Порошкообразный состав для комплексной химико-термической обработки изделий из высоколегированных сталей и твердых сплавов Советский патент 1984 года по МПК C23C9/02 

Изобретение относится к хилшкотермической обработке сталей и сплавов, 6 частности к комплексному диффузионному насыщению поверхности высоколегированных сталей и твердых сплавов ванадием, бором, алюминием в твердых смесях, содержащих эти элементы, и мо.жет быть использовано в машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известен состав для диффузионного насыщения, содержащий окись ванадия, алюминий, окись алюминия и фтористый аммоний С1.

Однако известный состав применим лишь для малолегированных сталей и .не обеспечивает достаточной стойкости к абразивному износу изделий.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является порошкообразный состав для комплексной химикотермической обработки изделий из высоколегированных сталей и твердых сплавов, содержащий, %: пятиокись ванадия 12-27; алюминий 18-21; окись алюминия 27-32; окись титана 12-37; хлористый аммоний 1-3 t21.

Такой состав не позволяет существенно повысить стойкость к абразивному износу вследствие формирования нера в номерных тонких, хрупких, не.прочно связанных с основой слоев.

X Цель изобретения - повышение насыщающей способности состава и увеличение стойкости к абразивному износу и жаростойкости слоя.

Поставленная цель достигается тем что порошкообразный состав для комплексной химико-термической обработки изделий из высоколегированных сталей и твердых сплавов дополнительно содержит гексаборид лантана, в качестве ванадийсодержащего соединения метаванадиевую кислоту, а в качестве активатора - тетрафторборат аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Метаванадиевая кислота 30-50 Алюминий20-30

Тетрафторборат аммония 1-5 Гексаборид лантана 2-6 Окись алюминия Остальное Снижение содержания метаванадиево кислоты ниже 30%, тетрафторобората аммония ниже 1% и гексабората лантана ниже 2% резко уменьшает актив ность смеси, при этом падает глубина и микротвердость диффузионного слоя и, как следствие, снижается стойкость к абразивному износу.

Увеличение количества метаванадие вой кислоты вьаие предлагаемого приводит к интенсификации окисления алюминия в составе смеси, снижает глубину слоя, его микротвердость и стойкость к абразивному износу.

Смесь приготовливают путем смешивания непосредственно перед применением компонентов - порошка мета ванадиевой кислоты HVO (ТУ 6-Д9-02-12 О- 75), алюминиевой «пудры 1ГОСТ 5494-71),порошка окиси алюмин Al;jOj (ТУ 6-09-426-75). Тетрафторборат аммония и гексаборид лантана LaBj в виде дисперсных порошков вводят в смесь при дополнительном перемешивании состава на вибромешалке.

ПРИ химико-термической обработке твердых сплавов групп ВК, ТК и высоколегированных вольфрамомолибденовых сталей, а также высокохромистых сталей в интервале температур 900-1300С в смеси предлагаемого состава тетрафторборат аммония действует как более активный депассиватор, чем известный хлористый аммоний, он является также дополнительным поставщиком активных борфторидов, образующихся при его разложении в процессе нагрева. Совместно с гексаборидом лантана ЬаВ4,Диссо-. циирующим при нагреве, тетрафторборат поставляет активный атомарный бор, это позволяет повысить концентрацию бора в диффузионном слое при довольно низком содержании борсодержащих компонентов в смеси. Основной химической реакцией, в результате которой в слой поступает атомарный ванадий, является экзотермическая реакция взаимодействия метаванадиевой кислоты HYO и алюминия с образованием атомарного активного ванадия. Алюминиевая пудра применяемая в смеси, позволяет ускорить и стабилизировать протекание этой реакции за счет равномерного обволакивания частиц метаванадиевой кислоты алюминием, Как следствие, возрастает равномерность и однородность слоя, легированного ванадием, бором и алюминием.

Обработку сталей и сплавов проводят в-смесях различного состава. В контейнеры из нержавеющей стали помещают графитовые тигли с обрабатываемыми деталями и заготовками, равномерно расположенными в порошке рабочей смеси. После герметизации контейнера осуществляют нагрев до 900-1300°С в печи СШВЛ 1.2,5/25. Продолжительность выдержки 2-4 ч, охлаждение с печью.

При оценке качества получаемого покрытия определяют глубину слоя, его стойкость к абразивному износу и жаростойкость.

