СОСТАВ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C23C10/54 

Изобретение относится к химико-термической обработке материалов и может быть использовано для упрочнения изделий в металлургической, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

Уровень техники заявляемого объекта в области составов для диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов заключается в следующем. Известен состав (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник под ред. Л. С. Ляховича. М. Металлургия, 1971, 191 с.) для диффузионного хромирования, содержащий следующие компоненты, мас. Феррохром 50 Окись алюминия 45 Хлористый аммоний 5
Хромирование изделий из модифицированного ковкого чугуна в этом составе при температуре 1050-1150^оС и выдержке 4-8 ч позволяет достигать диффузионный слой толщиной 130-160 мкм.

Недостатками данного состава являются его относительно низкая насыщающая способность и высокие температуры процесса хромирования, так как хромирование изделий из чугуна выше температуры 1050^оС проводить нецелесообразно из-за возможного оплавления поверхности.

Известен также наиболее близкий к заявляемому изобретению состав (прототип) для комплексной обработки стальных изделий (Дубинин Г. Н. Диффузионное хромирование сплавов. М. Машиностроение, 1964, 189 с.), который содержит следующие компоненты, мас. Хром 50 Хлористый аммоний 5 Окись алюминия 45
Хромирование изделий из стали 45 в этом составе при температуре 950-1150^оС и выдержках от 4 до 12 ч позволяет достигать диффузионный слой толщиной 30-60 мкм.

Недостатками данного состава являются его относительно низкая насыщающая способность и высокая температура процесса хромирования, а также образование обезуглероженного подслоя, что снижает износостойкость изделий.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, мас. хром 50; хлористый аммоний 5; окись алюминия остальное.

Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата, является низкая насыщающая способность состава, а также высокие температуры проведения процесса.

П ри низкой температуре хромирования (950^оС) на поверхности стали образуется тонкий слой карбида или карбонитрида с содержанием хрома около 25% далее следует зона твердого раствора хрома в железе, затем следует переходная зона, состоящая из двух фаз, и под этими слоями обезуглероженная зона, постепенно переходящая в типичную для стали 45 структуру, состоящую из феррита и перлита.

При высоких температурах хромирования вследствие большой скорости диффузии углерода происходит обезуглероживание значительной зоны, а диффузия хрома ограничивается образованием на поверхности только одного слоя твердого раствора с содержанием хрома до 70-85%
Продолжительность процесса диффузионного хромирования является существенным фактором, так как приводит к увеличению диффузионного слоя.

Однако задавать высокие температуры и большую выдержку процесса хромирования не следует, так как это приводит к увеличению обезуглероженного подслоя, укрупнение зерна, как поверхностной, так и внутренней зон. К тому же, перегрев приводит к образованию видманштеттовой структуры.

Сущность изобретения заключается в следующем. В состав диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов в качестве наполнителя кроме окиси алюминия дополнительно входит вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 в количестве 10-30 мас.

Изобретение направлено на решение задачи повышения насыщающей способности смеси за счет изменения фазового состава наполнителя путем введения в состав наполнителя вольфрамового концентрата марки ППВЗ-3 ГОСТ 48-1413-82, являющеягося побочным продуктом переработки оловянных руд Солнечного горнообогатительного комбината (Хабаровский край), при следующем соотношении компонентов, мас. Хром 15-25 Вольфрамовый концентрат 10-30 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное
Вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 содержит 18 химических элементов периодической системы и имеет сложный химический состав, мас. WO₃ 27,7; Sn 20,69; Cu 0,3; As 0,53; Pb 0,42; S 1,24; Bi 0,031; Zn 0,16; Mn 0,8; Co 0,008; Cr 0,001; Ag 0,003; Al 1,0; Mg 0,6; Sb 0,8; Ba 0,03; Ca 1,0.

Указанные химические элементы находятся в концентрате в виде оксидов и различного рода минералов, сросшихся между собой. Вольфрамовый концентрат применяется в молотом виде зернистостью 5-10 мкм. Благодаря особенностям своего химического состава концентрат повышает диффузионную активность хрома, за счет чего возможно снижение температуры диффузионного упрочнения до 850-950^оС и сокращение времени проведения процесса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении толщины диффузионного слоя и снижении температуры процесса диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов за счет повышения диффузионной активности насыщающей среды.

Изобретение характеризуется следующими существенными признаками.

Ограничительные признаки, мас. Хром 50 Хлористый аммоний 5 Окись алюминия Остальное
Отличительные признаки, мас. Вольфрамовый концентрат марки ППВЗ-3 10-30
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что для снижения температуры и времени диффузионного насыщения железоуглеродистых сплавов, в состав смеси, содержащей порошки хрома, хлористого аммония, окиси алюминия, дополнительно вводят порошок вольфрамового концентрата марки ППВЗ-3 сложного химического и минералогического состава в количестве 10-30 мас.

Для проверки заявленного состава для диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов были подготовлены 10 смесей. Первая и вторая смеси готовились по составу прототипа, остальные по предлагаемому составу. Различие заключалось в процентном соотношении входящих ингредиентов. Диффузионное насыщение образцов из стали 45 осуществляли в герметическом контейнере в электропечи при температуре 850-1150^оС в течение 2-8 ч.

На всех образцах, подвергнутых химико-термической обработке, определялись микротвердость покрытий и при 480-кратном увеличении на поверхности травленного шлифа толщина диффузионного слоя.

Технические результаты диффузионного упрочнения стали 45 представлены в таблице.

Для приготовления смесей использовались: хром марки ПХ М1 (ТУ 14-1-1474-75) зернистостью 10-50 мкм; хлористый аммоний ГОСТ 3773-72; окись алюминия безводная марки "Ч" МРТУ 6-09-426-75 зернистостью 10-50 мкм; вольфрамовый концентрат марки ППВЗ-3 ГОСТ 48-1413-82 продукт Солнечного ГОКа (Хабаровский край) зернистостью 10-50 мкм после размола.

Анализ технических результатов показывает, что предлагаемый состав для диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов позволяет существенно снизить температуру и сократить время проведения диффузионного насыщения поверхности при сохранении высоких значений микротвердости и увеличении толщины диффузионного слоя. При этом отмечается, что оптимальными по составу следует считать смеси, содержащие ингредиенты в следующих соотношениях, мас. Хром 15-25
Вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 10-30 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное.

Использование: изобретение относится к химико-термической обработке железоуглеродистых сплавов и может быть использовано для упрочнения изделий в металлургической, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: состав содержит, мас. хром 15 25; вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 10 30; хлористый аммоний 1 3; окись алюминия остальное. 1 табл.

СОСТАВ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ, содержащий хром, хлористый аммоний и окись алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 при следующем соотношении компонентов, мас.

Хром 15 25
Вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 10 30
Хлористый амоний 1 3
Окись алюминия Остальное