Способ химико-термической обработки тугоплавких металлов и сплавов

 

ОПИСАНИЙ

ИЗОБРЕТЕНИЯ йгбоъоетСоюз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.11.77 (21) 2543995/22-02 (51) М. КЛ,2

С 23С 17/00

С 23С 3/04 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.05,79. Бюллетень № 20 (45) Дата опубликования описания 30.05.79 (53) УДК 621.793.7 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

T. Н. Константинова, П. Ф. Рахманов, М. И. Петренко, С. И. Рябов, М. Г. Прокапало и 3. И. Федотьева (71) Заявитель (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к области химикотермической обработки металлов, в частности к повышению смазочных свойств защитных покрытий, применяемых при горячс обработке давлением тугоилавких металлов и сплавов.

Известны способы получения диффузионных покрытий на тугоплавких металлах, включающие полу чение силицированного или боросилицированного слоя, обладающих повышеннои жаростоикостью Li и 2!.

11рототипом предложенного является способ, включающии нанесение на диффузионный слой, полученный оорированием и боросилицированием, дополнительного защитного покрытия, состоящего из йо51з и боросиликатного стекла путем окунания в шликер с последующим отжигом при 14бО—

1auu-C. (3j.

Недостатками способа являются: нетехнологичность из-за многочисленных операций, недостаточная пластичность, что вызывает скалывание слоя при транспортировке, загрузке и выгрузке заготовок из печи, трсщинообразование при горячей объемной деформацииии.

Цель изобретения — упрощение технологии и исключение растрескивания заготовок при горячей объемной деформации за счет совмещения процессов боросилицирования и нанесение стеклосмазки, Поставленная цель достигается тем, что в шликер, обеспечивающий получение боросилицидного защитного покрытия при отжиге в вакууме, дополнительно вводят элементы стеклосмазки в виде металлических порошков, например кремния, бора, марганца. химико-термическую обработку производят в два этапа: вначале в вакууме при

10 1450 †16"С для формования боросилицированного слоя, а затем — на воздухе при э00 †17 С.

Способ осуществляют следующим образом.

В сос-ав шликера боросилицидного по15 крытия дополнительно вводят элементы, входящие в состав стеклосмазки (кремний, бор, марганец и др.) в виде порошков крупli0cTblo 5 40 мкм и тщательно перемешивают. Вязкость шликера должна составлять

2J 1 — 15 сек. На поверхность заготовок шликер наносят любым известным методом (окунанием, распылением и др.), сушат на воздухе при 60 — 80"С 10 — 20 мин и обжигают при 1 ° 10 — 4 мм рт. ст. и 14ЬΠ— 1600"С

25 в течение 3 мин. Образующееся защитное диффузионное покрытие, состоящее из силицидов и боросилицидов, содержит дополнительно кремний, бор, марганец и другие в виде металлических составляющих.

Формирование стеклосмазки в составе боросилицидного покрытия на поверхности

665021

СССР

Типография, пр. Сапунова, 2

3 штампуемой заготовки производят путем нагрева ее на воздухе при 900 — 1700 С в течение 30 мин, причем эту операцию можно совмещать с нагревом под штамповку.

При этом происходит окисление входящих в состав покрытия свободных кремния, бора, марганца и других до Si0>, В Оз, NnO соответственно, и образование ооросиликатного стекла требуемого состава. Наличие жидкого стекла в покрытии способствует повышению пластичности покрыгия и исключает его растрескивание при воздействии ударных нагрузок.

Граничные значения температур формирования стеклосмазки в составе боросилицидного защитного покрытия при нагреве под деформацию обусловлены следующим: температурный интервал формирования стеклосмазки на воздухе 900 — 1700"С включает все температурные интервалы нагрева под деформацию различных тугоплавких металлов. Например, деформирование ниобия и его сплавов достаточно удовлетворительно производятся при 1350 — 900 С, а вольфрама при 1740 — 1оОО С; с другой сто роны температура 900 С является достаточной для образования в составе покрытия легкоплавкой стеклосмазки (для деформации менее тугоплавких металлов), а при

1700 С происходит формирование тугоплавкой стеклосмазки (для деформации оолее тугоплавких металлов).

