Способ термической обработки стальных деталей

 

Изобретение относится к металлургии. Способ заключается в анодной поляризации деталей в солевом расплаве в течение 1,5 - 3,0 ч током плотностью от 0,1 до 25,0 А/дм² с использованием вспомогательного электрода. Коэффициент упрочнения поверхностного слоя толщиной 80 - 120 мкм составляет от 1,27 до 2,42. Эффект достигает за счет диффузии легирующих элементов из объема детали. В частных случаях в качестве вспомогательного электрода используют стальной тигель. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке стали с использованием диффузии металлических компонентов и кремния в поверхностный слой детали.

Известен способ химико-термической обработки, при котором перед выдержкой детали через расплав, содержащий соль насыщающего металла, пропускают постоянный ток, поддерживая стационарным анодный равновесный потенциал детали путем регулирования величины тока [1] В способе термической обработки низколегированных сталей [2] для инициирования диффузии легирующих элементов в поверхностный слой пропускают анодный ток в две стадии, чтобы поддерживать определенный потенциал образца, находящегося в солевом расплаве.

Наиболее близким к предлагаемому является способ химико-термической обработки стальных изделий [3] при котором анодную поляризацию проводят в ступенчатом режиме до потенциала 1200 мВ с пятнадцатиминутной выдержкой через каждые 40-50 мВ в защитном оксидном расплаве.

В указанных способах используется трехэлектродная схема включения электрохимической ячейки, что предполагает использование потенциостата. Это не только усложняет технологию термической обработки, требует дополнительных затрат на техническое обслуживание прибора, но и ограничивает размеры обрабатываемых деталей недостаточной мощностью серийных потенциостатов.

Цель изобретения повышение производительности труда в результате исключения операции стабилизации исходного потенциала детали, сокращение продолжительности и увеличения силы тока процесса поляризации. При этом микротвердость поверхностного слоя по сравнению с объемом детали заметно возрастает.

При анодной поляризации используют только два электрода рабочий (обрабатываемая деталь) и вспомогательный. Электрод сравнения отсутствует. При этом деталь подключается к положительному полюсу источника постоянного тока (является анодом), а вспомогательный электрод к отрицательному.

Плотность поляризующего тока от 0,1 до 25,0 А/дм², температура от 830 до 1190 К, продолжительность поляризации 1,5-3,0 ч. Последующее охлаждение деталей осуществляют с различной скоростью, используя разнообразные охлаждающие среды. В частных случаях, например, при увеличении размеров деталей или ограниченном рабочем объеме печи возможно изготовление тигля из стали и использование его в качестве вспомогательного электрода. При этом деталь подвешивают на токоподводе таким образом, чтобы она не соприкасалась с тиглем.

В таблице представлены результаты и режимы осуществления предлагаемого способа. При этом суммарное время на весь процесс термообработки, включая нагрев, поляризацию и охлаждение деталей, при разогретой печи составляет от 1,7 до 3,2 ч (в зависимости от марки стали), а в способе-прототипе до 6,5 ч.

Использовали образцы стали в виде параллелепипедов массой от 20 до 41 г. К ним крепили токоподводы из стали 20. При термообработке восьмого и одиннадцатого образцов использовали вакуумированный расплав состава, мас. фтористый натрий 21, бур 38 и фторбората натрия 41, а в остальных случаях вакуумированную буру с добавкой 0,5 мас. оксида железа (II). Расплав помещали в корундизовый тигель N 5 за исключением опытов с третьим и шестым образцами, когда использовали тигель размером 100х100х130 мм³, сваренный из листа стали Ст. 3 толщиной 3 мм. Нагрев осуществляли в печи сопротивления мощностью 10 кВт и рабочим объемом 3 дм³.

После достижения температуры термообработки в расплав погружали образец и вспомогательный электрод из стали 20 диаметром 5 мм. С помощью соединительных проводов их подключали к соответствующим полюсам источника постоянного тока УИТ-1 и начинали поляризацию. При термообработке третьего и шестого образцов отрицательный полюс источника соединяли с тиглем, который использовали в качестве вспомогательного электрода.

После периода поляризации образцы извлекали из печи и охлаждали на воздухе либо нагревали до общепринятой температуры закалки, а затем извлекали и охлаждали в воде или масле.

Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор 1,96 Н. Коэффициент поверхностного упрочнения рассчитывали как отношение микротвердости поверхностного слоя образца после термообработки к микротвердости в объеме также после обработки.

Представленные результаты показывают, что предлагаемый способ позволяет повысить микротвердость поверхностного слоя на 27-142% за счет диффузии входящих в состав стали легирующих компонентов. Концентрация хрома в поверхностном слое увеличивается в 1,8-4,0 раза, алюминия в 3,5 раза, никеля в 1,5 3,0 раза, ванадия в 1,9 раза, молибдена в 2,0 раза, кремния в 1,3 раза по сравнению с исходной. Отклонение от рекомендованной плотности анодного тока (образцы 12 и 13) может привести даже к отрицательному результату. Обработка стали Р18 по способу-прототипу (образец 14) менее эффективна (сравните с образцами 10 и 11).

В результате предлагаемой термообработки дополнительно возрастает коррозионная стойкость деталей, увеличивается период их эксплуатации, в некоторых случаях возможна замена легированной стали материалом с меньшей концентрацией легирующих.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки стальных деталей, включающий нагрев, анодную поляризацию в солевом расплаве со вспомогательным электродом и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев ведут до 830 1190 К, анодную поляризацию проводят в течение 1,5 3,0 ч при плотности тока, протекающего через обрабатываемую деталь и вспомогательный электрод, 0,1 25,0 А/дм².

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательного электрода используют стальной тигель.

РИСУНКИ

Рисунок 1