Способ химико-термической обработки изделий Советский патент 1993 года по МПК C23C10/52 

Изобретение относится к металлургии, a i менно к способам обработки изделий из сталей, железоникелевых и никелевых спла- во 5, а также порошковых материалов на ос- ноэе железа и никеля. Способ может быть ис юльзован при изготовлении изделий с вы:окими антикоррозионными, антифриз ци энными и прочностными характеристиками поверхностного слоя при сохранении заданных геометрических характеристик деталей после химико-термической обра- бо- ки в пределах допусков, а также при изготовлении изделий с заданными магнитны ми характеристиками.

Известен способ поверхностного леги рования изделий из сталей и сплавов, включающий их нагрев в насыщающих средах до образования на поверхности жидкой фазы.

Недостатки известного способа заключаются в низкой производительности процесса и неэффективности использования легирующих элементов, т.к. способ требует нагрева большого количества материала, не участвующего в образовании покрытия и за-4 Ч)

го

4

ел

Ю

со

вышенного расхода энергии на нагрев, а также то, что контакт поверхности детали с порошком ведет к повышению шероховатости и соответственно к недостаточным износостойкости, антифрикционным свойствам поверхности и повышению электрического контактного сопротивления.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Указанная цель достигается за счет того, что на поверхность изделия наносят слой на основе легирующих элементов Ti, Ni, Cu, Мп, Ад, с примесями Zn, В, Р, Si, Mn, AI, С, щелочных и щелочноземельных материалов или их галогенидов и подвергают нагреву в защитной или восстановительной средах до образования слоя расплава нанесенного материала и последующей выдержки в течение 0,7-6 ч в зависимости от заданного размера зерна, определяемым из выражения:

t (Do - D) exp (-A + B/)2/60 где D - заданный размер зерна покрытия;

Do - размер зерна до обработки;t - время термообработки, ч; 0 Т/Тпл 1,05...1,7 - относительная температура обработки;

Т - температура обработки изделия;

ТПл - температура плавления нанесенного материала;

А 1,07 ±0,19 - показатель экспоненты;

В 0,53 ±0,13 - показатель экспоненты; после чего изделие охлаждают в произвольном режиме, причем толщина нанесенного слоя материала Н связана с толщиной слоя расплава d соотношением

H 1...1.15Kd

kf- отношение плотности наносимого материала и его расплава, а значение d составляет 0,03...0,25 мм.

Кроме того, возможность создания заданных размеров зерна обеспечивает получение покрытий из Ni с заданными значениями величины коэрцитивной силы Нс,.определяемыми из выражения

Нс НСО (0.46+0,54 DP/D)± 11%. где Нсо - коэрцитивная сила до обработки.

Согласно предлагаемому способу диффузионная металлизация осуществляется путем нанесения на поверхность изделия из стали, сплавов на основе никеля или порошковых материалов на железной или. никелевой основе слоя легирующего материала заданной толщины. Слой наносится одним из известных способов: гальваническим, химическим осаждением из раствора, плакированием, нанесением суспензии из порошков металлов при гюмощи пульверизации.

Затем изделие подвергается нагреву до расплавления нанесенного материала и образования слоя расплава. Толщина слоя расплава связана с толщиной нанесенного

слоя материала согласно табл.1.

Значения толщины d слоя расплава определяются из критериев коррозионной стойкости, упрочнения поверхности, обеспечения равномерности покрытия и сохранения формы изделия и его геометрических размеров в пределах допуска. Величины толщины слоя расплава для различных легирующих элементов приведены в табл. 2. В наносимый материал для снижения

температуры плавления и улучшения смачивания поверхности изделия добавляются примеси Zn, В, Р, Si, Mn, AI, С, щелочные и щелочноземельные материалы или их гало- гениды в количестве не менее 0,1%, но не

более процента, указанного в табл. 2, а щелочные и щёлочноземельные металлы в количестве от 0,01 до 0,5% или их галогениды в количестве от 0,5 до 3%.

Соотношение дополнительных элементов в примесях определяется требуемой температурой плавления, указанной ниже в соответствии с известными диаграммами состояния.

Нагрев проводится в защитной или восстановителъной среде до температуры в ТПл, где 0 1.05...1,7, но не выше 0,9 Т плавления материала детали.

При указанной температуре изделие выдерживается в течение 0,7-6,0 ч, затем

охлаждается с произвольной скоростью.

Во время выдержки происходит рост зерна покрытия, причем изменение разме: pa P (среднего диаметра) зерна покрытия не совпадает с изменением размера зерна основного материала изделия, т.к. происходит в жидкой фазе за счет коагуляции капель расплава. Закономерность роста зерна подчиняется экспериментально установленной зависимости

0

5

D D0+ 60Texp(A-B/#). где Do - размер зерна до обработки, соответствующий размеру частиц- суспензии, или среднему размеру зерна нанесенного гальванопокрытия или слоя, нанесенного плакированием в среднем сечении слоя, параллельном поверхности изделия. Остальные параметры расшифрованы выше.

В зависимости от длительности и температуры обработки размеры межзеренных границ уменьшаются на 8..,25% (обратно пропорционально значению D), и это ведет к повышению сопротивления изделия к межкристаллитной коррозии.

В результате обработки по указанному способу образуется сплошное, равномерное покрытие изделия: верхний слой - застывший расплав, а нижний - диффузионная зона, обладающая всеми вышеуказанными положительными свойствами. Формула изобретения

i 1. Способ химико-термической обработки изделий преимущественно из сплавов и порошковых материалов на основе железа и никеля, включающий их нагрев в насыща- ю щих средах до образования на поверхности жидкой фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств поверхности изделия и улучшения технологичности его обработки, на поверхность изделия наносят слой на основе леги- Р пощих элементов, выбранных из группы: никель, медь, марганец, титан, серебро с п эимесями, выбранными из группы: цинк, бор, фосфор, кремний, марганец, алюми- нлй, углерод, щелочных или щелочногзе- мельных металлов или их галогенидов, нагрев проводят в защитной или восстаноиельной среде до температуры 0Тпл, где Т ш - температура плавления нанесенного материала. 0 1,05... 1.7. но не выше 0,9 тем:ратуры плавления материала изделия, и

0

0

5

.5

выдерживают в течение ,7-6 ч в зависимости от требуемого размера зерна покрытия, причем длительность обработки в пределах указанного интервала времени определяют из выражения

t (D-Do)-exp (-A+B/#)2/60, где Dp - размер зерна до обработки;

А : 1,07 ±0,19; В 0,53 ± 0,13 - показатели экспоненты,

после чего изделие охлаждают в произвольном режиме, причем толщина нанесенного слоя материала связана с толщиной d слоя расплава соотношением

H 1-1,15Kd.

где К - отношение плотности наносимого материала и его расплава, а значение d составляет 0,03-0,25 мм.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью управляемого изменения коэрцитивной силы материала покрытия на основе никеля, длительность и температуру обработки определяют из уравнения по п.1 и зависимости, связывающей размеры зерна и коэрцитивную силу

0 0,54 Do/(Hc/Hco-0,46) ±011%, где Нсо и Do - коэрцитивная сила и размер зерна материала покрытия до обработки.

олщина расплава

К

коэффициент усадки порошка при его плавлении

К 1...1.15/5м//% , гдерм - плотность материала, наносимого на деталь: /Эм -- плотность порошка данного материала.

Таблица 1

Таблица 2