Время выдержки 30 мин при 900 — 1700 С на воздухе достаточно для образования на всю толщину боросилицидного покрытия (40 — 60 мкм) стеклосмазки любого требуемого состава. Выдержка более 30 мин существенно не влияет на качество покрытия и определяется только сечением нагреваемой заготовки.

Температура боросилицирования зависит от конкретного состава покрытия, которое различно для разных тугоплавких металлов и сплавов. Например, для защиты от окисления вольфрама требуется покрытие с температурой формирования 1600 С, а для ниобия 1450 — 1500 С.

П р и м с р. В шликер, состоящий из порошков пиобия, хрома, кремния и бора, при соотношении, вес. :

Ниобий 26

Хром 37

Кремний 34

Бор 3 и обеспечивающий при отжиге в вакууме получение боросилицидного покрытия типа (NbSiq (Nb, Сг) В ), вводят дополнительно (по отношению к весу твердой составляющей шликера) металлические порошки кремния, бора и марганца крупностью 5—

40 мкм в количестве, вес. ..

Кремний 8,7

Бор 53

Марганец 6,2

Заказ 1139/4 Изд. Ко 343

В качестве жидкой фазы используют смесь изопропилового спирта 90 вес. /о с

Ь /о-ным раствором нитроцеллюлозы в амилацетате 10 вес. /о. Вязкость шликера 13—

15 сек по вискозиметру ВЗ-4, Полученный шликер наносят на заготовки из ниобиевого сплава ВН2АЭ диаметром

60 мм и высотой 110 мм путем распыления из пульверизатора. Сушку напыленного слоя осуществляют на воздухе при 60 — 80"С в течение 20 — 30 мин. Для образования диффузионного боросилицидного покрытия производят отжиг заготовок при 1 10- мм рт. ст. и 1550 50 С в течение 3 мин. Печь снабжена шлюзовым устройством, что позволяет производить загрузку и выгрузку заготовок оез ее отключения. Толщина образующегося диффузионного боросилицидно-, го покрытия на заготовке равна 40 — 60 мкм.

Формирование стеклосмазки производят нагревом на воздухе в обычной газовой печи при 1200+-50"С в течение не менее 30 мин.

При этом происходит окисление свободных кремния, бора, марганца до их окислов и ооразование боросиликатного стекла.

Нагретую заготовку с образовавшейся пленкой боросиликатного стекла устанавливают в штамп и производят горячую объемную штамповку на молоте или механическом ковочном прессе.

Детали после штамповки имеют чистую поверхность без трещин и других дефектов.

Микротвердость по всей плоскости шлифа одинакова. Слой газонасыщения отсутствует.

Формула изобретения

1. Способ химико-термической обработки тугоплавких металлов и сплавов, включающий боросилицирование и нанесение стеклосмазки, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и исключения растрескивания заготовок при горячей объемной деформации за счет совмещения процессов боросилицирования и нанесения стеклосмазки, боросилицирование производят в среде, в которую дополнительно вводгг элементы стеклосмазки в виде порошков, например кремния, бора, марганца.

2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что химико-термическую обработку производят в два этапа: вначале в вакууме при 1450 †16 С для формирования боросилицированного слоя, затем — на воздухе при 900 †17 С для формирования смазки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. Защитные покрытия на металлах.

Киев, «Наукова Думка», вып. 10, 1976, с. 57 — 59.

2, Авторское свидетельство СССР

М 443118, С 23С 9/04, 1973.

3, Авторское свидетельство

Кап 443311226666, С 23С 17/00, 1974.

Тираж 1138 Подписное