Способ химико-термической обработки стальных изделий Советский патент 1982 года по МПК C23C9/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химике-термической обработке стали, в частности для получения защитных диффузионных титановых, никелевых, вольфрамовых, молибденовых и т.п. покрытий на углеродистых и нержавенлцих сталях и может найти широкое применение в прибороарматуростроении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому полозкительному эффекту к предлагаемому является способ химико-термической об работки, сущность которого заключается в том, что на сталь 1Х18Н9Т наносят покрытие на основе циркония из расплава эвтектики свинец - висмут (Pb-Bi) с добавкой в нее 3% смеси порошков циркония и титана при соотношении 3:1 l .

Процесс осаждения покрытия ведут при 80 -900С, которая является нецелесообразной из-за получения покрытий малой толщины. Кроме.того, недостатком этого способа является неравномерность по толщине получаемых покрытий из-за неравномерного растворения по объему транспортирующей среды осаждаемых добавок (например, циркония, титана и т.п.) ,

как для растворения осаикдаемых добавок в этих средах требуется какоето время. Неравномерность по толщис не покрытий отрицательно сказывается на коррозионно-механических свойствах сталей, а также усложняет про,цесс сборки деталей в узлы.

Цель изобретения - повышение рав10номерности диффузионныхпокрытий.

Для достижения поставленной цели в способе, включающем обработку в жидкометаллическом расплаве с добавлением насыщающего металлического

15 порошка, сначала добавляют насыщающий металлический порошок в количестве 1,5-2,0 вес.% вжидкометаллический расплав и производят его выдержку при 900-1000с в течение 2-4 ч, за20тем, помещают изделия в расплеш и осуществляют обработку при 10001200 С в течение 3-20 ч. В результатте предварительной подготовки расплава происходит растворение осаждае 5 мого металла (покрытия) и его равномерное (по концентрации) распределение по объему ванны. Е качестве жидкометаллического расплава используют расплав эвтектики свинец-висмут