Пример 1. Пластины твердого сплава ВК8 для оснащения резьбовых резцов обрабатывают в смеси состава, %: Метаванадиевая кислота 50; окись алюминия 20; алюминиевая пудра 27; тетрафторборат аммония 1,0; гексаборид лантана 2,0. После обработки при в течение 2,5 ч на поверхности пластин формируется диффузионный слой 140-160 мкм проти 85-100 мкм согласно известному составу. Микротвердость слоя Н50 1бОО2400 кгс/мм. Слой равномерен по всей поверхности, прочно связан с основой. Глубина слоя по сравнению с обработкой в известном составе в 1,4-1,5 раза выше,а.микротвердост на Н50 500-600 кгс/мм выше. Пример 2. Резьбовые гребен ки из стали Р6М5К5 подвергают обработке в смеси состава, %: метаванадиевая кислота 30; окись алюминия 3 алюминиевая пудра 29; тетрафторбора аммония 5; гексаборид лантана 6,0) нагревают с деталями до , выдерживают в течение 4 ч, охлаждают с печью до 100°С в течение 2 ч. Диффузионный слой имеет глубину 230-280 мкм, микротвердость 1370 кгс/мм. Глубина слоя на 90 мк выше, чем при обработке в известном составе, а стойкость на истирание в абразиве возросла в 1,7 раза.При заточке и доводке алмазными кругами не происходит выкрашивание, слбя на тонких кромках,характерное для слое полученных в известном составе. Пример 3. Кольцевые вырубные пуансоны из стали 95X18 обрабатывают при в течение 2 ч с ускоренным охлаждением в печи СШВЛ 1.2,5/25. Смесь при диффузионном на йцении содержит, %: метаванадиевая {кислота 45; алюминиевая пудра 23,5; окись алюминия 25; тетрафторборат аммония 2,5; гексаборид лантана 4,0 Слой глубиной 120-130 мкм, равномерный по всей поверхности, имеет микро твердость Н50 819-857 кгс/мм , не выкрс1шивается при вырубке заготовок как это наблюдалось при обработке в известном составе, увеличивается длительность эксплуатации до образования трещин разгара. Наличие переходной зоны и подслоя глубиной до 60 мкм, имеющего промежуточную,со слоем избыточных боридов ванадия твердость, повышает стойкЛгть при динамических нагрузках. Окалиностойкость слоя составляет 1,2 г/см, ч при 950С на 100 теплосмен против 9,8 ч при обработке в известном составе. Стойкость к абразивному износу пуансонов возросла в 2 раза. Отсутствуют участки шелушения и скалывания слоя, характерные для обработки в известной смеси пятиокиси ванадия, алюминия, окиси титана и хлористого алфлония. Микротвердость возросли на кгс/мм, кгс/мм , глубина слоя ТТа 35-45 мкм. Полученные данные свидетельствуют о том, что при обработке изделий из высоколегированных сталей и твердых сплавов в предлагаемом составе по сравнению с известным повышается в 1,6-1,8 раза глубина упрочненного слоя, увеличивается в.1,5-2 раза стой кость к абразивному износу и жаростойкость в 4-6 раз. Применение .предлагаемого состава позволяет повысить эксплуатационные характеристики целого ряда номенклатуры инструментальных изделий, деталей машин (втулок, валиков, пальцев/, деталей приборов (капсул, обойм) и т.д. При этом экономический эффект складывается из экономии дефицитных легированных сталей и сплавов,в том числе вольфрамо-, молибдено-, кобальтсодержащих, за счет увеличения работоспособности менее дефицитных марок материалов.

ПОРОШКООБРАЗНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ,, содержащий ванадийсодержащее соедиiOFOOfOiU i g ..ViESKttO. -IJ ТГ(КИ) sp-fejino нение, алюминий, окись алюми1 ия и активатор, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повьпаения его насьпцающей способности и увеличения стойкости к абразивному износу и жаростойкости слоя, он дополнительно содержит гексабори/1 лантана, в качестве ванадийсодержащего соединения - метаванадиевую кислоту, а в качестве активатора - тетрафторборат аммония, при следующем соотно- . шении компонентов, мас.%: Метаванадиевая кислота 30-50 Алюминий. 20-30 Тетрафторборат аммония 1-5 Гексаборид лантана . 2-6 Окись алюминия Остальное S