Состав для титанирования стальных изделий

 

Использование: в химико-термической обработке стальных изделий в порошковой среде. Сущность изобретения: состав содержит , мае. %: порошок титана 40-50, гексафтортитанат калия 1-3, окись алюминия - остальное. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 23 С 10/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4854123/02 (22) 26.07.90 (46) 23.09.92. Бюл. N 35 (71) Восточно-Сибирский технологический институт (72) Б.Д.Лыгденов, Ю.А.Шинкевич, Г,Г.Панич, Е,Е.Цимбалюк и И.А.Толстихина (56) Протасевич В.Ф. Исследование закономерностей формирования и свойств диффузионных титанированных слоев на сталях.

Диссерт, на соиск. учен. степ. ктн, Минск, 1984.

Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к диффузионному нанесению покрытий в порошковой среде.

Известен порошок для титанирования стальных изделий, содержащий, мас. %:

Порошок титана 75

Окись алюминия 24

Хлористый алюминий 1

Детали загружают в контейнер, помещают в печь и выдерживают при температуре 1000 — 1200 С до 10 ч. В результате. титанирования данным составом толщина карбидного слоя составляет 25 — 30 мкм (1).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является состав "для титанирования стальных изделий, содержаний в мас. %:

Порошок титана 50

Окись алюминия 44,5

Хлористый аммоний 4

Хлористый цинк 1,5

Титанирование проводится при температуре 1100 С и выдержке 5 часов, в резуль- -„„5U„„1763519 А1 (54) СОСТАВ ДЛЯ ТИТА НИ РО ВАН И Я

СТАЛЬН6!Х ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: в химико-термической обработке стальных изделий в порошковой среде. Сущность изобретения: состав содержит, мас. %: порошок титана 40 — 50, гексафтортитанат калия 1 — 3, окись алюминия— остальное. 2 табл. тате чего т олщина-карбидного слоя составляет порядка 50 мкм.

Однако недостатками известного состава являются незначительные толщины карбидного слоя и износостойкость, а также гетерогенная структура карбидного слоя.

Цель изобретения — увеличение насыщающей способности состава и износостойкости изделий.

Поставленная цель достигается тем, что состав для титанирования стальных изделий, содержащий порошок титана, окись алюминия и активатор, согласно изобретению, в качестве активатора содержит гексафтортитанат калия при следующем соотношении компонентов, мас. %;

Порошок титана . 40 — 50

Гексафтортинат калия 1,0 — 2,0

Окись алюминия Остальное

Оптимальное количество вводимого в состав гексафтортитаната калия определено экспериментальным путем.

Результаты испытаний представлены в табл. 1, где показана зависимость влияния количества активатора в порошковой смеси

1763519 на насыщенную способность состава и износостойкость иэделий.

Процесс титанирования проводили при температуре 1000 С в течение 4-х ч, образцы . из стали 08кп, У10 размерами 10х10х10 мм. 5

Как следует из данных таблицы, при увеличении содержания гексафтортитаната калия более 1 мас. повышается общий слой на стали 08кп и У10 и карбидный слой на стали У10, износостойкость также повы- 10 шается.

При содержании гексафтортитаната калия более 2 мас. наблюдается образование пор в карбидном слое, которые ухудшают свойства покрытия. 15

Уменьшение содержания гексафтортитаната калия менее 1 мас, приводит к уменьшению общего слоя на стали 08кп и

У10, карбидногоо слоя на стали У10; понижение износостойкости. 20

Увеличение скорости диффузии можно объяснить следующим — при температуре насыщения гексафтортитанат калия распадается на фтористый титан, который взаимодействуя с поверхностью обрабатываемой 25 детали образует активные атомы титана, что приводит к увеличению концентрации титана на поверхности обрабатываемой детали, Таким образом, наилучшими показателями с достаточно высокой износостойко- 30 стью для стали У10 — 2 2 — 2,3 . 10, для стали

08кп — 2,0 — 2,3 10 и толщиной общего

-5 слоя для стали 08кп — 550 — 580 мкм, стали

У10 — 596 — 610 мкм, толщиной карбидного слоя для стали У10 — 60 — 79 обладают смеси 35

2, 3, 4.

