Способ диффузионного хромирования изделий из чугуна
Владельцы патента RU 2406783:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионному хромированию чугуна, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости деталей машин из серого чугуна. Способ включает нагрев изделия в контакте с порошком оксида хрома до 1000-1100°С, выдержку при этой температуре 2-4 часа и охлаждение на воздухе. Обеспечивается более глубокий хромированный слой на поверхности чугуна, а также упрощается и удешевляется процесс хромирования. 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионному хромированию металлов, в частности к диффузионному хромированию чугуна, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости деталей машин из серого чугуна.
За последние годы все более широко используют диффузионное насыщение поверхности сплавов различными металлами. Для твердого или парофазового метода используют твердые частицы (или порошки) хрома или феррохрома.
Перенос хрома к поверхности изделий осуществляется через хлоридную фазу, возникающую в результате взаимодействия хрома с хлористым аммонием (NH4Cl), или путем контактирования частиц хрома с поверхностью изделия (Металловедение и термическая обработка. Сб. статей. - М.: Металлургиздат, 1962. - 351 с.).
К основным недостаткам этого способа можно отнести: применение специальных печей; применение газообразных хлоридов; одновременное с хромом хлорирование железа; применение дорогого порошкообразного хрома или феррохрома, получение которых (обычно методом дробления кусков хрома или феррохрома) является трудоемкой операцией.
Известен способ диффузионного хромирования деталей из чугуна при следующем соотношении компонентов, масс.%: хром - 20-30; отход производства обогащения оловянных руд, содержащих турмалин и кварц, - 66-78; хлористый аммоний - 2-4, отличающийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности при снижении температуры насыщения, он в качестве наполнителя содержит отход производства обогащения оловянных руд, содержащий турмалин и кварц (SU 1759954 А1, МПК С23С 10/32. Состав для диффузионного насыщения железоуглеродистых сплавов / В.П.Балов, Е.И.Белов, Д.С.Гузанов и Л.А.Сенотрусова. - Опубл. 07.09.92. Бюл. № 33).
Однако этот способ является трудоемким, имеет низкую производительность, требует специальных печей, обеспечивающих замкнутое пространство для восстановительной атмосферы, и характерен тем, что вместе с хромом хлорируется и железо, которое оседает на хроме и препятствует его полному восстановлению. Хромированный слой на чугуне, получаемый при диффузионном хромировании, составляет не более нескольких десятков микрометров (Т.Н.Дубинин. Диффузионное хромирование. - М.: Машиностроение, 1964. - 451 с.).
Для упрощения технологии поверхностного хромирования деталей машин из чугуна, повышения производительности и исключения необходимости применения газовой фазы, включающей хлориды, детали из чугуна в контакте с оксидом хрома Cr2O3 нагревают до температуры 1000-1100°С, выдерживают при этой температуре 2-4 часа, после чего извлекают из печи и охлаждают на воздухе.
В результате взаимодействия углерода чугуна с оксидом хрома происходит диффузия восстановленного хрома в железо и на поверхности изделия образуется твердый раствор хрома в α-железе и карбидная фаза.
Пример выполнения способа диффузионного хромирования серого чугуна с феррито-перлитной основой (твердость 140-160 НВ)
В качестве образца была взята цилиндрическая деталь диаметром 20 мм и высотой 20 мм из феррито-перлитного серого чугуна СЧ20 состава: 3,4% С; 2,2% Si; 0,6% Mn; ≤0,3% Р и ≤ 0,3% S, твердостью 140 НВ. Исходная структура чугуна - феррито (40-70%)-перлитная (60-30%) основа с равномерно распределенным пластинчатым графитом, завихренной формы длиной 30-120 мкм. Площадь, занятая графитом, составляет 8-12% (фиг.1).
Деталь была помещена в стальной контейнер объемом 0,5 дм3 в засыпке порошком оксида хрома Cr2O3, нагрета до температуры 1000-1100°С, выдержана при этой температуре 2-4 ч, после чего охлаждена на воздухе.
После такого диффузионного хромирования на поверхности детали был обнаружен слой высокопрочного хромистого чугуна с шаровидным графитом (фиг.2). Эксперименты показали, что глубина залегания высокопрочного хромистого чугуна (фиг.3) и его твердость зависят от температуры нагрева и времени выдержки при этой температуре (см. таблицу).
Таким образом, предложенный способ позволяет значительно упростить процесс диффузионного хромирования серого чугуна и повысить его производительность.
| Таблица | ||||||
| Состав | Содержание, мас.% | Режим хромирования | Толщина слоя, мкм | Твердость, HRC | Примечание | |
| Т, °С | τ, ч | |||||
| Известный состав (аналог) | ||||||
| 1 | 20Cr+78ОП+2NH4Cl | 900 | 3 | 170 | - | Чугун СЧ00 |
| 2 | 25Cr+72ОП+3NH4Cl | 900 | 3 | 190 | - | Чугун СЧ00 |
| 3 | 30Cr+66ОП+4NH4Cl | 900 | 3 | 180 | - | Чугун СЧ00 |
| Предлагаемый состав | ||||||
| 4 | 100Cr2O3 | 1000 | 2 | 80 | 51-53 | Чугун СЧ20 |
| 5 | 1000 | 4 | 220 | 53-54 | Чугун СЧ20 | |
| 6 | 1050 | 2 | 420 | 52-54 | Чугун СЧ20 | |
| 7 | 1050 | 4 | 740 | 53-55 | Чугун СЧ20 | |
| 8 | 1100 | 2 | 430 | 53-54 | Чугун СЧ20 | |
| 9 | 1100 | 4 | 820 | 54-55 | Чугун СЧ20 | |
| 10 | 1150 | Чугун расплавился |
Предлагаемый способ диффузионного хромирования чугуна значительно проще и дешевле известных способов, так как не требует:
- специальных печей, обеспечивающих замкнутое пространство для восстановительной атмосферы, и газообразных хлоридов;
- обеспечивает восстановление оксидов хрома;
- значительно увеличивает толщину хромированного слоя.
Способ диффузионного хромирования изделий из чугуна, отличающийся тем, что изделия нагревают в контакте с порошком оксида хрома до температуры 1000-1100°С, выдерживают при этой температуре 2-4 ч и охлаждают на воздухе.
