Способ обработки стальных изделий

ОПИСАНИЕИЗО 6 РЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(111676641 Союз Советских Соцналнстнческнх Республик(45) Дата опубликования описания 30.07.7(72) Авторы изобретения С. А. Довнар и С. А, Кадников зико-технический институт АН Белорусской С71) Заявитель РАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(5 Изобретение относится к области машиностроения, в частности для нанесения керамических покрытий, и может быть использовано при изготовлении изделий из сталей и сплавов различного состава, работающих в контакте с агрессивными средами, например металлических литейных форм (кокилей).Я настоящее время наиболее перспективным и развитым методом нанесения покрытий, в том числе керамических, является плазменное напыление, получившее распространение в самых различных отраслях техники.Недостатками плазменно-напыленных покрытий являются низкие прочность сцепления с основой, адгезионная прочность и термостойкость покрытия, что связано с различными коэффициентами температурного расширения покрытия и основы. Кроме того, обладая значительной пористостью, плазменно-напыленные покрытия не защищают поверхность от окисления, что приводит к ускоренному разрушению (отслаиванию) покрытия.Известен также способ нанесения покрытий на металлические изделия путем нанесения подслоя, а затем поверхностного слоя из окиси алюминия с последующим нагревом в окислительной атмосфере. Однако при таком способе в процессе окислительного нагрева в подслое образуются окисные соединения, которые на черных оплавах отличаются невысокой прочностью и низкой плотностью и поэтому не могут существенным образом повысить адгезионную прочность керамического покрытия и защитить основной металл от газовой коррозии.Цель изобретения - увеличение адгезионной прочности и термостойкости покрытия, а также стойкости изделий в окислительных средах,Достигается это тем, что на металлическую поверхность изделия наносят газотермическим напылением керамическое покрытие, а затем подвергают ее азотированию любым из известных способов до образования нитридной прослойки.Поскольку керамическое покрытие пористое, то оно не только не препятствует диффузии атомов азота к поверхности защищаемого металла, а наоборот, как показывают лабораторные исследования, за счет усиления адсорбционных и абсорбционных процессов ускоряет насыщение поверхности азотом, на которой образуются нитриды входящих в состав металла элементов (железа, хрома, вольфрама, титана, алюминия и др,), Поскольку нитриды имеют плот676641 Составитель Л. Вурлинова Техред А. Камышникова Корректор В, Петрова Редактор А. Соловьева Заказ 1776/3 Изд. М 461 Тирагк 1139 Подписное 11 ПО ;Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Я(.35, Раушская наб., д. 4/5Тнпогра 11.я, Гп. Сапунова,3ность меньшую, чем металлы (плотность окислов 3 - 5 г/см, а плотность стали 7,8 г/см), то при своем образовании они заполняют микропоры керамического покрытия, увеличивая тем самым сцепляемость по типу механического зацепления, Одновременно повышается термостойкость покрытия, поскольку образовавшиеся нитриды играют роль прослойки с коэффициентом термического расширения, близким к керамике ыа основе окислов. Нитридная прослойка обеспечивает также коррозионную стойкость защищаемого металла.П р и м ер. Поверхность изделия, например стальной литейный кокиль, очищают металлическим песком до образования матовой поверхности. Затем газотермическим напылением наносят окись алюминия фракции 50 - 70 мкм по принятым режимам: расход плазмообразующего газа (аргон + + водород) 1,7 м/ч, подача порошка - 10 г/мин, расход транспортирующего газа (аргон) 0,16 мз/ч, дистанция напыления 100 мм, мощность на горелке 20 кВт. После напыления слоя толщиной порядка 0,5 - 1,5 мм изделие помещают в среду с активным азотом, например в реторту шахтной печи, в которую подают газообразный аммиак. Азотирование осуществляют в две стадии: 1 стадию проводят при 540 С, степень диссоциации аммиака 30%, расход 5 - 6 л/мин, выдержка 8 ч, 2 стадию - при 560 С, степень диссоциации аммиака 30 "/,. После выдержки и медленного охлаждения (с печью) до комнатной температуры получают готовое изделие с защитным покрытием, состоящим из слоя окиси алюминия и нитридного подслоя, механически и химически связанного с металлом основы и слоем окиси алюминия, Прочность защитного покрытия без азоти ров ания 80 - 90 кг/сма, с азотированием 130 - 150 кг/см 2.П р и м е р 2, На внутреннюю рабочую часть стального литого тигля плазменным напылением наносят керамический материал из смеси окиси алюминия и карбида бора толщиной пленки 0,5 - 0,7 мм (режимы напыления по примеру 1). Затем ведут процесс азотирования по режиму, при кото 5 ром на стальной поверхности образуетсяв-фаза. Стойкость тигля с такой обработкой увеличивается с 35 - 40 до 70 - 80 дней эксплуатации.П р и м е р 3, Наносят покрытие из окиси 10 циркония (режимы по примеру 1) на литейный стержень из стали 45, образующий полость в отливке Граната спортивная, Покрытие из окиси циркония (или окиси алюминия) работает без отслаивания в те чение 6 смен работы, а с последующим азотированием - 15 смен работы.Испытания на термостойкость проводятпутем термоциклирования на воздухе при 20 - 600 С. Без азотирования покрытие от слаивается после 30 циклов, с азотированием - после 70 циклов. Увеличение коррозионной стойкости стали в алюминиевых расплавах проверено экспериментально.Образцы с покрытием из окиси алюминия, 25 а также с дополнительным азотированиеми обработкой известной по технологии, погружают в расплав алюминия при 720 С.Разрушение с первым покрытием наступает через 30 ч, аналогичное разрушение вторых 30 через 80 ч, разрушение третьих через 30 ч.Таким образом, термостойкость изделийповышается в 2 - 2,5 раза, а их коррозионная стойкость в агрессивных средах в 2,5 раза.35Формула изобретенияСпособ обработки стальных изделий,включающий предварительное газотермическое напыление керамических материалов, 40 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения их адгезионной прочности и термостойкости и повышения стойкости изделий в агрессивных средах, изделия после напыления подвергают азотированию до образо вания нитридной прослойки.