Состав для химико-термической обработки изделий из титана и его сплавов Советский патент 1991 года по МПК C23C10/30 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам комплексного насыщения в порошкообразных смесях, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости изделий из титана и его сплавов.

Цель изобретения - повышение абразивной износостойкости изделий.

Состав для химико-термической обработки изделий из титана и его сплавов содержит полиборид магния, порошок титана, фторид алюминия, диборид титана и порошок алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиборид магния9-12

Порошок титана17-23

Порошок алюминия3-7

.Фторид алюминия2-4

Диборид титанаОстальное

Наличие полиборида магния при оптимальном массовом соотношении между ним

и порошком титана, а также присутствие в составе порошка алюминия приводит к повышению абразивной износостойкости. При температуре процесса происходит химическое взаимодействие между полибори- дом магния и порошком титана, что обеспечивает получение покрытий с большой толщиной и высокой прочностью.

Порошок алюминия, присутствующий в смеси, способствует увеличению пластичности получаемых покрытий. Нижний предел содержания порошка алюминия (3 мас.%) определяет минимально необходимую концентрацию элемента в смеси, при которой наблюдается эффект повышения пластичности получаемых покрытий. Превышение верхнего предела(7 мас.%) приводит к сильному разупрочнению покрытий.

Содержание полиборида магния (9 мас.%)определяется минимальным количеством активных атомов бора, необходимых для поддержания высокой насыщающей

о

х v|

О 00 О

способности состава. Верхний предел содержания полиборида магния (12 мае. %) ограничен резким повышением температуры процесса в результате прохождения химической реакции между ним и порошком титана, приводящей к спеканию смеси и резкому уменьшению насыщающей способности.

Количественное содержание порошка титана 17-23 мас.% связано с массовым содержанием полиборида магния и определяется полнотой прохождения реакций между ними.°

Использование в качестве активатора фторида алюминия способствует более интенсивной доставке активных атомов бора и титана и устранению припекаемое™ смеем к поверхности обрабатываемых изделий. Нижнее значение (2 мас.%) определяет минимально необходимую концентрации элементов газовой фазы, от которой зависит скорость образования покрытия. Превышение верхнего предела (4 мас.%) приводит к тому, что активатор действует как инертная добавка.

В качестве инертной составляющей мспользуютдиборид титана, добавляемый в исходную смесь до 100%, Диборид титана устраняет образование в получаемых покрытиях нежелательных посторонних ВКЛЕО- чений, например получаемых при использовании в качестве инертного разбавителя оксида алюминия. Устранению вклю- чений способствует идентичность используемой инертной добавки (диборид титана) м химического соединения, получаемого в результате реакции между полибо- ридом магния и порошком титана.

Перед использованием все компоненты порошковой смеси просушивают и измельчают при 80-100°С, Затем смесь перемешм- зают в барабанных смесителях при скорости вращения 60 об/мин в течение 30 мин. Обработку изделий из технически чистого титана 8Т1-0 и титанового сплава ВТ- 20 проводят в контейнерах из нержавеющей стали. Упаковку контейнера начинают с того, что на дно помещают слой смеси толщиной 20-30 мм. Затем укладывают изделия так, чтобы расстояние до стенок контейнера было не меньше 15-20 мм, а расстояние между изделиями - не меньше 20мм. Слой смеси от верха изделий до кромки контейнера должен быть не меньше 40 мм, Снизу 8 контейнер подводят жаростойкую трубку, через которую подают аргон в смесь, Подготовленный к насыщению контейнер загружают в печь, разогретую до 900-1000°С. Покрытие формируется во время прохождения химической реакции между полиборидом магния и порошком титана и после ее завершения во время выдержки при температуре процесса в течение 1 ч. После окончания процесса контейнер вынммают из печи и охлаждают на воздухе. Смесь вместе с обрабатываемыми изделиями высыпают на поддон. Как правило, отде ленме смеси от поверхности изделий но представляет затруднений. Размер korireft

0 нера выбирают исходя из габаритов обрабатываемых изделий и рабочего псостронсгва печи. Скорость подачи аргоне составляет 0,2-0,3 л/мин.

Абразивную износостойкость изделий

5 исследовали при воздействии г зо бразиз- ного потока. Обработанные титановые образцы размерами 3 х 20 х 35 закрепляли Не роторе, совершающем вращзтепьиое движение со скоростью 790 об/мин. Через со0 пло под углом атаки 50° по отношению - плоскости ротора вводили газоабразивный поток. Газоабразивный поток получали з. счет использования компрессора для подачи сжатого воздуха, чоктролируемого ротс5 метром РС-7, и фиксированного количества абразива, подаваемого шнеком. В качестве абразива использовали варцееым песок с размерами частиц 0,1-0,2 мм. Концентрация песка в газоабразивном потоке сз тав0-ляла 20 г/м3. Действительную скорое. соударения частиц потока с плос-сосгью ротора определяли геометрически /) сложением векторов окружной скорости обрасцсо / линейной скорости потока; она составляли

5 280 м/с. Время испытания 30 мин Оценку массового износа образцов производила по потере веса путем взвешивания образцов на аналитических весах ВЛА-200М с, темностью до 0,0001 г до и после испытания. Ммк0 ротвердость и толщину покрытий оценивали с помощью подбора ПМТ-З.

Результаты испытаний образцов а зависимости от содержания порошка алюминия, фторида алюминия, пслмборида магния vt

5 порошка тмтзна приведены в габл. 1-3,

Температура обработки во всех случаях 1000°С, длительность 1 ч.

Для сравнения в табл. 3 приведены результаты испытаний технически чистого тиО тана ВТ1-0, обработанного известные составом при 1000°С в течение 5 ч.

Анализ данных показывает, ч го КЭСУ- щение изделий (.-«з титана i его спягвоз с использованием предлагаемого состава по5 заоляет повысить абразивную износостойкость э 4-5 раз по сравнению с обработкой известным составом.

Формула изобретений Состав для химико-термической обработки изделий из титана ч его сппгзов

включающий борсодержзщее вещество, порошок титана,активатор и инертную добавку, отличающийся тем, что, с целью повышения абразивной износостойкости изделий, он дополнительно содержит порошок алюминия, в качестве борсодержащего вещества - полиборид магния, в качестве акгиваторэ-ф срид алюминия, а в качестве

инертной добавки - диборид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиборид магния9-12

Порошок титана17-23

Порошок алюминия3-7

Фторид алюминия2-4

Дибормд титанаОстальное

Таблица

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессам комплексного насыщения в порошкообразных смесях, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости изделий из титана и его сплавов. Цель - повышение абразивной износостойкости изделий. Состав для химико-термической обработки содержит, мас.%: полиборид магния 9-12; порошок титана 17-23; порошок алюминия 3-7; фторид алюминия 2-4; диборид титана остальное. Состав позволяет повысить абразивную износостойкость в 4-5 раз по сравнению с обработкой известным составом. 3 табл. Ј