Способ борохромирования стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении с целью повышения долговечности деталей машин. Борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси. Смесь содержит (мас.%): карбид бора - 1-30,0; хлорид хрома CrCl2 - 0,5-10,0; фтористый алюминий - 0,1-2,0; хлорид меди CuCl2 - 0,1-3,0; корунд - 55-98,3. Нагрев и насыщение осуществляют в среде аммиака. При 300-500oС осуществляют выдержку в течение 3-15 мин. Насыщение ведут при температуре 600-1200oС. Способ позволяет улучшить качество обработанной поверхности. Сокращается время обработки в насыщающей смеси. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин и механизмов.

Известен способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев и насыщение изделий в порошковой среде, содержащей следующие компоненты, мас. %: хром 1,4-3,0, бура 1,5-6,0, карбид бора остальное (см. авт. св. СССР 765398, С 23 С 9/04, 1980).

Недостатком известного способа является низкая скорость насыщения и плохое качество поверхности стальных изделий за счет затруднения доступа газовой фазы непосредственно к поверхности металла.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев и насыщение изделий в порошковой среде, содержащей следующие компоненты, мас.%: окись хрома 5,6-8,2, окись бора 19,5-21,9, алюминий 21,5-23,5, окись алюминия 47-49, фтористый натрий 0,5-1,5, сера 0,5-1,5. При этом борохромирование ведут при температуре 800-1000oС в течение 2-8 ч (см. авт. св. СССР 865968, С 23 С 9/04, 1981).

Недостатком известного способа является плохое качество поверхности и низкая скорость насыщения изделий за счет образования окисной пленки на поверхности стальных изделий, затрудняющей доступ газовой фазы непосредственно к поверхности металла.

В основу изобретения поставлена задача повышения качества поверхности стальных изделий при одновременной интенсификации процесса борохромирования.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе борохромирования стальных изделий, включающем нагрев, насыщение в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, хромсодержащее вещество, активатор и корунд, и последующее охлаждение, согласно изобретению борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси, дополнительно содержащей хлорид меди CuCl2, в качестве хромсодержащего вещества - хлорид хрома CrCl2, в качестве активатора - фтористый алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид бора - 1-30,0 Хлорид меди CuCl2 - 0,1-3,0 Хлорид хрома CrCl2 - 0,5-10,0 Фтористый алюминий - 0,1-2,0 Корунд - 55-98,3, нагрев и насыщение осуществляют в среде аммиака, причем в процессе нагрева при температуре 300-500oС осуществляют выдержку в течение 3-15 мин, а насыщение ведут при температуре 600-1200oС.

Способ борохромирования стальных изделий осуществляют следующим образом. Предварительно готовят порошкообразную смесь для борохромирования путем смешивания следующих компонентов, мас. %: карбида бора 1-30, хлорида хрома 0,5-10, хлорида меди 0,1-3, фтористого алюминия 0,1-2 и корунда 55-98,3. В реторту с указанной порошкообразной смесью загружают стальные изделия. Из реторты откачивают воздух, закачивают аммиак. Создают псевдоожижение рабочей смеси и осуществляют нагрев изделий, одновременно с нагревом насыщающей порошкообразной смеси. В процессе нагрева при температуре порошкообразной смеси 300-500oС осуществляют выдержку стальных изделий в течение 3-15 мин. Затем температуру повышают до 600-1200oС и осуществляют насыщение стальных изделий, после чего их охлаждают.

Карбид бора вводят в состав насыщающей смеси с целью получения слоя с содержанием боридов железа.

Введение в состав насыщающей смеси карбида бора менее 1 мас.% приводит к нестабильности протекания процесса насыщения стальной поверхности бором, что снижает скорость насыщения. Увеличение его содержания более 30 мас.% приводит к спеканию насыщающей смеси и образованию пористого поверхностного слоя изделия.

Присутствие в составе компонентов хлорида меди двухвалентной CuCl2 позволяет получать активные атомы меди за счет химических реакций между компонентами смеси. Медь, растворенная в стальной поверхности, ускоряет протекание процессов насыщения бором и хромом стальной поверхности.

Уменьшение содержания хлорида меди менее 0,1 мас.% приводит к нестабильности процессов адсорбции атомов меди на стальной поверхности, тем самым снижает скорость формирования борохромированных слоев. Увеличение содержания хлорида меди более 3 мас.% приводит к ухудшению качества борохромированной поверхности в результате образования пористых поверхностных слоев.

Присутствие в составе насыщающей смеси хлорида хрома двухвалентного CrCl2 позволяет получать активные атомы хрома за счет его восстановления в присутствии фтористого алюминия и аммиака.

Уменьшение содержания хлорида хрома менее 0,5 мас.% снижает стабильность протекания процессов адсорбции и диффузии атомов хрома в стальную поверхность, тем самым снижает скорость формирования борохромированных слоев. Увеличение содержания хлорида хрома более 10 мас.% ухудшает качество борохромированной поверхности стальных изделий, образуя пористый слой хрома на поверхности.

Фтористый алюминий способствует активизации процесса борохромирования и позволяет проводить процесс насыщения в псевдоожиженном слое без спекания смеси. Образующийся в процессе диссоциации фтористого алюминия фтор способствует образованию активных атомов хрома, меди и бора.

Уменьшение содержания фтористого алюминия в смеси менее 0,1 мас.% приводит к нестабильности протекания процессов восстановления карбида бора, хлорида хрома и хлорида меди, а также адсорбции атомов этих элементов к стальной поверхности, что приводит к снижению скорости насыщения. Увеличение его свыше 2 мас.% нецелесообразно в целях экономии материала.

