СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК C23C8/26 

Изобретение относится к металлургии и предназначено для повышения стойкости стальных азотированных деталей против коррозии и может быть использовано в машиностроении, например, в экскаваторостроении, для деталей гидропривода (штока), вместо хромового гальванического покрытия.

Известен способ газового азотирования стальных изделий по а.с. SU 852965A, 07.08.81, C 23 C 8/26, включающий обработку сначала в среде аммиака при 530 - 540^oC, затем в смеси аммиака и пропан-бутана при равном их соотношении при 570 - 580^oC с последующим охлаждением в масле.

Недостатками известного способа являются:
наличие пор в нитридном слое, снижающих коррозионную стойкость азотированных деталей;
более высокие внутренние напряжения азотированного слоя после охлаждения с T = 570 - 580^oC в масле, деформация и коробление снижают применяемость способа при изготовлении высокоточных (прецизионных) деталей.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости азотированных деталей путем оксидирования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе химикотермической обработки деталей, включающем ступенчатое азотирование и охлаждение в масле, азотирование проводят при температурах 520±10^oC и 540±10^oC, а охлаждение осуществляют в потоке диссоциированного аммиака до 400^oC, затем в среде, содержащей 100% воздуха со скоростью охлаждения не более 25^oC в час до 180^oC, после чего осуществляют охлаждение в масле.

Выбранная предельная температура охлаждения 400^oC в среде диссоциированного аммиака объясняется тем, что при этой температуре практически прекращается диссоциация аммиака (степень диссоциации 5-6%), в среде содержится незначительное количество водорода и при продувке воздухом исключается образование взрывоопасной кислородно-водородной смеси (гремучего газа).

В то же время при этой температуре в воздушной среде протекают диффузионные процессы деазотирования и оксидирования с образованием на поверхности нитридного слоя оксикарбонитридной фазы и плотного слоя оксида Fe₃O₄.

Поры нитридного слоя "залечиваются" оксидом.

На основании вышеизложенного режимы охлаждения с температурой выше 400" не исследовались.

Скорость охлаждения 25^oC в час обеспечивает постепенное наращивание толщины плотной окисной пленки и повышение ее механической прочности.

Увеличение скорости охлаждения уменьшает время образования оксидной пленки, ее толщины, механической прочности, снижает коррозионную стойкость.

Температура охлаждения в индустриальном масле 180^oC определена температурой кипения индустриального масла. При погружении в масло деталей с такой температурой образуются пары масла, которые под давлением проникают в открытые мельчайшие поры окисной пленки и конденсируются там, закрывая поры.

Образующиеся пары масла в присутствии кислорода воздуха приводят к дальнейшему оксидированию азотированной поверхности, появлению насыщенного черного цвета, характерного для оксидированной поверхности.

Пример. Имитаторы штоков гидропривода (образцы в количестве 3 штук каждого варианта) ⊘ 36 мм, длиной 100 мм со шлифованной и полированной поверхностью из стали 40Х с твердостью 215 - 245 НВ подвергались химико-термической обработке по следующим режимам:
1. Предлагаемый способ.

Азотирование в среде диссоциированного аммиака со степенью диссоциации 20 - 40% с выдержкой при 520 ±10^oC в течение 9 ч и 540 ±10^oC в течение 5 ч, охлаждение в потоке аммиака до 400^oC, продувка реторты сжатым воздухом в течение 5 мин, охлаждение в воздушной среде со скоростью охлаждения 25^oC в час до 180^oC, охлаждение образцов в масле.

2. Опытный способ.

По предлагаемому с изменением скорости охлаждения, которая принималась 35^oC в час.

3. Известный способ I.

Азотирование в среде диссоциированного аммиака со степенью диссоциации 20-40% при 570±10^oC в течение 14 ч, затем продувка кислородом и азотом до создания атмосферы, содержащей 35% кислорода и 65% азота (соотношение 1:3), выдержке в этой среде 6 с, охлаждение в воде путем напуска воды в реторту с образцами, отпуск в масле при 150^oC в течение 40 мин.

4. Известный способ II.

Азотирование в среде диссоциированного аммиака со степенью диссоциации 20-30% при температуре 520^oC ± 10^oC в течение 14 ч с охлаждением до ≈ 40^oC в потоке аммиака, перенос в электропечь и последующее термическое оксидирование в воздушной среде со ступенчатым нагревом и выдержках при 150 - 200^oC, 350 - 400^oC, 450 - 500^oC в течение 30 мин в каждом температурном диапазоне и при 520^oC в течение 1,34 ч.

Для оценки коррозионной стойкости азотированных образцов в сравнении с хромированными гальваническому хромированию (Х40.тв) подвергались дополнительно 3 образца.

Все образцы подвергались коррозионным испытаниям в камере влаги при температуре (55 ± 2)^oC и относительной влажности 98 - 100% в течение 10 суток с конденсацией влаги на образцах.

Оценивался электродный потенциал, как косвенный показатель коррозионной стойкости.

В качестве агрессивной электролитической среды использовали 3% водный раствор NaCl. Потенциал определялся потенциометром Р-307.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ результатов коррозионных испытаний свидетельствует, что граничные значения заявленных параметров выбраны правильно. Увеличение скорости охлаждения более 25 град. в час ухудшает коррозионную стойкость.

Непрерывное проведение процессов азотирования и оксидирования в одной печи, простота регулирования процесса по температурным и газовым параметрам свидетельствуют о высокой технологичности предлагаемого процесса по сравнению с известными.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке деталей. Патентуемый способ химико-термической обработки включает ступенчатое азотирование при температурах 520±10 и 540±10^oС и охлаждение в среде диссоциированного аммиака до температуры 400^oС, затем в среде, содержащей 100 % воздуха, со скоростью охлаждения не более 25^oС в час до 180^oС, после чего осуществляется охлаждение в масле. Данный способ позволяет повысить коррозионную стойкость деталей примерно в 1,2 раза по сравнению с известным способом, использовать имеющееся серийное оборудование, повысить технологичность путем объединения в единый непрерывный процесс оксиазотирования процессов оксидирования и азотирования, повысить экологическую чистоту и взрывобезопасность процесса. 1 табл.

Способ химико-термической обработки деталей, включающий ступенчатое азотирование и охлаждение в масле, отличающийся тем, что азотирование проводят при температурах 520 ± 10^o и 540 ± 10^oC, а охлаждение осуществляют в потоке диссоциированного аммиака до 400^oC, затем в среде, содержащей 100% воздуха со скоростью охлаждения не более 25^oC в час до 180^oC, после чего осуществляют охлаждение в масле.