Диффузионное титанирование обрабатываемых изделий предлагаемым составом производится следующим образом. Иэделие очищают от ржавчины и грязи. Готовят 40 титанирующую смесь путем смешивания порошков титана с окисью алюминия и гексафтортитаната калия. Все вместе перемешиваются в смесителе. Заполняют тигель готовой смесью и помещают в печь, нагре- 45 тую до температуры 850 — 1000 С и выдерживают 4 ч, После чего тигель охлаждают на воздухе в течение 1 — 1,5 ч, При титанировании в порошковой смеси детали упаковывают в следующем по- 50 рядке. На дно тигля помещают слой титанированного состава толщиной 20 — 30 мм, Затем укладывают слой деталей так, чтобы расстояние до стенок тигля и между деталями было не менее 15 — 20 мм. 55 ,Детали засыпают слегка уплотняя титанирующим составом, Расстояние между слоями деталей должно быть не менее 20 мм. Верхний слой засыпают толщиной 2030 мм над деталями. Для предотвращениия окисления деталей используют плавкий затвор.

При выборе технологии температуру нагрева 850 С,950 С и 1000 Сустановили экспериментальным путем.

Примеры, подтверждающие возможность осуществления изобретения, с получением положительного эффекта при использовании всей совокупности существенных признаков изобретения, указанных в формуле изобретения.

Пример 1. Проводят титанирование образцов из стали У10 и 08кп с размерами

10х10х10 мм, которые очищали от ржавчины и обезжиривали.

Для получения покрытия готовят насыщающую смесь при следующем содержании компонентов, мас. :

Порошок титана 40

Окись алюминия 58

Гексафтортитанат калия 2,0

Смешивают в смесителе в течение 0,5 ч титанирующую смесь, затем образцы укладывают в тигли и засыпают насыщающей смесью толщиной 20 мм. Наводят плавкий затвор и помещают тигли ъ печь, нагретую до 850 С, выдерживают в течение 4-х часов.

Затем тигли извлекают из печи, охлаждают в течение 1 ч и распаковывают.

Исследование полученных образцов проводят следующим образом. Микротвердость определяют на микротвердомере

ПМТ-3. Износостойкость определяют на машине СМЦ-2. ТолщиНу слоя определяют на металлографическом микроскопе МИМ-8.

Определение чистоты поверхности производят визуально.

Пример 2, Титанирование проводят аналогично примеру 1.

Титанирующий состав имеет следующее содержание компонентов, мас. : порошок титана — 45 окись алюминия — 53,5 гексафтортитанат калия — 1,5

Температура нагрева — 950 С, выдержка — 4 часа.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

fl р и м е р 3. Прой>дят аналогично примеру 1.

Титанированный состав имеет следующее содержание компонентов, мас. :

Порошок титана 50

Окись алюминия 49

Гексафтортитанат калия 1,0

Температура процесса 1000 С, время выдержки — 4 ч.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

1763519

Таблица 1

Таблица 2

Для сравнения толщины полученных диффузионных слоев титанирование проводят на образцах из стали 08кп и У10, приготовленных по примеру 1, 2, 3 и в смеси, взятой за прототип (см. Протасевич Б.Ф. 5

"Исследование закономерностей формирования и свойств диффузионных титанированных слоев на сталях", Диссерт, на соиск. учен. степ. к.т.н., Минск, 1984), содержащий, мас. : 10

Порошок титана 50

Окись алюминия 44,5

Хлористый аммоний 4,0

Хлористый цинк 1,5

Титанирование проводили при темпе- 15 ратуре 850 С, 950 С, 1000 С, время выдержки — 4 часа. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Результаты сравнительных исследований, полученных образцов по примерам 1, 20

2, 3 и по примерам прототипа представлены в табл. 2.

Как видно из данных табл. 2, использование предлагаемого состава для титанирования по сравнению с известным обеспечивает увеличение толщины карбидного слоя для изделий из Стали У10 в 1,5 — 2 раза, увеличение толщины диффузионного слоя для стали 08кп в 1,5 — 4 раза, для стали

У10 в 1,5 — 2 раза; повышение износостойкости в 3 раза.

Формула изобретения

Состав для титанирования стальных изделий, содержащий порошок титана, окись алюминия и активатор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения насыщающей способности состава и износостойкости изделий, он в качестве активатора содержит гексафтортитанат калия при следующем соотношении компонентов, мас, :

Порошок титана 40 — 50

Гексафтортитанат . калия 1 — 3

Окись алюминия Остальное