Способ хромирования стальных изделий
Изобретение относится металлургии, в частности химико-термической обработке, а именно хромированию в порошковых средах , и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из средне-, высокоуглеродистых и цементованных сталей . Цель изобретения - интенсификация процесса насыщения при сохранении.коррозионной стойкости обработанных изделий в электролитах и их поверхностной микротвердости. Способ хромирования включает размещение обрабатываемых деталей в контейнере с порошковой смесью, нагрев и изотермическую выдержку при 1000-1050°С, охлаждение и изотермическую выдержку при 825-850°С при последующем двух-трехкратном повторении циклов нагрев:охлаждение в интервале 825-850°С при последующем двух-трехкратном повторении циклов нагрев-охлаждение в интервале 825-1050рС, причем время изотермической выдержки при 1000-1050°С в первом цикле составляет 60-90 мин, а время всех последующих изотермических выдержек составляет 30-40 мин. Использование данного способа обеспечивает повышение скорости диффузионного насыщения в 3-4 раза по сравнению с обработкой известным способом при сохранении коррозионной стойкости обработанных изделий в электролитных средах нефтепромысловых вод и микротвердости на уровне 2000-2200КГС/ММ2. 4 табл. f ir Л г ч КЯЯЯ1Г& &™А
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s С 23 С 8/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. ,1
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4342240/02 (22) 14.12.87 (46) 15.03.92.Бюл,N 10 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения (72) А.А.Воронка, В.И.Дзюба и С.В.Колдина (53) 621.7.669.017(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М
688534, кл. С 23 С 9/10, 1979.
Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник. Под ред.Ляховича Л.С.M.;Ìåòàëëóðãèÿ, 1981, с.424. (54) СПОСОБ ХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится металлургии, в частности химико-термической обработке, а именно хромировайию в порошковых средах,.и может быть использовано в машиностроении для iloBepxKocTHoco упрочнения деталей машин, изготовленных из средне-, высокоуглеродистых и цементованных ста-. лей. Цель изобретения — интенсификация процесса насыщения при сохранении. корИзобретение относится к металлургии, в частности, к химико-термической обработке, а именно к храмированию в порошковых средах, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрачнения деталей машин, изготовленных из средневысокоуглеродистых и цементаванных сталей.
„, ЯЦ„,; 1719459Al разионной стойкости обработанных иэделий в электролитах и их поверхностной микротвердости. Способ хромирования включает размещение обрабатываемых деталей в контейнере с порошковой смесью, нагрев и изотермическую выдержку при
1000-1050 С, охлаждение и. изотермическую выдержку при 825-850 С при последующем двух-трехкратном повторении циклов нагрев- охлаждение в интервале 825-850 С при последующем двух-трехкратном повторении циклов нагрев-охлаждение в интервале 825-1050 С, причем время изотермической выдержки при 1000-1050ОС в первом цикле составляет 60-90 мин, а время всех последующих изотермических выдержек составляет 30-40 мин.
Использование данного способа обеспечивает повышение скорости диффузионного насыщения в 3-4 раза по сравнению с обработкой известным способом при сохранении карроэионной стойкости обработанных изделий в электролитных средах нефтепромысловых вод и микратвердости на уровне
2000-220 кгс/мм . 4 табл.
Цель изобретения — интенсификация процесса насыщения при сохранении каррозионнай стойкости обработанных изделий в электролитах и их. поверхностной микротвердости.
Предлагаемый способ включает в себя диффузионное насыщение в порошках па ступенчатому режиму, при котором изделие
1719459 выдерживается в течение 30-40 мин. При этом происходит уплотнение этого слоя, затем опять при 825-8500C s течение 30-40, мин и роисходйт. разуплотнение слоя и и рон икновение карбида хрома в подслой. Третий цикл является повторением второго.
Таким образом, время выдер>кки при температуре 1000-1050ОС в первом цикле
60-90 мин и выдержка при охлаждении до
825-850 С этого же цикла в течение 30-40 мин, а также. выдержка при температурах нагрева и охлаждения в течение 30-40 мин обеспечивают увеличение толщины покрытия (карбидного слоя) и плавное изменение механических свойств по сечению образца, улучшая эксплуатационные характеристики изделий, за 2-3 цикла в целом. Тогда как по способу-прототипу цикл надо повторить 1012 раз. Отсюда при обработке предлагае40 мы м способом время обработки сокращается и, следовательно, уменьшают45 ся энергозатраты, трудоемкость, так как уменьшается количество циклов и увеличивается производительность обработки.
