Способ азотирования изделий из сплавов тугоплавких металлов Советский патент 1980 года по МПК C23C11/14 

Изобретение относится к. химикотермической обработке изделий из сплавов тугоплавких металлов и может быть использовано при азотировании изделий из сплавов тугоплавких металлов. Известен способ газового азотирования изделий из титана, при котором насыщение изделий азотом проводят при высокой температуре, затем изделия отжигают в вакууме. Образовавшиеся в процессе азотирования нитрид рассасываются в процессе вакуумного отжига. При этом твердость на поверх ности изделия уменьшается, а в центре тела, увеличивается Ц . - - Наиболее близким к предложенному является способ азотированияс после дующим вакуумным отжигом сплава на основе титана ВТ-1. Образцы из сплава ВТ-1 с цилиндрической рабочей частью диаметром 5 мм азотируют в азоте при 950°С в течение 30 ч, зате отжигают в вакууме при 800°С в течение 2ч. Применяя этот способ -к сплаву Nb 50% - Ti 30% - W 20%, после азотирования при 1800С, 5 ч и последую щего вакуумного отжига при 1500 С, 2 ч твердость по всему сечению образца составит Hv5;3o 550 2 . Недостатком известных способов является снижение поверхностной твердости в результате вакуумного отжига. Кроме того, известный способ малоэффективен для двух- и многофазных сплавов, одна или несколько фаз которых в процессе вакуумного отхоига могут в значительных количествах терять азот и тем самым понижается твердость изделий. Цель изобретения - повышение поверхностной твердости. Цель достигается тем, что способ азотирования изделий из сплавов тугоплавких металлов включает нагрев в азоте, отжиг в вакууме и дополнительное азотирование при 800-1500 С. При этом цикл азотирование-отжиг в вакууме-азотирование повторяют 3-4 раза. При азотирований сплавов на поверхности образуется смесь устойчивых и неустойчивых нитридов или смесь устойчивых нитридов с твердым раствором азота в металле. При последующем вакуумном отжиге азот из неустойчивых нитридов или твердых растворов связывается в устойчивые или удаляется в

;газовую фазу. При этом получается cWeub твердых нитридных и мягких металлических фаз. При повторном азотировании на поверхности вновь образуется смесь нитридных фаз или нитридов и твердых растворога азота в металле, а устойчивые нитриды образуются на еще большем расстоянии от поверхности, в результате получают изделия с высокой Фбёрдостыо на поверхности, высокой прочностью в цен-тре и относительно высокой общей пластичностью.

При многократном повторении циклов азотирование - вакуумный отжиг азотирование можно добиться такого положения, когда в поверхностных Ълоях весь легирующий элемент, способный к образованию стойких нитридов, будет связан в нитрид, а в центре образца останется свободная от нитрида зона. Для этого время кажЙ 51 Ь азЬтйрова шй следует сократить с тем, чтобыв процессе азотирования азот не достигал контрольной части образца.

Увеличение количества, циклов присводит к увеличению различия твердости на поверхности и в центре образца, НО с ййй1 3ёМенно увеличивается стоимость обработки. Оптимальным явля«тся использование двух-, трех- или четырех циклов.

Пример 1. Изделия из сплава tlb 50% - Ti 30% - W 20% с твердостью по всему сечению Н75/33 500 в виде Неперетачиваемых пластин для обработки металлов резанием нагревают в азоте при давлении 1 атм со скоростью 1000 град/ч до 1000°С, выдерживаю т при этой температуре 5 ч:, Ъ}Шаждают до комнатной температуры со скоростью 5000 град/ч, откачивают из рабочего пространства азот до остаточного давления 5-10 мм рт.ст., нагревают изделия со скоростью 1000 град/ч до 1500°С, выдерживают при этой температуре , со; скоростью 5000 град/.ч до комнатной температуры, рабочее пространство заполняют азотом до давления 1 атм, нагревают изделия со скоростью 1000 град/ч до 1300 С, выдерживают при этой температуре 2ч, охлаждают изделие со скоростью 500 град/ч до комнатной температуры .

После такой обработки твердость образцов на поверхности составляет Нудао 1500, а на глубине 100 мкм от

поверхности Hv5|3o 550.

Пример 2. Изделия из сплава Mb 50% - Ti 30% - Mo 20% с твердостью по всему сечению Hvf/зо в виде непёрётачиваемых пластин для обработки Металлов резанием Нагреваю в азотё при давлении 1 атм. со скЪростЫо 1000 град/ч до 1700с, вьЩержйвайт при этой температуре 5 ч,Ьх31а.жда:ют со скоростью 5000 град/ч докомнатной температуры, откачивают из рабочего пространства азот до остаточного давления 5-10 мм рт,ст., нагревают изделие со скоростью 100 град/ч до 1500с, выдерживают при этой температуре 2 ч, охлаждают со скоростью 5 500 град/ч до комнатной температуры, рабочее пространство заполняют азотом до давления 1 атм, нагревают изделие со скоростью 100 град/ч до , выдерживают при этой температуре 2 ч, охлаждают изделие со скоростью 500 град/ч до комнатной температуры.

После такой обработки твердость образцов на поверхности составляла 5 НУ5/эо 1400, а на глубине 100 мкм от поверхности 500.

Пример 3. Изделия из сплава Nb 50% - Ti 30% - Mo 20% с твердостью по всему сечению Vg,,,Q- 450 в виде

Q неперетачиваемых пластин дляобработки сплавов резанием нагревают в азоте при давлении 1 атм со скоростью 1000 град/ч до 1700с, выдержива)т при этой температуре 1 ч, охлаждают со скоростью 500 град/ч до комнатной

температуры, откачивают из рабочего пространства азот до остаточного давления 5«10 мм рт.ст., нагревают изделие со скоростью 1000 град/ч до 1500с, выдерживают при этой температуре 1ч, охла кдают со скоростью 5000 град/ч до комнатной температуры, рабочее пространство заполняют азотом до давления 1 атм,нагревают изделие со скоростью 1000 град/ч до

5 , вьадерживают при этой температуре 1 ч, охлаждают изделие со скоростью 5000 град/ч до комнатной температуры, откачивают из рабочего пространства азот до остаточного

п давления рт.ст., нагревают изделие со скоростью 1000 град/ч до 1500 с, вьщерживают при этой температуре 1 ч, охлаждают со скоростью 500 град/ч до комнатной температуры,, рабочее пространство заполняют азотом до давления 1 атм, нагревают изделие со скоростью 1000 град/ч до , выдерживают при этой температуре 1 ч, охлаждают со скоростью 5000 град/ч до комнатной температуры.

0 Посл такой обработки твердость образцов на поверхности составляла Hv5/3o 1500, на глубине 100 мкм от поверхности Hv5/5c 480.

Способ можно также использовать при газовой азотировании изделий из сплавов других тугоплавких металлов. Использование предлагаемого способа дает возможность повысить работоспособность изделий из тугоплавких металлов и их износостойкость ипозволит использовать их взамен традициой{шх режущих инструментов из дорогостоящих и дефицитных твер$ дых сплавов.

Формула изобретения

1. Способ азотирования изделий из сплавов туггоплавких металлов, включающий нагрев в азоте и отжиг в вакууме, отличающийся тем, что, с целью повышения поверхностной твердости, после отжига изделие дополнительно азотируют при 800-1500®С.

2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что цикл азотированиеотжиг в вакууме - азотирование повторяют 3-4 раза.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Кипарисов С.С. и др. Азотирование тугоплавких металлов, М., 1972.

2.Титан и его сплавы. Сборник. М., 1960, вып. 3, с. 172.