Способ упрочнения металлических поверхностей сульфоцианированием

Изобретение относится к области упрочнения восстановленных поверхностей стальных деталей. Способ включает сульфоцианирование электроосажденного покрытия железо-бор в течение 1-3 ч при температуре 550-600°С с использованием обмазки следующего состава, мас.%: серный колчедан 25, желтая кровяная соль 55, шамот 20. Способ позволяет повысить микротвердость и износостойкость стальных деталей.

 

Изобретение относится к области упрочнения восстановленных поверхностей стальных деталей.

Известен способ электролитического осаждения сплава железо-бор из электролита, содержащего хлорид железа, борную кислоту.

Процесс осаждения покрытия на изношенные поверхности проходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2…6 при температуре 20…50°С и интервале катодных плотностей тока 35…40 А/дм² (Патент на изобретение №2169799, МПК C25D 3/56, Электролит для осаждения покрытия. Авт. Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебровский В.В. и Коняев Н.В.). Недостатком данного способа является ограниченная микротвердость поверхности, не превышающая 9000...9500 МПа, что в ряде случаев является причиной низкой износостойкости покрытий. Повышение микротвердости, износостойкости и других эксплуатационных свойств покрытий может быть достигнуто их химико-термической обработкой.

За прототип взят способ упрочнения поверхностей стальных деталей химико-термической обработкой - сульфоцианированием (авторское свидетельство №254995, 1969. Чекуров В.В., Мухаммедов А.А., Романов Ю.Б., бюллетень №32). Сульфоцианирование проводилось в твердой среде на основе серного колчедана, желтой кровяной соли и шамота при температуре 550°С. Полученные упрочненные слои обладают высокой микротвердостью и износостойкостью.

Для получения повышенной твердости и износостойкости восстановленных поверхностей стальных деталей на уровне среднеуглеродистой закаленной стали предлагается способ упрочнения электролитического покрытия железо-бор, химико-термической обработкой - сульфоцианированием.

Новым являемся то, что сульфоцианированию подвергается электроосажденный слой покрытия железо-бор. Температура сульфоцианирования изменялась в пределах 550…600°С. Нижняя граница 550°С обусловлена тем, что при нагреве до этой температуры резко уменьшается глубина образования нитридов бора и нитридов железа. Верхний предел ограничен 600°С, так как выше этого предела начинает резко снижаться усталостная прочность металла. Длительность процесса составляла 1…3 часов. Этот интервал объясняется глубиной образования нитридов бора и нитридов железа, так за время 1 час глубина упрочненного слоя составляет 0,05 мм, а при выдержке за 3 часа образуется величина слоя до 0,4 мм. Для сульфоцианирования использовалась паста следующего состава, мас.%: серный колчедан 25%, желтая кровяная соль 55%, шамот 20%. Данное содержание компонентов в пасте обеспечивает максимально возможную толщину зоны боридов железа, нитрида бора и всего диффузного слоя, включающего зону сульфидов железа. Упрочненное электролитическое покрытие имело микротвердость 18000…20000 МПа. Данное увеличение микротвердости объясняется тем, что наряду с сульфидами железа в покрытии образуется нитрид бора, который обладает высокой микротвердостью и износостойкостью.

Данный способ включает в себя следующие операции. Для получения обмазки хорошо перемешанные компоненты, находящиеся в порошкообразном состоянии, разводятся крахмальным клейстером до консистенции густой сметаны. Детали, восстановленные электролитическим покрытием железо-бор, погружаются в сосуд с обмазкой, в результате чего на поверхности детали остается слой пасты толщиной 1,5…2 мм. После сушки при 60…80°С детали с сухим слоем обмазки упаковываются в контейнер. После чего детали засыпали нейтральной засыпкой для плотной изоляции деталей друг от друга, а также от стенок, дна и крышки контейнера. Наполнителем служит смесь следующего состава, мас.%: кварцевый песок 70; сажа 20; древесноугольная зола 10. Наполнитель выполняет роль песочного затвора, удерживающего продукты распада у сульфоцианированной поверхности, а также препятствующего их выходу из контейнера. Закрытый крышкой контейнер вместе с деталями помещают в электропечь, разогретую до температуры процесса. После прогрева контейнера до 550…600°С и выдержки при этой температуре контейнер извлекают из печи, снимают с него крышку и высыпают содержимое на решетку. Наполнитель просыпается через решетку, а детали остаются на ней. Их вместе с решеткой быстро помещают в емкость с холодной водой с целью закалки полученных слоев.

На основании проведенных исследований оптимальными условиями являются следующие: известное электроосаждение покрытия железо-бор на переменном асимметричном токе, сульфоцианирование в обмазке следующего состава, мас.%: серный колчедан 25, желтая кровяная соль 55, шамот 20. Сульфоцианирование протекает при температуре 550°С. Время процесса длится 3 часа. Глубина слоя сульфидов достигает толщины электроосажденного покрытия 0,4 мм при микротвердости до 20000 МПа.

Предлагаемый способ экономически эффективен. Покрытия обладают высокой микротвердостью по износостойкости, превышают показатели электролитического сплава железо-бор в 2,5…3 раза, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.

Способ упрочнения металлических поверхностей сульфоцианированием, отличающийся тем, что осуществляют электроосаждение слоя покрытия железо-бор, которое подвергают сульфоцианированию в течение 1-3 ч при температуре 550-600°С с использованием обмазки следующего состава, мас.%:

серный колчедан	25
желтая кровяная соль	55
шамот	20