Ориентировочное время обработки согласно способу прототипу с учетом времени выхода на режим (нагревы и охлаждения) при повторении циклов 10 раз — 21-24 ч, при повторении циклов 12 раз — 22-25 ч.
Время обработки по предлагаемому способу с учетом времени выхода на режимы (нагрева и охлаждения примерно 4 ч) при 55 повторении циклов 2 раза — 6-7ч; при повторении циклов 3 раза — 7,5-9 ч.
Способ осуществляют в следующей последовательности: деталь помещают в герметичный контейнер с порошковой смесью. нагревают до 1000-1050 С, выдерживают при этой температуре, затем охлаждают до
825-850 С и выдерживают при этой температуре, повторяя этот цикл. Однако в отличие от известного способа выдержку при 5
1000-1050 С первого цикла осуществляют в течение 60-90мин, а выдержку после охлаждения в этом цикле и выдержки последую.щих циклов нагрева и охлаждения осуществляют в течение 30-40 мин с повто- 10 рением циклов в целом 2-3 раза.
Выдержка при 1000-1050 С в течение
60-90 мин является необходимой в начальный период для образования, например, карбидного слоя при хромировании доста- 15 точной толщины и концентрации в нем хрома, чтобы затем при 825-850ОС, произошло рассасывание этого слоя и проникновение хрома в глубину, в подслой.
Выдержка при 825-850 С в течение 30- 20
40 мин обеспечивает это рассасывание в ,первом цикле; Второй цикл также начинается с нагрева до температуры 1000-1050 С,которая содержащей хром; нагревают герметически закрытый контейнер до 1000-1050 С и выдерживают при этой температуре в течение
60-90 мин; охлаждают до 825-850 С и выдерживают в течение 30-40 мин; нагревают контейнер до 1000-1050ОC и выдерживают в течение 30-40 мин; охлаждают до 825-850 С и выдерживают в течение 30-40 мин.
Далее две последние операции могут повторяться 1-2 раза.
П.р и м е р 1. Предлагаемый способ реализуют следующим образом. Из стали 40 (содержание углерода 0,4%) изготовляют образцы размером 10х10х15 мм. Затем помещают их в контейнеры с плавким затвором и подвергают термоциклическому хромированию в порошковой смеси следующего состава, %; Сг 50 „AlzOa 48%;
КН4С! 2.
Насыщение производят по следующему режиму; 1 цикл — нагрев до 1000 С и выдержка при этой температуре в течение 60 мин, снижение температуры до 850 С.и выдерж-ка при этой температуре в течение 30 мин.
iI цикл — нагрев при 1000 С и выдержка при этой температуре 30 мин, охлаждение до температуры 850 С, выдер;.<ка 30 мин, Ш цикл — неполное повторение И цикла (только нагрев), а затем охлаждение без выдержки и выгрузка, При этом на поверхности образцов формируется плотный ровный диффузионный слой, состоящий из двух зон: наружной на основе карбида. хрома с микротвердостью 1900-2100 кгс/мм и примыкающей к ней подслойной зоны с микротвердостью 800-1050 кгс/мм .
Таким же способом была обработана инструментальная сталь У8. Микротвердость наружного слоя на основе карбида хрома 2000-2200 кгс/мм, подслоя 850-1050 кгс/мм .
Влияние технологических режимоз на параметры слоя представлено в табл.1, микроструктура инструментальной стали У8 (содержание углерода 0,8).
Результаты химико-термической обработки сведены в табл.2.
