Способ легирования изделий из сплавов на железной основе Советский патент 1982 года по МПК C23C11/14 

(5) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ НА ЖЕЛЕЗНОЙ ОСНОВЕ

I

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться при химико-термической обработке для получения деталей из сплавов на железной основе, содержащих вес.%: марга- 5 нец и хром 10-30, с повышенными физико-механическими характеристиками за счет нужного распределения азота по всему телу слитка.

Известен способ азотированияю

стальных изделий, который заключается в нагреве до температуры обработки (500-600°С) и выдержке при этой температуре в азотсодержащей атмосфере СП,J5

Однако известный способ обработки позволяет изменить структуру лишь поверхностного слоя изделий, при этом их сердцевина остается без изменения.

Цель изобретения - осуществление 20 объемного легирования изделий азотом.

Азот проникает внутрь слитка и образует аустенитную структуру, растворяясь внутри твердого слитка в количестве, превышающем 0,85 вес., 25

но менее 3 вес..предпочтительно в пределах от 1,05 до 1,5 вес,%.

Указанная цель достигается тем, что нагрев и выдержку проводят при 980-1149 C до достижения содержания а.зота на поверхности o6pa6aTHBaehbix изделий 0,85-3,0 вес.%.

Причем в качестве насыщающей атмосферы используют азот в элементарной форме.

Чтобы избежать образования сигмаструктуры, которая ухудшает механические свойства, изделия не должны находиться долгое время при 538-87lc.

Детали, обрабатываемое предлагаемым способом, должны быть на железной основе и содержать от 10 до 30% хрома. Присутствие хрома оказывает влияние на антикоррозионные и прочностные свойства стали, а также хром является основным элементом для увеличения степени растворимости в стали. Содержание хрома в стали более 30 нежелательно, так как это приводит к образованию нежелательной сигма-структуры и создает трудности при горячей обработке стали. Предпочтительно, чтобы содержание хрома было весД. Содержание марганца в деталях, обрабатываемых предлагаемым способом, должно быть в пределах 21iS вес Д. Так как марганец увеличивает растворимость азота в стали и используется для аустенизаций. Введение его в сплав в количестве, превышающем kS%, приводит к разъеданию футеровки печи.

Насыщение стали азбтом необходимо проводить до его содержания по крайней мере 0,85 вес.%. Однако при наличии в сплаве азота выше 3 вес.%

образуется тенде|1ция к выделению нитридов, что приводит к уменьшению прочности и коррозионной стойкости стали. Предпочтительно содержание

азота на поверхности детали от 1,05 до 1,5 вес..

В сплаве может также содержаться, %: молибден 1,0 - 5,0; медь 1,03,0; никель от 1,0 до ,0. В общем

количестве эти элементы могут присутствовать до 5. Углерод может входить в количестве 1,0%, кремний менее 1,0%.

Пример . Проводят обработку

деталей из четырех сплавов, составы которых представлены в табл.1.

Таблица 1

21,08

26,26

0,09

0,01

0,23

0,85

0,11 0,35

Содержания азота после горячей прокатки.

Все указанные в табл.1 сплавы приготавливают одним и тем же способом. Все сплавы ра9плавляют в печи с принудительной тягой, причем состав включает обычные сорта сплавов на железной основе й частые элементы. Расплавленные сплавы при температуре примерно 1450°С разливают в 35 изложниц. После затвердевания металла слитки проверяют на пористость, которая не была обнаружена ни в одном сплаве из-за низкого содержания азо30,50

30,20

20,15

20,03

1,02

0,21

0,030

2,07

0,22

0,23

0,65

0,65 (0,67) (0,7)

О,lot

0,106 0,56

0,50

та. Горячая обработка состоит в прокатке слитков по истечении соответствующей продолжительности выдержки

при 1232°С,. Затем слитки подвергают отжигу из расчета 120 мин на каждый дюйм толщины при и очищают. Прежде чем подвергать слитки отжигу в азотной среде, их подвергают обжатию в холодном состоянии на 501.

Насыщение проводят в азотной атмосфере при температуре и в течение промежутка времени, которые указаны

58971

в таблице 2. Во всех случаях используют- температуру выше 982°Сс тем, чтобы избежать образования сигмаструктуры, которая оказывает вредное влияние на сплавы. Отжиг в азотной j атмосфере проводят с использованием для этой цели чистого азота.

После отжига в азотной атмосфере на поверхности слитков обнаруживают оксидные пленки.10

В табл.2 показано содержание азота в сплавах по истечении.периодов обработки при различных температурах, также дается общее содержание азота.

Изданных табл.2 видно, что содержание азота во всех четырех сплавах повышается при относительно коротких периодах обработки в пределах температур 982 - 1149°С. Особый интерес представляет сплав А. Высокое содер56

Концентрация азота в сплавах, обработанных как это указано выше, изменяется постепенно от поверхности слитка в направлении его середины. Так, содержание азота на поверхности слитка будет выше, чем в глубинных слоях слитка. Так как азот диффундирует внутрь слитка, то его содержание во внутренних слоях каждого слитка будет повышаться по мере увеличения времени отжига.

При выдержке 11 ч получают детали со структурой, близкой к однородной.

Таблица- 2

жание в сплаве Ц молибдена, очевидно, повышает способность сплава к отбору азота из атмосферы и, кроме того, умеряет поглощение азота, в результате чего не происходит чрезмерного растворения азота в сплаве. Поэтому

78

для сплавов, подлежащих аустенизации за счет отжига в присутствии азота, желательно наличие молибдена в количестве более 1.

Предлагаемый способ, можно использовать для очень локального азотирования путем обработки поверхности, например, очень крупной отливки, которая не помещается в обычною отжиговую печь, т.е. нагревом поверхности отливки до температуры свыше 1700р () с помощью пламени, содержащего азот. Такое пламя создается с использованием для этой цели воздуха, поддерживающего горение, подача которого регулируется в отношении топливовоздушной смеси таким образом, что образующийся газообразный продукт сгорания представляет собою восстановительный газ с высокой концентрацией азота.

Азот, используемый в предлагаемом способе, может быть элементарным азотом,, или соответствующим азотистым соединение :. Обработка, которая выполняется .отжигом сплавов с использованием для этой цели аммиака, аминов или иных источников азота, также дает положительные результаты. Различные азотистые соединения не обязаталь но должны быть эквивалентны между собою, но общим для всех них является поддержание атмосферы, обеспечивающей нужное высокое парциальное давление азота.

Таким образом, предлагаемый способ предусматривает получение сплавов с высоким содержанием азота и исключает обычные в таких случаях проблемы, такие как пористость слитков, которая образуется в результате испарения азота из расплава, когда последний, имея высокое содержание азота, затвердевает. Предлагаемый способ, кро15 . 8 ме того, обеспечивает возможность регулировать содер)ание азота в сплаве, если анализ литья покажет, что содержание азота в нем меньше заданного, а также позволяет производство изделий с градиентом концентрации азота по всей площади поперечного сечения, что обеспечивает получение изделий из сплава с высоким сопротивлением к коррозии поверхностного слоя изделия без нарушения механических свойств по всей площади поперечного сечения изделия.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М. Машиностроение. 19б5, с. 113-122.