СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1994 года по МПК C23C10/02 C23C10/32 

Изобретение относится к способам химико-термической обработки поверхностного слоя стальных изделий, к поверхностным слоям которых предъявляются особые требования по условиям эксплуатации, и может быть использовано в машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ химико-термической обработки стальных изделий в порошковой насыщающей среде.

Однако химико-термическая обработка в известных средах не позволяет получать карбидно-хромированные слои толщиной более 30 мкм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ диффузионного хромирования, при котором поверхность детали перед диффузионным хромированием обрабатывают парами иодистого аммония.

Однако известный способ имеет следующие недостатки: сравнительная длительность процесса насыщения и сравнительно небольшая глубина диффузионных слоев, а так же сложность предварительной обработки перед насыщением.

Целью изобретения является интенсификация процесса насыщения, повышения износостойкости и прирабатываемости изделия.

Постоянная цель достигается тем, что стальные изделия перед диффузионным хромированием в порошковой смеси подвергаются в качестве предварительной обработки поверхности электроискровому легированию цинком до толщины слоя не менее 20 мкм при напряжении процесса 53-62 В и частоте импульсов 800 ± 80 Гц.

При этом функциональное назначение предварительной обработки поверхности электроискровым легированием цинком заключается в следующем:
за сравнительно короткое время поверхности изделий насыщаются элементом, способным образовывать жидкостную фазу при химико-термической обработки, на большую глубину;
исключается обезуглероживание поверхностного слоя, вследствие отсутствия нагрева изделий при предварительной обработке;
интенсифицируется последующий процесс насыщения карбидообразующими элементами;
в результате остаточного содержания легкоплавкого элемента увеличивается прирабатываемость поверхностных слоев.

Существенным отличием предлагаемого способа от прототипа является изменение предварительной обработки поверхности, а именно электроискровое легирование цинком до толщины слоя не менее 20 мкм при напряжении процесса 53-62 В и частоте импульсов 800 ± 80 Гц.

Способ осуществляется следующим образом. Для экспериментальной проверки заявляемого способа было проведено 9 опытов химико-термической обработки при разных режимах предварительной обработки поверхности. Электроискровое легирование проводили на установке "Элитрон-16" с частотой импульсов напряжения на накопительных конденсаторах 700, 800, 900 Гц, амплитуде напряжения 53-62 В, рабочем токе I_p ≈ 0,7-1,5 А и максимальной энергией разряда 0,08-0,49 Дж. Насыщение проводили цинком. При этом толщина диффузионной зоны насыщения цинком составила не менее 20 мкм. Последующее диффузионное насыщение осуществляли при температуре 1000-1050^оС в течение 3-5 ч в контейнерах с плавким затвором без использования вакуума или защитных атмосфер.

Состав смеси, мас. % : Оксид хрома 40 Оксид алюминия 58 Хлористый аммоний 2.

Для получения сравнительных данных в контейнер для хромирования помещают обработанные парами йодистого аммония образцы, а так же без обработки.

После завершения процесса на образцах измеряют толщину диффузионного слоя на микроскопе МИМ-8 и проводят испытания на износостойкость. В основу испытаний положен принцип износа образца из исследуемого материала диском-контртелом из порошкового сплава. Испытания проводят на машине типа Шкоды-Савина в условиях трения скольжения без смазочного материала. Размеры образцов 15 x 15 x 35 мм.

Размеры диска-контртела: диаметр 60 мм и толщина 4 мм, при твердости HRC 69-71 ед. Испытания выполняют при давлении P 72,4 Н, при скорости вращения диска-контртела V 750 об/мин.

В таблице представлены результаты измерения толщины диффузионной зоны и испытаний на износостойкость диффузионно-упрочненных образцов. Из данных таблицы следует, что толщина слоя увеличилась в 1,8-2,9 раза, а износостойкость поверхностных слоев сталей марок Сталь 45, У10, 9ХС, 5ХНМ, достигаемая предлагаемым способом выше, чем у прототипа, в 2,9-3,4 раза. Как видно из таблицы, при напряжении менее 53 В толщина слоя значительно увеличивается, но происходит резкое снижение износостойкости. Поэтому проводить предварительную обработку целесообразно при 53-62 В, так как получаются наиболее износостойкие покрытия, при этом оптимальные результаты были получены при частоте импульсов 800 Гц.

Проводились эксперименты с использованием в качестве электрода других легкоплавких элементов: олова и свинца. Результаты существенно не отличаются от данных износостойкости при использовании цинка. В ряде экспериментов коэффициент износостойкости достигает 3,2.

Использование заявляемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет:
повысить производительность процесса комплексного насыщения инструмента более, чем 1,5 раза за счет более эффективной насыщающей способности предлагаемого способа;
сократить расход инструментального материала более, чем в 2-3 раза, за счет повышения стойкости инструмента, путем увеличения его износостойкости;
увеличить прирабатываемость изделий, более чем в 1,8 раза, за счет образования структуры слоя на основе карбидов хрома с включениями легкоплавких элементов, например цинка;
повысить качество обрабатываемых изделий за счет стабильного обеспечения инструментом исполнительных размеров. (56) Авторское свидетельство СССР N 1159961, кл. C 23 C 10/02, 1983.

Использование: в машиностроении и других отраслях народного хозяйства при упрочнении инструмента. Сущность изобретения состоит в том, что на поверхность изделий электроискровым легированием наносят слой цинка с толщиной не менее 20 мкм при напряжении процесса 52 - 62В и частоте импульсов 800 ± 80 Гц, после чего проводят диффузионное хромирование в порошковой смеси. 1 табл.

СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий предварительную обработку поверхности и последующее диффузионное хромирование в порошковой смеси, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения, повышения износостойкости и прирабатываемости изделий, в качестве предварительной обработки поверхности проводят электроискровое легирование цинком до толщины слоя не менее 20 мкм при напряжении процесса 52 - 62 В и частоте импульсов 800 - 80 Гц.