Способ нанесения многокомпонентного покрытия на стальные изделия

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке стальных изделий, работающих в условиях циклически изменяющихся высоких температур и напряжений, повышенного износа и химического воздействия агрессивных сред. Способ нанесения многокомпонентного покрытия на стальные изделия включает предварительное вакуумирование, цементацию и повторное вакуумирование; насыщение поверхности изделия из порошковой смеси различными элементами по ступенчатому режиму, причем насыщение проводят при температуре каждой ступени, соответствующей температуре сублимации насыщающего элемента, порошковую смесь предварительно спрессовывают по форме поверхности обрабатываемого стального изделия таким образом, чтобы между спрессованной смесью и обрабатываемой поверхностью оставался зазор, а насыщение поверхности при повторном вакуумировании проводят при термоциклировании. После насыщения поверхности проводят термическую обработку без дополнительного нагрева. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке стальных изделий, работающих в условиях циклически изменяющихся высоких температур и напряжений, повышенного износа и химического воздействия агрессивных сред.

Известен способ нанесения комбинированных покрытий на стальные изделия, включающий помещение изделий в рабочую камеру, вакуумирование, нагрев до температуры обработки и выдержку в газообразном карбюризаторе при 900-1100^oC в течение 0,7-1 ч для предварительной цементации поверхности, повторное вакуумирование, введение четыреххлористого углерода и одновременно галогенидов различных карбидообразующих металлов, нанесение карбидных покрытий из среды галогенидов карбидообразующих металлов при температуре обработки 900-1100^oC в течение 8-15 ч и охлаждение. Недостатками известного способа являются повышенный расход насыщающих элементов, а также сравнительно большая длительность процесса, что повышает его энергоемкость и понижает производительность ХТО. Эти недостатки устранены в способе получения комбинированных покрытий на стальных изделиях, выбранном в качестве прототипа, сущность которого заключается в насыщении поверхности изделий бором из борирующей обмазки и хромом в хромирующей смеси, причем на изделие сначала наносят борирующую обмазку, а затем проводят отжиг в хромирующей смеси по ступенчатому режиму: при 850.900^oC 1.2 ч и при 950.1050^oC - 2.4 ч.

Недостатками такого способа являются сравнительно невысокая эксплуатационная стойкость изделий, вследствие того, что у покрытия получается недостаточно мелкозернистая структура по причине высокой температуры процесса, даже при проведении последующей термоциклической обработки, вследствие чего снижаются показатели пластичности, вязкости и разгаростойкости покрытия при одновременном увеличении показателей прочности, наблюдаются неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда при применении насыщающих элементов в порошкообразном виде, а также снижение чистоты поверхности изделия вследствие непосредственного соприкосновения насыщающих элементов с обрабатываемой поверхностью.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости стальных изделий путем получения более мелкозернистой структуры покрытия, улучшение санитарно-гигиенических условий труда при нанесении комбинированных покрытий посредством исключения применения насыщающих элементов при ХТО в виде мелкодисперсных порошков и повышение чистоты поверхности изделия за счет предотвращения контакта с насыщающей средой.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе получения комбинированных покрытий, включающем насыщение поверхности стальных изделий из порошковой смеси различными элементами по ступенчатому режиму, в предлагаемом способе нанесения многокомпонентного покрытия предварительно проводят вакуумирование, цементацию, например, при температуре 930^oC в течение 1 ч, с применением газообразного карбюризатора, повторное вакуумирование, причем насыщение проводят при температуре каждой ступени, соответствующей температуре сублимации насыщающего элемента, например, сначала бором при температуре 900^oC в течении 4ч, а затем хромом при температуре 1100^oC в течении 4 ч, причем насыщающие элементы, например бор и хром, диффундируют из мелкодисперсных порошков, состоящих, например, из карбида бора и феррохрома, которые предварительно спрессованы по форме насыщаемой поверхности таким образом, чтобы между этой поверхностью и насыщающей смесью оставался зазор порядка 0,5 мм. Отличительной особенностью предлагаемого способа является также совмещение процесса химико-термической обработки с одновременным постоянным термоциклированием и последующей термической обработкой, например, закалкой при температуре 1150^oC в течение 0,5 ч и отпуском при температуре 560^oC в течение 1 ч.

