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 СrСl2 0,5-10,0, фтористый алюминий 0,1-2,0, хлорид меди СuСl2, 0,1-3,0, корунд 55-98,3. Нагрев и насыщение осуществляют в среде аммиака. При температуре 300-500°С осуществляют выдержку в течение 3-15 мин. Насыщение ведут при температуре 600-1200°С. 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, С23С 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 800-1000°С в течение 2-8 часов (см. авт. св. СССР №865968, С23С 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 СuСl2, в качестве хромсодержащего вещества - хлорид хрома СrСl2, в качестве активатора - фтористый алюминий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора 1-30,0
Хлорид меди СuСl2 0,1-3,0
Хлорид хрома СrСl2 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 300-500°С осуществляют выдержку в течение 3-15 минут, а насыщение ведут при температуре 600-1200°С.

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 300-500°С осуществляют выдержку стальных изделий в течение 3-15 минут. Затем температуру повышают до 600-1200°С 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 СuСl2 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 СrСl2 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 В2O3, и ВСl 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 300-500°С и времени выдержки 3-15 минут происходят процессы восстановления и адсорбции атомов меди на поверхности с образованием качественного покрытия. При температуре выдержки ниже 300°С снижается стабильность протекания процессов восстановление и адсорбции атомов меди на поверхности изделий, что приводит к снижению скорости насыщения. При температуре выдержки выше 500°С ухудшается качество поверхности стальных изделий за счет образования пористого медного слоя.

При выдержке меньше 3 минут хлорид меди восстанавливается не полностью, поэтому при дальнейшем нагреве до температур насыщения (600-1200°С) 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 минут существенных изменений на стальной поверхности не происходит, поэтому такие выдержки нецелесообразны.

Насыщение при температурах борохромирования 600-1200°С позволяет получить на поверхности стальных изделий слои, состоящие из боридов железа и боридов хрома. При температуре борохромирования ниже 600°С образования боридов железа и боридов хрома не происходит, а нагрев изделий до температур выше 1200°С 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.

Таблица
Состав, режим насыщения и результаты исследований ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ СПОСОБА
Прототип ЗАЯВЛЯЕМЫЙ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Окись хрома, мас.% 6,9 - - - - - - - - -
Окись бора, мас.% 20,6 - - - - - - - - -
Алюминий, мас.% 22,5 - - - - - - - -
Фтористый натрий, мас.% 1 - - - - - - - - -
Сера, мас.% 1 - - - - - - - - -
Карбид бора, мас.% - 0,1 0,5 0,7 1 10 30 40 50 60
Хлорид хрома, мас.% - 0,05 0,1 0,3 0,5 5 10 12 15 17
Хлорид меди, мас.% - 0,005 0,01 0,02 0,1 1 3 4 5 6
Фтористый алюминий, мас.% - 0,005 0,01 0,02 0,1 1 2 3 4 5
Окись алюминия (корунд), мас.% 48 99,84 99,38 98,86 98,3 83 55 41 26 12
Температура выдержки, °С - 100 150 200 300 400 500 600 700 800
Время выдержки, мин - 0,5 1 2 3 10 15 20 30 40
Температура насыщения, °С 950 350 400 500 600 950 1200 1300 1400 1450

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 СuСl2, в качестве хромсодержащего вещества - хлорид хрома СrСl2, в качестве активатора - фтористый алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора 1-30,0
Хлорид меди СuСl2 0,1-3,0
Хлорид хрома СrСl2 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 300-500°С осуществляют выдержку в течение 3-15 мин, а насыщение ведут при температуре 600-1200°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии термодиффузионной обработки изделий, изготовленных, преимущественно, из черных металлов и сплавов. .

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента, изготовленных из сталей в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из штамповой стали в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных деталей, в частности к составу для поверхностного лазерного упрочнения, и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструментов, изготовленных из конструкционных сталей и работающих в условиях многократного контактного (статического и динамического) нагружения в машиностроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности.

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 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 металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано для повышения долговечности машин, механизмов и инструмента.

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 области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении. .

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 других отраслей промышленности

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких алюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении для защиты от высокотемпературного окисления внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к способам нанесения покрытий из шликеров на внутреннюю поверхность проточной части статора турбины, который содержит корпус, выполненный в виде полусферы, сопловой аппарат с лопатками, входной патрубок и втулку
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении
Изобретение относится к упрочнению деталей машин и инструмента из железоуглеродистых сплавов и может быть использовано при производстве деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, строительной и других отраслях промышленности, обладающих в 2-10 раз большим ресурсом работы

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке изделий из стали или титана, и может быть использовано для нанесения защитного покрытия на детали, работающие в условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных деталей и может быть использовано для обработки деталей, работающих в условиях абразивного износа ударных нагрузок, например для культиваторов, дисков, борон и лемехов. Способ нанесения металлокерамического покрытия на стальную деталь с использованием электрической дуги косвенного действия включает нанесение на упрочняемую поверхность детали металлокерамической пасты, нагрев до плавления металлокерамической пасты и поверхностного слоя детали электрической дугой косвенного действия, возникающей между графитовыми электродами. При нагреве металлокерамической пасты и поверхностного слоя детали между графитовыми электродами и поверхностью детали создают разность потенциалов. Затем деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до температуры закалки, выдерживают при этой температуре и подвергают закалке в индустриальном или трансформаторном масле, после чего производят отпуск с остыванием на воздухе. В частных случаях осуществления изобретения при закалке деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до 830°С и выдерживают при данной температуре в течение 5 мин. При отпуске деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до 185°С и выдерживают при данной температуре в течение 2 мин. Обеспечивается повышение твердости и износостойкости деталей за счет формирования на поверхности детали упрочненного металлокерамического слоя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов. Способ получения гетероструктуры оксид титана - силицид титана на монокристаллической кремниевой подложке, покрытой нанокристаллической титановой пленкой, включает проведение фотонной обработки упомянутой подложки излучением ксеноновых ламп с диапазоном излучения 0,2-1,2 мкм в атмосфере воздуха пакетом импульсов длительностью 10-2 с в течение 2,0-2,2 с при дозе энергии в интервале 220-240 Дж·см-2 для активации реакций оксидирования и силицидобразования при формировании гетероструктуры оксид титана - силицид титана. Обеспечивается упрощение технологии, значительное сокращение времени изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с гетероструктурой оксид титана - силицид титана и снижается температурная нагрузка на кремниевую подложку. 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к упрочнению и восстановлению стальных и чугунных деталей с помощью химико-термической обработки. На поверхность детали наносят обмазку, содержащую, мас.%: диборид титана - 20-25, карбид бора - 40-60, фторид натрия - 3-7, хлорид аммония - 5-7, буру - 3-8, бориды железа - 8-20, которую предварительно разводят в воде до пастообразного состояния. После деталь с нанесенной обмазкой сушат до получения твердой корки. Нагревают в термической печи до температуры 850-1150°C с выдержкой при этой температуре в течение 0,5-3,5 ч. После окончания выдержки деталь закаливают, проводят низкий отпуск при температуре 180-200°C в течение 2 ч. Обеспечивается повышение стойкости, технологичности и энергоэффективности процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

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

Наверх