Состав для титанирования стальных изделий

 

Использование: в машиностроительной , химической и других отраслях промышленности . Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: двуокись титана 30-60; фтористый алюминий 2-5; титаноникелевая лигатура с равным массовым соотношением титана и никеля 38-65. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

/ (я)л С 23 С 10/54

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ т:,, .,Г;.,, („Мs Пя

fi.;.1» II ) (@ Ц((Г . Blt л - .3 3 k i, .

i 0 (21) 4808720/02 (22) 04.04,90 (46) 07,01.93. Бюл. М 1 (71) Восточно-Сибирский технологический институт (72) Ю,А.Шинкевич, Б.Д;Лыгденов, Ю,В.Туров, И.А,Толстихина и E.Å.Öèìáàëþê (56) Авторское свидетельство СССР

М 1622423, кл. С 23 С 10/36, 1989.

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

Известен состав для титанирования стальных изделий, содержащий, вес.$: оксида алюминия 20; алюминия 18; хлористого аммония 4; двуокиси титана 42, при котором детали помещают в контейнер, затем загруженный контейнер устанавливают в печь, через которую прокачивают водород и выдерживают в печи при 10000С в течение

2 ч.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является состав для титанирования стальных и чугунных изделий. содержащий, вес. (,; порошка титана 25-40; порошка никеля 25-40; фтористого алюминия 2-6; оксида алюминия остальное, при этом детали загружают в контейнер; наводят плавкий затвор и выдерживают в печи при 950 — 1000 С в течение 6 ч.

Однако недостатками известного состава являются недостаточная насыщающая способность и износостойкость, так как пол„„ Ы„„178б186 Al (54) СОСТАВ ДЛЯ ТИТАНИРОВАНИЯ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: состав содержит, мас., ; двуокись титана 30-60; фтористый алюминий 2-5; титаноникелевая лигатура с равным массовым соотношением титана и никеля 38-65. 3 табл. учаемый диффузионный слой имеет в своем составе алюминий железа, никелид железа, которые не обеспечивают высокой твердости, износостойкости, вследствие недостатка титана в насыщающей смеси.

Целью изобретения является повышение насыщающей способности состава и износостойкости изделий, Поставленная цель достигается тем, что состав для титанирования стальных изделий, включающий титаносодержащий и никелесодержащий компоненты и фтористый алюминий, дополнительно содержит двуокись титана, а в качестве титаносодержащего и никелесодержащего компонента— титаноникелевую лигатуру с равным массовым соотношением титана и никеля при следующем соотношении компонентов, мас.7;:

Двуокись титана 30-60

Фтористый алюминий 2 — 5

Титаноникелевая лигатура с равным массовым соотношением титана и никеля 38 — 65

В результате проведения экспериментальных исследований неожиданно выяви1786186

35

45

Таким образом, экспериментально ус- БО тановлено, что оптимальное соотношейЖ"

55 лось, что возможно количественное увеличение содержания активных атомов титана в насыщающей смеси за счет введения двуокиси титана, которая частично восстанавливается титаноникелевой лигатурой, что способствует образованию на поверхности обрабатываемых деталей бездефектного карбидного слоя.

Титаноникелевая лигатура содержит перенасыщенный твердый раствор титана в никеле, который стабилизируется при резком охлаждении от температуры приготовления лигатуры (950-1000 С). Двуокись титана (ГОСТ 24763-81) и фтористый алюминий (ТУ 6 — 09 — 1122 — 84) перемешивают в конусном смесителе в течение 10 — 15 мин, В контейнер с полученной насыщающей смесью упаковывают детали, наводят плавкий затвор, помещают в печь, предварительно нагретую до температуры насыщения 950 — 1000 С и выдерживают в течение 5 — 6 ч. После этого контейнер извлекают из печи, охлаждают, детали извлекают, смесь просеивают, добавляют фтористый алюминий, смесь смешивают в конусном смесителе в течение 15-20 мин и смесь готова к повторному использованию, Для выбора массового соотношения титана и никеля в титаноникелевой лигатуре были приготовлены составы, содержащие каждый, вес.%: порошок титана 26,4; 30,1;

33: 36.3; 39,6, порошок никеля 39,6; 36,3; 33;

30,1: 26,4; двуокись титана 30, фтористый алюминий 4, Процесс титанирования проводили при 1000 С в течение 5 ч на образцах из стали 45 и У10. Данные по влиянию количества никеля в титановой лигатуре на толщину карбидного слоя, насыщающую способность, износостойкость приведены в табл, 1.

