Способ обработки чугунной остнастки Советский патент 1991 года по МПК C23C12/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в стекольной, электронной промышленностях и в приборостроении.

Целью изобретения является повышение стабилизации размером оснастки за счет уменьшения адгезии стекла к оснастке.

Способ заключается в том, что чугунную оснастку сначала отжигают в порошковой смеси, содержащей титан, хром, гидрид титана, железо, парафин и окись алюминия, затем охлаждают в печи со скоростью 60 град/ч до 300 С, подвергают комплексной химико-термической обработке в порошковой среде, содержащей гидрид титана, титан, гидратированньй сульфат хрома в соотношении 1:2:2, при этом гидрид титана и хром относятся как 1:6, а парафин вводят в качестве разбавителя циркона в количестве 5 мас.%.

Компоненты порошковой смеси выполняют следующие функции.

Титан является геттером, поглощающим элементы внедрения: кислород и азот из отжигаемых чугунных деталей. Указанное содержание титана в порошковой смеси обеспечивает ее хорошую поглощающую способность при отсутствии спекания. Хром является элементом, изменякниим (наряду с тита- - ном) поверхностнее свойства чугунных

оэ

СД

О

1

оэ

еталей, вероятно за счет образования тонкого слоя, сложнолегированно- го карбида на поверхности чугуна.

Железо - слабый геттер, основная с его функция - оттеснение углерода с поверхности вглубь подложки и способствование образованию на поверхности отжигаемого чугуна тонкого слоя сложнолегированного карбида (Сг, to TDjCtp.

Гидрид титана (TiK) и парафин, испаряясь и разлагаясь, вытесняют воздух из контейнера, в котором происходит отжиг. Совместное использова f5 ние гидрида титана и парафина позволяет в объеме контейнера получить восстанавливающую газовую среду в широком диапазоне температур. В то время, когда парафин заканчивает кипеть, на- 20 чинается разложение TiH с выделением водорода, вытесняющего остатки паров парафина из объема контейнера. Таким образом, использование TiH и параина позволяет создать в объеме кон- 25 тейнера атмосферу из водорода высокой частоты, который выполняет роль транспортера кислорода от чугуна к поверхности геттера. Окись алюминия служит для предотвращения спе- 30 кания основных компонентов и припе- кания их к поверхности отжигаемых чугунных деталей, а также снижения их расхода.

При нагреве в печи происходит испарение и разложение добавки гидридов с вытеснением воздуха из контейнера. При этом происходит восстановление окисных пленок, имеющихся на поверхности деталей, образо- Q вавшихся в результате разложения гидрида водородом. Затем имеет место диффузия кислорода и азота из внутренних зон чугунных деталей к их поверхности, десорбция, диффузия 5 через газовую фазу к поверхности титана и диффузионное поглощение их титаном.

В результате отжига в чугунных деталях возникает интенсивная пластическая деформация, снижающая остаточные напряжения и упрочняющая металлическую основу чугуна за счет снижения в ней .растворенных и находящихся в виде включений по границам зерен кислорода и азота. Низкая скорость охлаждения позволяет избежать возможности возникновения в деталях оснастки остаточных напряжений в

35

50

0

Q 5

5

0

момент перехода материала из пластичного состояния в упругое. Таким образом, использование порошковой смеси позволяет получить рафинирующий поверхностный слой на деталях чугунной оснастки.

Постоянную активность порошковой смеси поддерживают перед ее каждым повторным использованием укладкой на дно контейнера 0,2 мас.% парафина, 0,5 мас.% гидрида титана. Активность смеси обеспечивается в течение ее 10 - 12-кратного использования. Хром, титан и циркон используются в виде порошков крупностью 80 - 125 мкм, - парафин - в виде стружки 200-300 мкм, гидрид титана - 300-400 мкм, а гидра- тированный сульфат хрома CrgCO) x х 18К2 ) - в виде поставки. Хром, титан и гидрид титана выполняют функцию насыщающих компонентов, а гидрид титана одновременно является актива тором процесса насыщения. Парафин и гидратированный сульфат хрома - активаторы. Циркон служит инертным разбавителем. Упаковку контейнера проводят аналогично отжигу„ Упакованный контейнер помещают в печи с любой атмосферой, нагретую до 1050 С. Продолжительность выдержки определяется требуемой толщиной покрытия. При температуре насыщения парафин и гидрид титана, испаряясь и разлагаясь, вытесняют воздух из контейнера, в его объеме создается восстановительная атмосфера., Одновременно происходит и разложение гидратированного сульфата хрома, в результате которого молекулы кристаллизационной воды испаряются и разлагаются с образованием атомарного хрома, серы и кислорода. Наличие восстановительной атмосферы обеспечивает доставку хрома, титана к поверхности деталей чугунной оснастки. По данным микроспектрального анализа покрытие состоит из сложно- легированной карбидной зоны и твердого раствора хрома в железе. По окончании процесса насыщения контейнер охлаждают. распаковывают и определяют на сите порошковую смесь от обработанных деталей чугун- . ной оснастки. Покрытие детали имеет равномерный светло-серый цвет. Покрытие хорошо сцеплено с металлической основой, плотное, не имеет трещин, раковин и сколов и не отшелушивается „

Постоянную активность смеси поддерживают путем введения 5 мае.% хрома, 1 мас.% гидрида титана, гидра- тированного сульфата хрома и 0,5 мас.% парафина. Активность смеси обеспечивается в течение 10-12-кратного использования.