При этом обе стали подвергались термоциКлическому хромированию без предварительной цементации в следующем составе, %: 50 С+48 Alz03+2NH Пример 2. Предлагаемый способ реализуется на образцах 10х10х15 мм из малоуглеродистой стали марки 22ХЗМ. В связи с тем, что в указанной стали содержание углерода низкое (0,22%) в начале производили цементацию этих образцов в течение 3 ч при температуре 900 С. При этом образовался цементированный слой толщиной 1000-1200 мкм с твердостью 8501719459 Таблица 1 Мик отве ость, кгс/мм Тол щи на карбидного слоя, мкм Карбидная зона Основа Подслой 660 30-35 30-35 2000-2200 2000-2200 850-1050 Нагрев 1000 Охлажд. 850 Нагрев 1000 Охлажд. 850 Нагрев 1000 Охлажд. 850 Нагрев 1000 Охлажд. 850 850-1050 660 20-25 640 480-500 2000-2100 2000-2100 20-25 920 кгс/мм, с содержанием. углерода > 0,4%, Затем в контейнерах с плавким затвором образцы подвергались термоциклическому хромированию в порошковой смеси следующего состава; %: Cr 50; А! гОз 48; NHqCI 2. Насыщение производили по следующему режиму: цикл-нагрев при 1000 С и выдержка в изотермических условиях в течение 60 мин, снижение температуры до 850 С и выдержка 30 мин. И цикл — нагрев при 1000 С и выдержка в изотермических условиях в течение 30 мин, охлаждение до 860 С, выдержка 30 мин. III цикл — неполное повторение II-го цикла {только нагрев, а затем охлаждение беэ выдержки и. выгрузка). При этом на поверхности образцов сформировался отличного качества плотный ровный диффузионный слой, .состоящий из двух зон: наружный на основе карбида хрома с микротвердостью 2200 кгс/мм и примыкающей к ней подслойной зоны с микротвердостью 900-1100 кгс/мм, После обработки образцов стали 22Х3М проводился металлографический анализ и исследование физико-механических свойств диффузионного слоя. Результаты анализа представлены в табл.3. Коррозионные испытания производились в полном соответствии с общепринятыми методами исследования коррозии металлов в электролитах, в средах, имитирующих сточные и пластовые нефтепромысло. вые воды следующего состава, мг/л: СГ 150000; SO4 1000: НСОз 200: Са 8000; Mg 2000; HzS 250; нефтепродукт 200; Режим химико-те мической об аботки Время выТемпература, С . держки по иклам, мин тв.частицы 500; рН-5 температуры (перемешивание) 20 С. Результаты испытаний, режимы химико-термической обработки приведены в 5 табл 4, Как видно иэ таблицы, предлагаемый . способ химико-термической обработки позволяет увеличить коррозионную стойкость сталей в сильно агрессивных средах нефте- . 10 промысловых вод в 3,5 раза по сравнению с изотермическим способом, так же как и по способу-прототипу. Зрозионная стойкость стали обеспечивается защитным твердым карбйднымслоем, имеющим очень высокую 15 микротвердость 2000-2200 кгс/мм . Одновременно предлагаемый способ обеспечивает плавное изменение механических свойств по сечению диффузионного слоя, улучшая его прочностные свойства. 20 Формула изобретения Способ хромирования стальных изделий, преимущественно из среднеуглеродистых и цементованных сталей, включающий размещение обрабатываемых изделий в 25 контейнере с порошковой смесью, нагрев и изотермическую выдержку при 10001050 С, охлаждение и изотермическую выдержку при 825-.850 С при последующем многократном повторении циклов нагрев30 охлаждение в интервале 825-1050 С, отл ич а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса диффузионного насыщения при сохранении коррозионной стойкости обработанных иэделий в электролитах и их 35 поверхностной микротвердости, время иэотермической выдержки при 1000-1050 С в первом цикле составляет 60-90 мин, а время последующих иэотермических выдержек составляет 30-40 мин. 1719459 Таблица 2 Таблица 3 Режим химико-те мической об аботки Тол щи на карбидного слоя, мкм Основа Температура; С Карбидная зона Подслой Время выдержки по иклам мин 2100-2200 30-35 900-1100 800 850 1000 2100-2200 900-1100 30-35 810 850,1 00 2000-2100 480-500 780 1000 2100-2200 900-1100 30-35 820 760 1800-2100 460-480 2100-2200 900-1100 800 Нагрев ..Охлаждение 1000 850 Изотермический (аналог) Термоциклический в интервале температур 1000-850 Нагрев Охлаждение Нагрев Охлаждение Нагрев Охлаждение Нагрев 100 Охлаждение Мик отве ость, кгс/мм 1719459 Таблица 4 Составитель R.Áóët.à÷ Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С.Черни Редактор С,Лисина Производственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 743 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
