Способ химико-термической обработки изделий из порошковых материалов на основе железа

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из порошковых материалов на основе железа. Изделия из порошковой стали загружают в контейнер с шихтой, содержащей 30% хрома марки Х99, 20% ферросилиция марки ФС75, 20% марганца марки ФМн90, 28% Al₂O₃ и 2% активатора NH₄Cl. Контейнер помещают в печь и выдерживают для обеспечения диффузии хрома и кремния в железную матрицу и формирования диффузионного слоя толщиной 800-850 мкм и приповерхностного карбидного слоя толщиной 200 мкм. Способ позволяет повысить коррозионную стойкость и жаростойкость изделий и снизить капитальные затраты на их получение.

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к области химико-термической обработки изделий из порошковых материалов на основе железа.

Известен способ химико-термической обработки изделий из порошковых материалов на основе железа путем диффузионного хромирования изделий из порошковых материалов на основе железа электролизом расплава ионных солей, который включает приготовление шихты из порошковых материалов, загрузку изделий в тигель, выдержку тигля с изделиями в печи, выгрузку тигля из печи, выгрузку изделий из тигля, очистку изделий, горячую допрессовку, диффузионный отжиг и термическую обработку изделий, причем приготовление шихты состоит из нескольких последовательных операций: загрузка в стеклографитовый тигель 24% хлористого натрия (NaCl) и 56% хлористого бария (BaCl₂); расплавление этой смеси солей при температуре 500-550°C; введение в полученный расплав 20% смеси солей хлористого хрома (CrCl₃) и хлорного хрома (CrCl₂) в соотношении 87,5% CrCl₃ и 12,5% CrCl₂ с последующим нагревом шихты до температуры 850-900°C и выдержкой в течение 1,5-2,0 часов (Яицкий Д.Л. Диффузионное хромирование горячедеформированных порошковых материалов на основе железа. / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Новочеркасск, 1998, с.32-40).

К недостаткам известного способа следует отнести сложность и длительность процесса, составляющего пять часов, невысокие значения эксплуатационных свойств (коррозионной стойкости и жаростойкости), а также высокие капитальные затраты на использование дополнительного оборудования.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ диффузионного хромосилицирования изделий из порошковых материалов на основе железа в порошковой засыпке и расплаве солей при печном нагреве. Способ включает приготовление шихты из порошковых материалов, состоящей из 50% BaCl₂, 30% NaCl и 20% ферросиликохрома марки ФСХ40, загрузку шихты в тигель, загрузку изделий в тигель, выдержку тигля с изделиями в электрической печи сопротивления, выгрузку тигля из печи, выгрузку изделий из тигля, очистку изделий, преддеформационный нагрев, горячую допрессовку, диффузионный отжиг и термическую обработку изделий (Еремеева Ж.В., Шарипзянова Г.Х. Состав диффузионных слоев и влияние типа активатора на структуру получаемых при диффузионном хромосилицировании порошковых материалов. // Технология металлов, 2007, №7, с.35-37).

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточные значения получаемых эксплуатационных свойств обрабатываемых изделий - коррозионной стойкости, например потеря массы изделия при выдержке в растворе 50% H₂SO₄ в течение 1000 часов составляет 470 мг/см², и жаростойкости, например потеря массы изделия после выдержки при температуре 900°C в течение 50 часов составляет 0,80 мг/см², а также недостаточную толщину диффузионного слоя, которая составляет 400 мкм.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных свойств (коррозионной стойкости и жаростойкости) изделий из порошковых материалов на основе железа и снижение капитальных затрат на получение изделий с требуемыми эксплуатационными свойствами.

Поставленный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ химико-термической обработки изделий из порошковых материалов на основе железа включает приготовление шихты, засыпку шихты в контейнер, загрузку изделий в контейнер, выдержку контейнера с изделиями в печи, выгрузку контейнера из печи, выгрузку изделий из контейнера, причем в состав шихты вводят марганец, обеспечивающий повышение эксплуатационных свойств за счет получения диффузионного слоя и функционального приповерхностного карбидного слоя большей толщины.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо в действующих цехах для химико-термической обработки изделий.

Предлагаемый способ химико-термической обработки изделий из порошковых материалов на основе железа осуществляется следующим образом.

Сначала производят приготовление шихты из порошковых материалов, включающее подготовку и смешивание в конусном смесителе на протяжении двух часов 30% хрома марки Х99, 20% ферросилиция марки ФС75, 20% марганца марки ФМн90, 28% Al₂O₃ и 2% активатора - NH₄Cl. Затем осуществляют загрузку шихты в контейнер, выполненный из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. После загрузки шихты в контейнер загружают изделия, например, из порошковой стали марки 80п в количестве 20 штук. Далее контейнер помещают в электрическую печь сопротивления и проводят выдержку в течение трех часов при температуре 1100°С. После выдержки контейнер выгружают из печи и после остывания осуществляют выгрузку изделий. Полученные изделия обладают чистой поверхностью и дополнительной операции очистки после обработки не требуется. Введение марганца в состав шихты позволяет повысить скорость диффузии хрома и кремния в железную матрицу и, как следствие, получить диффузионный слой толщиной 800-850 мкм и функциональный приповерхностный карбидный слой толщиной 200 мкм, за счет которых происходит повышение эксплуатационных свойств изделий. Так, коррозионная стойкость полученных изделий в 1,2-2,2 раза больше по сравнению с изделиями после диффузионного хромосилицирования, например потеря массы изделия при выдержке в растворе 50% H₂SO₄ в течение 1000 часов составила 210-380 мг/см², а жаростойкость в 1,1-1,6 раза выше по сравнению с изделиями после диффузионного хромосилицирования, например потеря массы изделия после выдержки при температуре 900°C в течение 50 часов составила 0,50-0,70 мг/см². Достигнутые показатели позволяют отказаться от преддеформационного нагрева, горячей допрессовки, диффузионного отжига и термической обработки изделий, что приводит к снижению капитальных затрат на получение изделий с требуемыми эксплуатационными свойствами.

Способ химико-термической обработки изделий из порошковой стали путем хромосилицирования, включающий приготовление шихты, содержащей 30% хрома марки Х99, 20% ферросилиция марки ФС75, 20% марганца марки ФМн90, 28% Al₂O₃ и 2% активатора NH₄Cl, загрузку шихты в контейнер, загрузку изделий из порошковой стали в контейнер, выдержку контейнера в печи для обеспечения диффузии хрома и кремния в железную матрицу и формирования диффузионного слоя толщиной 800-850 мкм и приповерхностного карбидного слоя толщиной 200 мкм, выгрузку контейнера из печи и охлаждение изделий.