Пример 1. Для проведения сравнительных испытаний используют образцы диаметром 30 мм и длиной 200 мм, изготовленные из чугуна марок СЧ 18-36, СЧ 21-40 и СЧ-32-52 по 10 шт каждой марки, которые предварительно шлифуют и полируют, шероховатость поверхности составляет 0,32 мкм. Чугунные образцы отжигают в порошковой смеси, содержащей, масо%: титан 7,5; хром 5; гидрид титана 10; железо 15; парафин 0,5 и окись алюминия - остальное„

Отжиг проводят в контейнере с плавким затвором при 1050°С в течение 4 ч в печи марки ОКБ-210 А с воздушной средой обжига. По окончании отжига контейнер охлаждают вместе с печью сначала со скоростью 6С град/ч а по достижении 300 С скорость составляла 100 град/ч. Отожженные образцы имеют серый цвет, налипание смеси не обнаружено. Длина образцов увеличена на 150 мкм, а диаметр - на 25 мкм Затем образцы предварительно нагревают до 1000°С и погружали на 3/4 дли- ны в ванну с расплавленным щелочным стеклом марки СЛ 40-1. Температура расплавленного стекла 1400 С, время

пребывания образца в расплаве стекла 20 с, что соответствует времени контакта чугунной оснастки с расплавленным стеклом. После 6,1 - 8,2 тыс.погружений образцов в расплав стекла на их поверхности наблюдается появление разгарных трещин и налипание стекла.

II р и м е р 2 „ Чугунные образцы подвергают комплексному диффузионному насыщению в порошковой среде, содержащей, мас0%: хром 30; титан 10; гидрид гитана 5; парафин 0, 5; гидрати- рованный сульфат хрома 10; циркон - остальное. Насыщение проводят в кон- тейнере с плавким затвором. Температура насыщения 1050°С, время выдержки 10 ч. Толщина покрытия составляет 90+5 мкм„ Длина образцов увеличена на 1,5 мм, а диаметр - на 0,35 мм„ Испытания образцов проводят аналогично примеру 1„ После 10,3-10,5 тыс.по-

е, , 10

6507766

гружений в расплав стекла на образцах обнаружено появление разгаркых тре- щин И следы налипания стекла.

П р и м е р 3. Предварительно обработанные чугунные образцы отжигают в порошковой смеси аналогично примеру 1, затем подвергают комплексному диффузионному насыщению (пример 2). Толщина покрытия составляет 110jt, + 10 мкм. Длина образцов увеличена на 160 мкм, а диаметр - на 28 мкм. Испытания проводят аналогично примеру 1. Визуальный осмотр контактирующих по15 верхностей, про водимый при 10-кратном увеличении, показал, что на образцах появляются разгарные трещины и следы налипания стекла только после 12,3 - 12,5 тыс.погружений в рас20 плав стекла„

П р и м е р 4. Чугунные образцы подвергают диффузионному насыщению в растворах борной кислоты, содержащей 80% титана и 20% хрома. Темпе25 ратура насыщения 1100°С, время выдержки 10 чэ На поверхности образцов образуется покрытие толщиной 60 i +. 2 мкм, состоящее из карбидов титана и хрома Длина образцов увеличена на 1,6 мм, а диаметр - на 0,4 мм. Испытания проводят аналогично примеру 1. Визуальный осмотр контактирующих поверхностей, проводимый при 10-кратном увеличении, показал, что на образцах после 6,2 - 6,4 тыс.погружений появляются разгарные трещины и наблюдаются следы налипания стекла. Результаты приведены в таблице.

30

35

Таким образом, предлагаемый способ позволяет стабилизировать размеры деталей чугунной оснастки и уменьшить в 2 раза адгезию стекла к контактирующим поверхностям, т„е, улучшить ее ресурс работы в 2 раза.

Предлагаемый способ стабилизирует размеры деталей чугунной оснастки и обеспечивает повышение работы оснастки, работающей в контакте с расплавленным стеклом в два раза.

Формула изоб.ретения

Способ обработки чугунной оснастки, включающий химико-термическую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения стабили-| зации размеров оснастки за счет уменьшения адгезии стекла к оснастке, ее предварительно отжигают в порошкевой среде, содержащей ,хром, титан, гидрид титана, циркон и железо в со отношении 1:1,5:2:3 соответственно и парафин в качестве разбавителя, затем охлаждают в печи со скоростью 60 град/ч до 300°С, химико-термическую обработку проводят в порошковой

среде, содержащей гидрид титана, титан, гидратированный сульфат хрома в соотношении 1:2:2 соответственно, причем гидрид титана и хром относятся как 1:6, а парафин вводят в качестве разбавителя циркона в количестве 5 мас.%.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в стекольной, электронной промышленности.Цель изобретения - повышение стабилизации размеров оснастки за счет уменьшения адгезии стекла на оснастке. Это достигается тем, что сначала проводят отжиг в порошковой смеси, содержащей титан, хром, гидрид титана, железо, парафин и окись алюминия, охлаждают в печи со скоростью 60 град/ч до 300°С, а затем подвергают комплексной химико-термической обработке в порошковой среде, содержащей гидрид титана, титан, гидратированный сульфат хрома при соотношении 1:2:2, при этом гидрид титана и хром соотносятся как 1:6, а парафин вводят в качестве разбавителя циркона в количестве - 5 мас.%. 1 табл. с 8 (/

Материал