12?1 1, 6

45 1,9

Сталь

Сталь

Сталь

Титанирование 4 ч

Борирование 2 ч

Изотермическая выдержка 10 мин

0,025 0,0019

Сталь У8 1.,8

900 С

1000 С

Титанирование 4 ч стойкости и увеличение пористости боротитанированных покрытий.

Иэ данных, приведенных в таблице, видно, что при боротитанировании по предложенному способу наблюдается увеличение корроэионной стойкости в З -ном водном растворе NaCI и в 0,1 н,растворе

H2S04 в 2,0-2,5 раз, снижение пористости в

5-7 рвз по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий порошковсе борирование при 900-1050 С и последующее титвнирование при 1000-1100оС, о тлича ющийс ятем,что,сцельюповышения корроэионной стойкости и снижения

5 пористости поверхностного слоя, после борирования иэделия выдерживают в воздушной среде при 850-950 С в течение 5-10 мин, а последующее титанирование проводят в порошке титана с подачей в реакционное

10 пространство печи четыреххлористого углерода, 1659527

Продолжение таблицы

900 С

0,026 0,0020

Борирование 4 ч

Сталь 45

2,0

Иэотермическая выдержка 7 мин

Ф,8

Сталь У8

О, 025 О, 0019 итанирование 2 ч

Ворирование 4 ч

О, 025 О, 0020

2,0

Сталь Х12И

Изотермическая выдержка 7 мин

Сталь 45 !

Сталь УЯ

2,0

Од0020

0,0020

0,0020

Титанирование 3 ч

10 Ворирование 2 ч

2,0

Сталь Х12И

Изотермическая выдержка 7 мин итаиирование 3 ч

Ворирование 3 ч

0,0018

Сталь 45

О, 020

1,4

Изотермическая вццержка 7 мин

Сталь У8

900 С

1050 С

0,0018

0,0018

0,020

О, 020

1,5

Титанирование 3 ч

Сталь Х12И: 1, 5

Борнрование 1 ч

30 мин

--12 о

950 С

0,0050

Сталь 45

10,2

Изотермическая выдержка 7 мин

900 С

Сталь У8

О, 0050

0,0050

10,2

Сталь Х12?1

Сталь Х12И

Титанирование 1 ч

30 мнн о

950 С

1050 С

10,2

О, 0035

4,0

Борирование 5 ч, 13

Изотермическая вццержка 7 мин

Титанирование 5 ч

950 С

1100 С

Составитель Н.Рыжов

Редактор О.Спесивых Техред М,Моргентал Корректор О. Кравцова

Заказ 1823 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101

900 С

1100™С

1000 С

900 С

1050 С

1050 С

900 С

1050 С

975 С

О, 025

О, 025

О, 025

0,060

0,060

О, 060

0,035