Способ диффузионного хромирования стальных изделий Советский патент 1985 года по МПК C23C10/02 

Л

D о

35 Изобретение относится к металяур гии, а именно R химико-термической обработке, в частности к диффузионн му хромированию, и может быть применено в машиностроении для обработ ки деталей, работающих в агрессивных средах. Известен способ, согласно которо му при изготовлении деталей, работа щих в агрессивных средах, применя-ется диффузионное хромирование их поверхности в порошках, с введением в смесь в качестве активной добавки фтористого аммония l. Однако для данного способа харак терна недостаточная твердость обработанного слоя. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ 2J диффузионного хромирования в порошковой смеси, содержащей, Феррохром 50 Окись алюминия 49 Йодистый аммоний 1 , Насыщение по известному способу производится путем погружения деталей в герметично закрывающийся контейнер, засыпкой их указанной порошковой смесью и вьщерж-кой при 950-1100°С 6-20 ч. Этот способ позволяет получать диффузионные слои с достаточно высоким содержанием хрома в поверхности изделий. Однако известный способ имеет следующие недостатки: долговременность процесса насыщения, небольшая глубина диффузионных слоев, что исключает возможность механической об работки, например шлифования диффузионно-хромированных деталей. Целью изобретения является интен сификация процесса насыщения и полу чение диффузионных слоев большой гл бины . Поставленная цель достигается .тем, что согласно способу диффузион ного хромирования стальных изделий, включающему нагрев до температуры обработки и выдержку при этой температуре в порошкообразной смеси, поверхность деталей пербд диф фузионным хромированием обрабатывают парами йодистого аммония при 400-700 С в течение 10-40 минут. При этом хромирование осуществля ют в порошковой смеси, в которой в к честве активатора используют iqiopncтый аммоний. Во время выдержки детали в парах йодистого аммония на поверхности стали образуется йодид железа FeJ,. При последующем хромировании фаза FeJi испаряется, поверхность стали насыщается вакансиями, причем этот -процесс гфедшествует началу хромирования, поскольку температура плавления FeJ, (а соответственно, и температура парообразования), равная 592 С, ниже, чем у хлорида хрома, температура плавления которого равна . Образование вакансий- и нacьш eниe ими поверхности детали является причиной ускорения в несколько раз диффузии атомов хрома внутрь металла. Пример. Проводится хромирование образцов из стали 45 и армкожелеза. Перед хромированием образцы обрабатьшают в парах йодистого аммония при 600 С 30 мин. При определении граничных условий предварительную обработку проводят при ЗОО-ЗОО С в течение, 10-50 мин. При этом образцы подвешивают в контейнере, с песочным затвором. На дно контейнера помещают йодистый аммоний. Контейнер ставят в печь, нагревают до температуры обработки и делают, выдержку, после чего контейнер вын1мают из печи. Оказалось, что результаты не зависят от того, вынимали образщ 1 из горячего контейнера или после того, ка.к контейнер остынет. Процесс диффузионного, хромирования осуществляется в контейнере с плавким затвором при 960 С 12 ч. Состав смеси, мас.%: Феррохром 50 Окись алюминия 49 Активатор . Т В качестве активатора используют NHuCl. Дпя .получения сравнительных данных в контейнер для хромирования помещают и необработанные парами йодистого аммония образцы. После завершения процесса .на образцах, измеряют микротвердость и глубину диффузионного слоя на микротвердоме.тре ,Коррозионные испытй ния проводят вЗО%-ной азотной кислоте Данные сведены в табл. 1, из которой видно, что глубина диффузионного слоя после хромирования-Предложенньш способом ,в 2-10 раз больше, чем после хромирования обычным способом, что говорит об интенсификации Процесса.

.Таблица 1

1. СПОСОБ ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев до температуры обработки и вьщерзкку при этой температуре в поропгкообразной смеси, о т л ичающий с я тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения и получения диффузионных слоев большой глубины, поверхн9сть деталей перед диффузионным хромированием обрабатывают парами йодистого аммония при 400-700 0 в течение 1040 мин. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что хромирование осуо . ществляют в порошковой смеси, в которой в качестве активатора используют хлористый аммоний.

Сталь 45 хромированная обыч1шм способом (прототип)

Сталь 45, хромированна предложенным способом

Армко-железо, хромированное обычным способом (прототип)

Армко-жедезо, хромированное предлоя енным способом

При хромировании предложенньш способом скорость диффузии атомов хрома в несколько-раз больше, чем при обычном хромировании, а скорость атомов углерода такая же. Поэтому карбиды образуются у основания хромированного слоя, а перед ними формируется слой с меньшим содержанием углерода (твердый раствор хрома в железе). Поэтому часть слоя 50-60 мкм (по сравнению с 30 мкм для обычного способа) имеет карбидную структуру с высокой микротвердостью и покрытие обладает достаточной износостойкостью. Мягкую часть слоя возможно (когда это необходимо) сошлифовывать, но в большинстве ; случаев мягкая верхняя часть слоя ;даже полезна при работе детали ни иэ нос для лучшей прирабатываемости.

1700-1800 Образцы без изменений

350-780Образцы без изменений 1800

250-350

Образцы без изменений

250-350

Образщз без изменений

.,.

Влияние времени вьщержки стали 45 40 |В парах йодистого аммония при 1на толщину хромированного слоя :И качество поверхности приведено ,в табл. 2.

. Т а б л И Ц а 2

60-80

Поверхность гладкая, чистая

140-160

То же

30

210-240

51159961

r .

Продолжение табл.2

Из табл. 2 видно, что при времень выдержки 10 мин толщина слоя уменьшается, а при времени больше 40 мин происходит сильное трав лив ание поЕэрхности и порообразование, отсюда, время выдержки в парах NH|Jx должно йлть в предела:х 10-40 мин.

Влияние температуры обработки стали 45 в парах йодистого аммония на глубину хронированного слоя и качество поверхности при времени выдержки 30 мин приведено в табл. 3.

Т а б л и ц а 3

30-35

Поверхность гладкая

100-120

То же

Продолжение табл.3

п1)й металлографическоманализе обнаружены поры

Как видно из табл. 3, при температуре меньше , когда NH Jenie не возгоняется, толщина хромированного слоя по сравнению с обычным способом не увеличивается. При темпе ратуре больше происходит растравливание поверхности стали и порообразование . Поэтому проводить обработку в парах йодистого аммония целесообразно при температурах 400700 С.

Таким образом, использование предлагаемого способа диффузионного хромирования позволяет интенсифицировать процесс насьпцения в 2-10 раз и получать глубокие диффузионные слои, что позволяет сократить продолжительность хромирования, а также применять механическую обработку (шлифование) после диффузионного хромирования.