Как видно из табл, 1, с понижением процентного содержания порошкового никеля до 33% увеличивается карбидный слой и изноСостойкость. содержащие титайа при этом 33 eec.%. Дальнейшее уменьшение порошка никеля до 26,4 вес,% в насыщающей смеси приводит к снижению толщины карбидного слоя и износостойкости. пброшкового никеля и титана в лигатуре составляет 1:1, Для выбора оптимального количества порошка двуокиси титана были приготовлены насыщающие смеси из компонентов, содержащие каждая (s вес.%). порошка двуокиси титана — 20, 30, 40, 50, 60, 70; фтористого алюминия — 1, 2. 3; 4, 5, 6; титаноникелевой лйгатуры с равным массовым

5 t0

20 соотношением титана и никеля — 29, 38, 47;

56, 65. 74, Перед насыщением проводилось приготовление титаноникелевой лигатуры, Процесс титанирования проводили при

1000 С в течение 5 ч, образцы из углеродистой стали 45 и У10, Данные по влиянию количества двуокиси титана, фтористого алюминия, титаноникелевой лигатуры на насыщающую способность, износостойкость представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, при увеличении содержания двуокиси титана более 30 вес, значительное повышается толщина карбидного слоя, износостойкость увеличивается.

При содержании двуокиси титана свыше 60 вес. % наблюдается резкое снижение толщины карбидного слоя и износостойкости покрытий, Уменьшение содержания двуокиси титана менее 30 вес.% приводит к образованию большого количества интерметаллидов, что снижает толщину карбидного слоя в 2 раза и износостойкость, Таким образом, наилучшими показателями с достаточно высокой износостойкостью для стали 45 — (4,0-7,1) 10 г, для стали

У10 — (1,2 — 2,4) 10 г и толщиной диффузионного слоя для стали 45 — 50 — 62 мкм для стали У10 — 74 — 84 мкм обладают смеси 2-5, включающие, вес.%:

Двуокись титана 30 — 60 Фтористый алюминий 2 — 5

Титаноникелевая лигатура с равным массовым соотношением титана и никеля 38 — 65

Диффузионное титанирование стальных изделий предлагаемым составом проводят следующим образом.

Изделия из стали 45, У10 очищают от ржавчины и грязи, обезжиривают. Готовят титанирующую смесь путем смешивания порошков предварительно полученной ти тановой лигатуры, содержащей в качестве легирующего компонента порошок никеля, двуокиси титана, фтористого алюминия в конусообразном смесителе в течение 10-15 мин, При титанировании в порошковой смеси детали упаковывают в следующем порядке: на дно контейнера помещают слой титанирующего состава толщиной 20-30 мм, Затем укладывают детали таким образом, чтобы расстояние до стенок контейнера и между деталями было не менее 15 — 20 мм. Детали засыпают насыщающей смесью. слегка уплотняя, Расстояние между слоями деталей должно быть не менее 15 — 20 мм. г

1786186

Верхний слой засыпают толщиной 30-40 мм над деталями, Для предотвращения окисления, используется плавкий затвор. Контейнер помещают в печь, нагретую до

950 — 1000 С, и выдерживают 5-6 ч. Затем контейнеры извлекают из печи, охлаждают и распаковывают, Входящий в состав насыщающей смеси порошок титановой лигатуры перед титанировэнием получают следующим образом.

Порошок титана (титановую губку, стружку) засыпают в стальной контейнер, помещают в печь при 900 — 950 С в атмосфере диссоциированного аммиака и выдерживают в течение 6-7 ч, Если применялэсь титановая губка или стружка, производится размол.