Способ нанесения многокомпонентного покрытия на стальные изделия, включающий насыщение поверхности стальных изделий из порошковой смеси различными элементами по ступенчатому режиму, причем предварительно проводят вакуумирование, цементацию и повторное вакуумирование, а затем насыщение при температуре каждой ступени, соответствующей температуре сублимации насыщающего элемента; порошковую смесь предварительно спрессовывают по форме поверхности обрабатываемого стального изделия таким образом, чтобы между спрессованной смесью и обрабатываемой поверхностью оставался зазор; насыщение поверхности при повторном вакуумировании проводят при термоциклировании; после насыщения поверхности проводят термическую обработку без дополнительного нагрева.

Использование изобретения позволит получить комбинированное покрытие, например, на основе углерода, бора и хрома, отличающееся мелкозернистой структурой, а следовательно, наряду с высокой твердостью и прочностью, обладающее высокими показателями пластичности, а следовательно, и ударной вязкости, износостойкости и разгаростойкости, способное работать в сложных условиях эксплуатации при циклических изменениях температуры и напряжений, высокой степени износа поверхности и разъедающем воздействии агрессивных сред. Кроме того, применение насыщающей смеси не в виде мелкодисперсного порошка, а в виде тела, спрессованного по форме, повторяющей поверхность насыщаемого изделия, но таким образом, чтобы спрессованная смесь не касалась обрабатываемой поверхности, будет способствовать улучшению санитарно-гигиенических условий труда рабочих, занимающихся химико-термической обработкой поверхности стальных изделий нередко с применением вредных для человеческого организма вещества, а также способствовать повышению качества поверхности изделия за счет исключения контакта между смесью насыщающих элементов и обрабатываемой поверхностью, за счет того, что при высокой температуре в вакууме насыщающие элементы будут испаряться по рабочей поверхности.

Спрессованная смесь насыщающих элементов расходуется незначительно и может быть использована многократно, что способствует экономии смеси. Снижение расхода смеси достигается также в результате того, что при насыщении внутренней рабочей поверхности с применением спрессованных вставок из смеси насыщающих элементов, осаждение этих элементов на наружную поверхность практически не происходит.

Постоянное, одновременное с насыщением различными элементами поверхности стального изделия термоциклирование приведет не только к измельчению зерна структуры поверхности, но к существенной активации процесса насыщения, возможности сокращения длительности и температуры обработки, что будет способствовать снижению энергоемкости процесса и повышению производительности химико-термической обработки.

Постепенное насыщение поверхности стального изделия сначала, например, углеродом, а затем бором и хромом приведет к образованию карбидов бора в подслое и твердых растворов на самой поверхности, которые пластифицируют и связывают эти карбиды, предотвращают трещинообразование и способствуют лучшей обрабатываемости поверхности: шлифованию и полированию.

Формула изобретения

1. Способ нанесения многокомпонентного покрытия на стальные изделия, включающий насыщение их поверхности из порошковой смеси различными элементами по ступенчатому режиму, отличающийся тем, что предварительно проводят вакуумирование, цементацию и повторное вакуумирование, причем насыщение проводят при температуре каждой ступени, соответствующей температуре сублимации насыщающего элемента, порошковую смесь предварительно спрессовывают по форме поверхности обрабатываемого стального изделия так, чтобы между спрессованной смесью и обрабатываемой поверхностью оставался зазор, а насыщение поверхности при повторном вакуумировании проводят при термоциклировании.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после насыщения поверхности проводят термическую обработку без дополнительного нагрева.