30 или свинец. В результате получается диффуэионное покрытие с высокой равномерностью по толщине диффузионного сло неравномерность покрытий на длине измерения 50 мм составляет 10-12 мк в то время как неравномерность по толщине диффузионного слоя у покрытий, полученных известными способами, на такой же базе измерения (50 составляет 30 мкм и более. За счет высокой равномерности по толщине диффузионного слоя получаемых покрытий увеличилась в среднем в 2 раза коррозионная стойкость деталей в растворах.кислот и щелочей, а также улучшились показатели сопряжения детсшей с диффузионными покрытиями при их сборке в узлах, в результате чего увеличились в целом качественные показатели работ таких узлов. Пример 1. Получают диффузионное титановое покрытие на образ цах из стали ОХ18Н10Т. Для получения титанового пркрытия берут расплав эвтектики свинецвисмут (Pb-Bi), добавляют в него ме таллический порошок титана в количестве 1,47%, далее ванну разогревают до и выдерживают в течение 3 ч. В результате получают ра бочий расплав Pb-Bi-Ti (1,47% Ti, 42,86% Pb, 56,67% Bi) с равномерным по концентрации распределением тита на по объему ванны.. После получения рабочего расплав Pb-Bi-Ti в ванну помещают покрываемые детали и при 1100°С в течение 10 ч ведут диффузионное насыщение. В результате получают титановое покрытие толщиной 220 мкм. Неравномерность по толщине диффузионного слоя на базе измерения 50мм - 10 мк Пример 2. Получают многокомпонентное диффузионное никель-ти тановое покрытие на образцах из железа Э10Ш. Для получения никель-титанового покрытия берут расплав эвтектики свинец-висмут (Pb-Bi), добавляют в него порошки металлического никеля и титана в количестве 1,92% и 1,45% соответственно. Далее ванну разогре вают до 1000 С и выдерживают в тече ние 3 ч. В результате получают рабо чий расплав Pb-Bi-Ti-Ni (1,92% Ni, 1,45% Ti, 42,03% Pb, 54,6% Bi) с ра номерным по концентрации распределе нием никеля и титана по объему ванны.. пбсле получения рабочего расплав Pb-Bi-Ti-Ni в ванну помещают покрыв емые детали и при в течение 10 ч ведут диффузионное насыщение. В результате получают никель-тит новое покрытие толщиной 350 мкм.. Не равномерность по толщине диффузион;ного слоя на базе измерения 50 мм 10-12мкм. Пример 3. Получают диффузионное никелевое (Ni) покрытие на деталях из стали 45. Для получения никелевого покрытия берут расплав свинца (Pb), добавляют в него порошок металлического никеля (Ni) в количестве 2%, далее ванну разогревают до и выдерживают в течение 3 ч. В результате получают рабочий расплав Pb-Ni (2°6Ni, 98о Pb) с равномерным по концентрации распределением никеля по объему ванны. После получения рабочего расплава Pb-Ni в ванну помещают покрываемые детали и при в течение 10 ч ведут диффузионное насыщение. В результате получают никелевое покрытие толщиной 120 мкм. Неравномерность по толщине диффузионного слоя на базе измерения .50 мм J12 мкм. Пример 4. Получают диффузионное молибденовое покрытие на образцах из стали 20. . Для получения молибденового покрытия берут расплав свинца (Pb), добавляют в него металлический порошок молибдена в количестве 2%, далее ванну разогревают до 1000 С и выдерживают в течение 3 ч для растворения порошка молибдена в расплаве свинца. В результате получают рабочий расплав РЬ-Мо с равномерным по концентрации распределением молибдена по объему ванны. После получения рабочего расплава РЬ-Мо в ванну помещают покрываемые детали и при в течение 10 ч ведут диффузионное насыщение. В результате получгиот диффузионное молибденовое покрытие толщиной 180 мкм. Неравномерность по толщине диффузионного слоя на базе измерения 50 мм составила 12 мкм. Пример 5. Получают диффузионное вольфрамовое покрытие на образцах из стали 20. Для получения вольфрамового покрытия берут расплав свинца, добавляли в него металлический порошок вольфрама в количестве 2%, далее ванну разогревают до и овыдерживают в течение 3 ч для растворения порошка вольфрама в расцлаве свинца. В результате получают рабочий расплав Pb-W с равномерным по концентрации распределением вольфрама по объему ванны. После получения рабочего расплава. Pb-W в ванну помещают покрыва.екаледетали и при в течение 10 ч ведут диффузионное насыщение. В результате получают диффузионное вольфрамовое покрытие толщиной мкм. Неравномерность по толщийе

диффузионного слоя на базе измерения 50 мм составила 10 мкм.

Уменьшение количества порошка-диффузанта меньше 1,5 вес.% приводит к уменьшению толщины покрытия (при всех прочих равных условиях: температура, время ), а увеличение порошкадиффузанта свьвие 1,5 вес.% не приводит к увеличению толщины покрытия. Поэтому оптимальное количество порсяика-диффузанта должно соответствовать 1,5-2 вес.%.

При приготовлении расплава для диффузионного насыщения наиболее оптимальный режим, при котором происходит равномерное растворение по объему ванны порошка-диффузанта 900ЮООС, время 2-4 ч.

Снижение температуры обработки ниже приводит к уменьшению толщины покрытия при постоянном времени насыщения. Увеличение температуры свыше 1200с нецелесообразно изза усложнения технологического оборудования, увеличения энергозатрат, а также из-за возможного коробления изделий.

Сравнительные измерения показгши, что в предлагаемом способе разброс по толщине покрытий на длине 50 мм не превышал 10-12 мкм, а в известном

способе разброс по толщине покрытий J составлял 20-30 мкм.i

Формула изобретения

1.Способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий обработку в жидкомёталлическом расплаве с добавлением насыщающего металлического порсядка, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения равномерности диффузионных покрытий, сначала добавляют насыщающий металлический порошок 1,52,0 вес.% в жидкометаллический расплав и производят его выдержку при ЭОО-ЮОО С 2-4 ч, затем помещают изделия в расплав и осуществляют обработку при 1000-1200°С 3-20 ч.

2.Способ по ft.1, о тли ч а-, ю щ и и с я тем, что в качестве , жидкометаллического расплава используют расплав эвтектики свинец-аисмут.

3.Способ ПОП.1, отличаю5 щ и и с я тем, что в качестве жидкометаллического расплава используют расплав свинца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 280158, кл. С 23 С 9/00, 1970.