Корунд вводят в смесь с целью создания псевдоожиженного слоя.

Применение псевдоожиженного слоя позволяет сократить время насыщения и время нагрева насыщающей смеси, а также обеспечивает равномерный нагрев, обрабатываемых изделий. При борохромировании стальных изделий в псевдоожиженном слое частицы насыщающей смеси контактируют с поверхностью металла, в результате чего происходит очищение поверхности металла от пленки соединений В2О3 и BCl и тем самым облегчается доступ газовой фазы непосредственно к поверхности материала. Процессы борохромирования в псевдоожиженном слое протекают в основном за счет газофазного процесса, что обеспечивает высокую скорость насыщения.

Химические реакции между компонентами смеси и аммиаком создают условия для увеличения активности смеси и повышения качества борохромированной поверхности.

При температуре выдержки 300-500oС и времени выдержки 3-15 мин происходят процессы восстановления и адсорбции атомов меди на поверхности с образованием качественного покрытия. При температуре выдержки ниже 300oС снижается стабильность протекания процессов восстановления и адсорбции атомов меди на поверхности изделий, что приводит к снижению скорости насыщения. При температуре выдержки выше 500oС ухудшается качество поверхности стальных изделий за счет образования пористого медного слоя.

При выдержке меньше 3 мин хлорид меди восстанавливается не полностью, поэтому при дальнейшем нагреве до температур насыщения (600-1200oС) происходит восстановление оставшейся части хлорида меди и образование пористого слоя на поверхности изделий, что существенно снижает качество поверхности стальных изделий. При времени выдержки более 15 мин существенных изменений на стальной поверхности не происходит, поэтому такие выдержки нецелесообразны.

Насыщение при температурах борохромирования 600-1200oС позволяет получить на поверхности стальных изделий слои, состоящие из боридов железа и боридов хрома. При температуре борохромирования ниже 600oС образования боридов железа и боридов хрома не происходит, а нагрев изделий до температур выше 1200oС нецелесообразен вследствие образования пористого поверхностного слоя на изделии.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, взятым за прототип, были проведены лабораторные испытания.

Образцы стали 45 диаметром 5 мм и длиной 50 мм подвергали борохромированию известным способом и заявляемым способом в псевдоожиженном слое с целью определения качества поверхности и интенсивности насыщения. Составы насыщающей смеси, режимы проведения борохромирования и результаты металлографических исследований приведены в таблице.

Из приведенных данных следует, что заявляемый способ борохромирования стальных изделий в псевдоожиженном слое по сравнению с прототипом позволяет повысить качество обработанной поверхности стальных изделий, сокращает в 2 раза время обработки их в насыщающей смеси.

Формула изобретения

Способ борохромирования стальных изделий, включающий нагрев, насыщение в порошкообразной смеси, содержащей карбид бора, хромсодержащее вещество, активатор и корунд, и последующее охлаждение, отличающийся тем, что борохромирование проводят в псевдоожиженном слое порошкообразной смеси, дополнительно содержащей хлорид меди CuCl2, в качестве хромсодержащего вещества - хлорид хрома CrCl2, в качестве активатора - фтористый алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора 1-30,0

Хлорид меди CuCl2 0,1-3,0

Хлорид хрома CrCl2 0,5-10,0

Фтористый алюминий 0,1-2,0

Корунд 55-98,3

нагрев и насыщение осуществляют в среде аммиака, причем в процессе нагрева при температуре 300-500С осуществляют выдержку в течение 3-15 мин, а насыщение ведут при температуре 600-1200С.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области ремонта и упрочнения деталей металлургического, машиностроительного и другого оборудования
Изобретение относится к области ремонта и упрочнения деталей металлургического, машиностроительного и другого оборудования

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке и может найти широкое применение в машиностроении, повышая долговечность деталей машин

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано для повышения износо-, жаро- и коррозионной стойкости деталей машин на предприятиях металлургической, авиационной, химической, судостроительной, машиностроительной и др

Изобретение относится к нанесению алюминидных покрытий на жаропрочные сплавы, в частности на монокристаллические жаропрочные сплавы

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей в циркулирующей газовой среде и может найти широкое применение как в энергетическом машиностроении, в частности авиационном и космическом, так и в других отраслях народного хозяйства

Изобретение относится к химико-термической обработке, преимущественно к упрочнению литого режущего инструмента из быстрорежущей стали для повышения износостойкости и теплостойкости поверхностных слоев

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при изготовлении инструмента с химико-термической обработкой (ХТО) и окончательным отпуском при температуре не выше 500oC

Изобретение относится к химико-термической обработке

Изобретение относится к термодиффузионной обработке изделий из металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении, химической, авиационной, газовой промышленности и автомобилестроении

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано для повышения износо-, жаро- и коррозионной стойкости деталей машин на предприятиях металлургической, авиационной, химической, судостроительной, машиностроительной и др

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении

Изобретение относится к способам химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента и может быть использовано в машиностроении
Изобретение относится к области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении
Изобретение относится к области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано в различных областях промышленности для повышения эксплуатационных свойств деталей и изделий
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано для повышения долговечности машин, механизмов и инструмента
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости поверхностей изделий за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано при изготовлении как режущего, так и штампового инструмента, а также изделий, работающих в условиях абразивного износа, сухого трения при высоких контактных напряжениях

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей с формированием диффузионных и поверхностных слоев с повышенной износостойкостью и высокой прирабатываемостью в условиях трения металла о металл, и может быть использовано в машиностроении

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении с целью повышения долговечности деталей машин

Наверх