Полученный порошок смешивают с высоко. дисперсным порошком никеля в соотношении 1;1 в конусном смесителе в течение

0,5 — 1 ч. Готовую шихту засыпают в стальной контейнер и нагревают в диссоциированном аммиаке до 900-950 С. и выдерживают при этой температуре 3-4 ч, затем охлаждают в той же среде до 100 — 150 С. Полученную лигатуру размалывают в порошок.

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

Пример 1. Проводят титаниГзвание образцов из стали 45 и У10 с размерами: диаметром 10 мм и толщиной 5 мм, которые очищали от ржавчины и обезжиривали, Для получения покрытий была приготовлена насыщающая смесь следующего состава, вес, /;

Двуокись титана (TiOz) . 30

Фтористый алюминий (AIF) 5

Титаноникелевая лигатура

Pl ИЬф.) 65 с равным массовым соотношением титана и никеля.

Входящую s состав насыщающей смеси порошок титаноникелевой лигатуры получали предварительно перед процессом титанирования (см. пример в общем виде).

В контейнер с полученной насыщающей смесью, которую предварительно перемешивали в конусном смесителе в течение

10-15 мин, упаковывают стальные детали, наводят плавкий затвор и помещают контейнер в печь, предварительно нагретую до температуры насыщения 950 С, и выдерживают в течение 6 ч. Затем контейнер извлекают из печи, охлаждают, детали извлекают, смесь просеивают, добавляют фтористый алюминий, Смесь смешивают в конусном смесителе в течение 15-20 мин.

Исследования полученных образцов проводят следующим образом.

Микротвердость определяют нэ микротвердомере ПМТ-З, 5 Износостойкость определяют нэ машине трения СМЦ вЂ” 2, Толщину карбидного слоя определяют на металлографическом микроскопе МИМ—

8, Определение чистоты поверхности про10 изводят визуально.

Результаты испытаний представлены в табл. 3, П-р и м е р 2. Титанирование образцов проводят аналогично примеру 1.

15 Титанирующий состав имеет следующее содержание компонентов, вес. :

Двуокись титана 45

Фтористый алюминий 3,5

Титаноникелевая лигатура 51,5

20 с равным массовым соотношением титана и никеля, Темпера-ура процесса 975 С.Выдержка t

5,5 ч.

Результаты испытаний представлены в

25 табл, 3, Пример 3. Проводят аналогично примеру 1.

Титанирующий состав имеет следующее содержание компонентов, вес, :

30 Двуокись титана 60

Фтористый алюминий 2

Титаноникелевая лигатура 38 с равным массовым соотношением титана и никеля, 35 Т= 1000 С; r = 5 ч.

Результаты испытаний предстэвлены в табл. 3, Предлагаемое изобретение по достигаемой цели сравнивали с прототипом (см. з, 40 М 4632893/31 — 02 от 06.01,89 г., полож. решение от 12.07,89 г), Для сравнения было проведено титанирование образцов составом по прототипу при 1100 С, содержащим, вес.7;:

45 Порошковый титан 35

Порошок никеля 35

Фтористый алюминий 4

Оксид алюминия 26

Результаты сравнительных испытаний

50 представлены в табл, 3.

Как видно из табл, 3, использование предлагаемого состава для титэнирования по сравнению с прототипом обеспечивает

55 повышение насыщающей способности состава, увеличение толщины карбидного слоя изделий из стали 45 в 1,7-2,1 раза, из стали У10- 1,6-1,9 раза, повышение износостойкости изделий в 1,5 раза, 1786186

10 — 38 — 65

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Формула изобретения

Состав для титанирования стальных изделий, включающий титано- и никелесодержащий компоненты и фтористый алюминий, отличающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности состава и износостойкости изделий, он дополнительно содержит двуокись титана, а.в качестве титано- и никелесодержащего компонентов — титаноникелевую лигатуру с равным массовым содержанием титана и никеля при следующем соотношении компонентов, мас, $:

5 Двуокись титана, — 30-60, Фтористый алюминий — 2 — 5;

Титаноникелевая лигатура с равным массовым содержанием титана и никеля