Способ диффузионного хромоалитирования в вакууме стальных изделий

 

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов в вакууме. Сущность способа: проводят диффузионное хромоалитирование стальных изделий в вакууме с остаточным давлением не более 1,33 Па путем нанесения на их поверхность порошковой смеси, состоящей из 94,5-96,0% хрома и 4,0-5,5% алюминия, нагрева до температуры 1100-1150°С с продолжительностью процесса 3,5-4,5 ч. Хром применяется в виде порошка с содержанием примесей не более 1,0%. 1 табл., 2 ил.

(5и5 С 23 С 10/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

С)

О

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5047881/02 (22) 16.03,92 (46) 07.09.93. Бюл. М 33-36 (76) Коваленко В.А,. Коваленко И.В, (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОГО ХРОМОАЛИТИРОВАНИЯ В ВАКУУМЕ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к химико-термической обработке металлов в вакууме. СущИзобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к диффузионному хромоалитированию в вакууме с применением порошков хрома и алюминия, и может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности для поверхностного упрочнения инструмента, технологической оснастки и деталей машин.

Известен способ хромоалитирования в вакууме иэделий из никель-хромовых жаропрочных сталей и сплавов, который может быть взят в качестве прототипа, включающий использование порошковой смеси, содержащей 41-47ф, хрома, 3-9ф, алюминия, 50 (, окиси алюминия в качестве разделительной среды. Относительно хрома содержание алюминия составляет 6-18 вес.g

Обработанные предлагаемым способом иэделия из указанных сплавов при температуре закалки и выдержке 2-5 ч имеют микротвердость 600-700 кг/мм, толщину слоя от 10 до 30 мкм и высокую жаростойкость (700-1000" С).

„„RU„„ 2000355 C ность способа: проводят диффузионное хромоалитирование стальных изделий в вакууме с остаточным давлением не более 1,33

Па путем нанесения на их поверхность порошковой смеси, состоящей иэ 94,5-96,07ь хрома и 4,0-5,57ь алюминия, нагрева до температуры 1100-1150 С с продолжительностью процесса 3,5-4,5 ч. Хром применяется в виде порошка с содержанием примесей не более 1,07ь. 1 табл„2 ил.

Недостатками этого способа являются: небольшая микротвердость поверхнести и,следовательно, низкая износостойкость; небольшая глубина диффузного слоя иэ-за применения окиси алюминия; громоздкость и большая трудоемкость подготовительновспомогательних работ из-эа необходимости применения полугерметичных контейнеров для укладки изделий с порошковой смесью; невозможность выполнения резкого охлаждения-закалки изделий непосредственно в вакууме из-эа большой массы загружаемого контейнера с порошковой смесью, содержащей окись алюминия низкой теплопроводности; способ предназначен для повышения стойкости изделий только в условиях газовой коррозии.

Целью изобретения является получение после хромоалитирования высокого качества насыщаемой поверхности за счет образования особого диффузионного слоя на стальном изделии с любой формой сложности, ускорение процесса диффузии, уменьшение трудоемкости работ, и применяемых материалов, а также закалки обрзбзтыв е2000355 мых изделий непосредственно с температурой нагрева при хромоалитировании в вакуумной печи.

Укаэанная цель достигается тем, что хромоалитирование осуществляется в вакууме с остаточным давлением не более 1.33

Па (1 10- мм,рт.ст.) путем нанесения перед загрузкой в вакуумную. печь на поверхность изделия порошковой смеси, состоящей из

96...94,5 вес. хрома и 5,5...4 вес. 7ь алюминия, при температуре процесса 11001150 С, Хром использован о виде особо чистого микропорошка, изготовляемого гидридно-кальциевым методом по ТУ 14-11474-75 НПО "Тулачермет" (содержание примесей не более 1 вес. ), а алюминиевый порошок — марки АП, Перед загрузкой в вакуумную печь поверхность иэделия засыпается хромоалюминиевой порошковой смесью с заполнением имеющихся углублений, Порошок удерживается на поверхности изделия благодаря самой форме насыщаемой поверхности, если она замкнута, либо прижатием стальными пластинами и заглушками (для отверстий). Далее изделие помещают в печь, создают вакуум с остаточным давлением не более 1,33 Па и температуру 11001150 С в течение 3.5-4,5 и более часов в зависимости от требуемой толщины покрытия.

Применение указанного порошка хрома исключает приваривание его частиц к поверхности насыщаемого изделия при нагреве до 1180 С благодаря его гранулометрическому составу и химической чистоте, При этом одновременно обеспечивается плотное прилегание порошка к по верхности изделия. Указанный способ использовался при хромоалитировании формообразующих частей пресс-форм-гравюр из стали типа 4х4 ВМФС (Ди22) при температуре 1120 С. в вакууме с давлением

0,133 Па в течение 4,5 ч в эл.печи типа СЭВ3,3/11,5. Обработанные по этому способу пресс-формы для литья под давлением медных сплавов обеспечивают повышение их стойкости в 2,5...3 раза. Такое повышение стойкости пресс-форм произошло благодаря получению на поверхности особого диффузного слоя.

