Способ азотирования сплавов Советский патент 1993 года по МПК B22F9/08 C23C8/24 

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения сплавов со сверхравновесным содержанием азота.

Целью изобретения является упрощение и интенсификация процесса азотирования.

Указанная цель достигается тем, что в способе азотирования сплавов, включающем их расплавление, диспергирование, охлаждение и насыщение азотом, насыщение осуществляют путем диспергирования расплава, нагретого выше температуры соли- дур на 50-150°С потоком азота со скоростью 450-650 м/с в неокисляющей атмосфере с последующей закалкой частиц.

В данном случае азотирование происходит при взаимодействии азота с поверхностью расплава. Такое взаимодействие осуществляется со значительно большей интенсивностью, чем взаимодействие с твердой поверхностью, во-первых, за счет повышения скорости взаимодействия с ростом температуры, во-вторых, за счет существенного ускорения диффузии в расплаве по

сравнению с твердым веществом, в-третьйх, за счет существенного турбулентного перемешивания, происходящего в частицах расплава при взаимодействии со сверхзвуковым потоком азота.

При взаимодействии потока азота с расплавом в условиях диспергирования происходит насыщение расплава азотом до содержаний, существенно превышающих равновесные содержания азота в твердом сплаве. При охлаждении капель расплава возможно частичное выделение растворенного азота. Его выделяется тем больше, чем медленнее происходит кристаллизация частиц. Быстро закристаллизованные частицы, сохраняют неравновесное избыточное содержание азота. Быстрая кристаллизация частиц обеспечивается наличием в расплаве достаточного количества центров кристаллизации (зародышей твердой фазы) и высокой скоростью охлаждения, что достигается закалкой.

Диспергирование необходимо производить в неокислительной атмосфере, т.к. наЁ

00

о

00 N V|

О

личие окисной пленки на частицах существенно снижает интенсивность взаимодействия расплава с азотом из-за отсутствия прямого контакта газа с металлом.

Способ реализован на установке, имеющейся в Институте металлургии УрО АН СССР. Установка включает в себя водоохлаждае- мую герметичную печь сопротивления с трубчатым нагревателем, внутри которого помещается тигель с расплавом. В донной части тигля имеется отверстие, закрываемое притертым стопором. Температура расплава контролируется термопарой погружения. Перед проведением азотирования тигель с материалом помещается в печь, которая герметизируется совместно с камерой распыления, откачивается и заполняется азотом. Азот на диспергирование подается через щелевые форсунки, расположенные ниже нагревателя с тиглем. Давление азота на форсунках регистрируется манометром, по показаниям которого рассчитывали значение скорости газового потока. Азотирование подвергали титано-медистый чугун Верхне-Синячихинского металлургического завода ТЧ 14-15-219-89, имеющий температуру солидус 1150 °С- и состав, мас.%: SI 2,07; Сг 0,3; Ti 0,4; Мп 0,5; С 4,5; Р 0,1; S 0,02; Fe остальное. Чугун расплавляли, нагревали до температуры 1200-1350°С и выдерживали при заданной температуре в течение 10 мин. Затем открывали стопор и струю подвергали диспергироанию потоком азота со скоростями 400-800 м/u путем изменения давления на форсунках от 0,2 до 0,8 МПа. Закалку частиц проводили в масло на расстоянии 0,7 м от фокуса распыления.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Результаты показывают, что для того, чтобы интенсивность перемешивания расплава была достаточна для азотирования,

0

5

0

5

0

5

0

скорость газового потока должна быть не ниже 450 м/с. При скорости газового потока 650 м/с достигается предельная интенсивность перемешивания и дальнейшее повышение скорости является нецелесообразным, т.к., не повышая степени азотирования, приводит к повышению расхода азота на процесс.

Температура расплава должна быть не ниже 50°С над температурой солидус, т.к. при более низкой температуре, во-первых, жидкотекучесть расплава мала и при взаимодействии с потоком азота турбулентное перемешивание развито слабо, во-вторых, время контакта азота с расплавом мало вследствие быстрого затвердевания последнего. Перегрев расплава выше 150°С над температурой солидус приводит к гомогенизации расплава и исчезновению центров кристаллизации.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить сплавы со сверхравновесным содержанием азота уже в процессе получения порошка, что позволяет исключить дополнительную операцию твердофазного азотирования при повышенных давлениях, а также сократить продолжительность процесса получения азотированного порошка и энергетические затраты на азотирование.

Формул а. изобретения Способ азотирования сплавов преимущественно на основе железа, включающий их расплавление, диспергирование, охлаждение и насыщение азотом, отличающий- с я тем, что, с целью интенсификации и упрощения процесса, насыщение осуществляют путем диспергирования расплава, нагретого выше температуры солидус rfa 50-150°С, потоком азота со скоростью 450- 650 м/с в неокисляющей атмосфере с последующей закалкой частиц.

Использование: для получения сплавов со сверхравновесным содержанием азота. Сущность изобретения: способ включает расплавление сплавов, их диспергирование и охлаждение. Азотирование осуществляют в процессе диспергирования расплава, нагретого выше температуры солидус на 50- 150°С, потоком азота со скоростью 450-650 м/с в неокисляющей атмосфере с последующей закалкой частиц. 1 табл.