Как показали металлографические исследования, а также рентгено-спектральный электронно-эондовый микроанализ после обработки стали Ди22 по указанному режиму диффузный слой состоит иэ двух эон.

Первая. наружная толщиной 8 мкм, эона состоит иэ ка.рбидов хрома состава (Сгибе)гзСб и (Cr, Ее)тСэ. Вторая эона, прилегающая к основному металлу. имеющая тол5

55 щину 150 мкм, является твердым раствором в железе хрома (8-6 ) и алюминия (3,51,5 ) с уменьшением концентрации этих элементов от поверхности к основному металлу. Микротвердость карбидной эоны

13000 МПа (1300 кгlмм), твердого раствора

2700-2300 МПа (270-230 кг/мм) при микротвердости основного металла 5000 МПа (500 кг/мм). Чистота поверхности после хромоалитирования практически не изменяется, приобретая матовый оттенок.

В таблице приведены сравнительные данные для известного и предлагаемого способов. При этом для известного способа приведены, данные как из описания изобретения к авторскому свидетельству, так и данные нашего эксперимента на стали Ди22 в известной смеси с окисью алюминия. Характеристики диффузионных слоев, полученных известным способом в обоих случаях а и б (для разных марок сталей), ниже от полученных предлагаемым способом: меньшая глубина слоя и отсутствие карбидной эоны.

Испытание пресс-форм на стойкость показало. что в случае применения известного способа повышение стойкости получается незначительное. Граничные условия применения именно такого состава порошковой смеси понятны из рассмотрения графика на фиг.1. Использование смеси с содержанием алюминия менее 4 вес. приводит к образованию сильно неравномерного диффузионного слоя (на графике показано пунктиром). При содержании в с еси алюминия более 5,5 вес. толщина карбидной зоны слоя уменьшается до 5 мкм и ниже, что не может обеспечить существенного повышения иэносо- и разгаростойкости поверхности пресс-формы изделия.

Применение порошковой смеси с содержанием алюминия в пределах 4.„5,5 вес.7ь позволяет использовать преимущество двух диффузионных процессов: от хромирования — высокую твердость и низкое тепловое расширение, от алитирования— большую толщину слоя и жаростойкость, На фиг.2 в качестве примера показаны подготовленные к загрузке в вакуумную печь комплект вставок 1 пресс-формы для литья корпуса регулирующего клапана. Во вставках подлежит хромоалитированию только гравюра с литниковой системой, заполняемые порошковой смесью 2, которая удерживается еще и заглушкой 3. Комплект вставок, состоящий из двух почти и одинаковых половинок, стягивается клиновыми зажимами 4 (можно заменить винтом с гайкой). Пустотелый знак 5 применен с целью уменьшения количества порошковой смеси, 2000355 пением цветных сплавов на заводе с обьемом производства 1500...2000 т. литья медных сплавов в год дает экономический эффект более 100 т руб. в год за счет уменьшения потребности в количестве пресс. форм.

Состав порошко- Марка ста- Режим хро- Характеристика диффузи- Примечание

ОННОГО СЛОЯ карбидная зона эона твердых растворов хрома и алюминия в железе ния

1. Известный способ а) Хром алюмини

Окись алю

-остал описания авторскому свидетельству б) Хром алюмин окись ал данных шего эксеримента

2. П едлагаемый способ э также для улучшения условия охлаждения изделия. При небольшом сечении изделия знак 5 можно не применять. При достаточной жесткости вставки и простой конфигу- . рации, исключающих деформации при 5 закалке. допускается вставку загружать в печь в горизонтальном положении, В таком случае для удержания порошка íà гравюре зажимы 4 не нужны, а можно ограничиться только заглушками. Последние выполняются либо иэ стали, либо из асбеста.

Приведенный способ позволяет. увеличить разгаростойкость пресс-форм в 2.5-3 раза; упростить процесс. избежав примене- 15 ния контейнера; совместить процесс хромоалитирования с закалкой для сталей, имеющих высокую температуру аустениэации; избежать деформации изделий при закалке, что особенно важно для 20 формообразующих инструментов.

Использование предложенного способа для обработки пресс-форм литья поддаввой смеси вес. ь ли, сплава моалитирова-.

Формула изобретения

Способ диффузионного хромоалитирования в вакууме стальных иэделий преимущественно с поверхностью любой сложности, включающий насыщение в порошковой среде, содержащей хром и алюминий, от лича ющийс я тем,что процесс проводят при остаточном давлении не более

1,33 Па в порошковой среде при следующем соотношении компонентов, мас. Д: хром 94,5-96,0 алюминий 4,0-5,5 причем содержание примесей в хроме должно быть не более 1.0 мас., 2000355

Продолжение таблицы

Составитель А. Коваленко

Тех ред М. Моргентал Корректор Н. Милюкова

Редактор

Тираж Подписное

Н ПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3066

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