Способ газообразного азотирования изделий из титана и его сплавов

/14 ая обра- фМетал УДАРСТВЕННЬ 9 КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени московский автомобильно-дорожный институт, 2. ВульФ Б. К. Термическ ботка титановых сплавов. М.ив лургия", 1969, с. 298-319.(54) (57) СПОСОБ ГАЗООБРАЗНОГО АЗОТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА.И ЕГО СПЛАВОВ, включающий радиационный нагревв потоке очищенного азота до 8001000 С и изотермическую вйдержку споследующим охлаждением в этой жедреде до 17-25 еС, о т л и.ч, а ющ и й с я тем, что, с цельЮ повышения пластичности и ударной вязкости,аэотирование.осуществляют многократно, при этом выдержку на первом этапе проводят в течение 5-9 ч, а наПри изотермической выдержке в течение 1-5 ч твердость поверхностныхслоев быстро восстанавливается, новвиду небольшой выдержки заметногоохрупчивания сплавов еще не происхо(дитПредлагаемый способ осуществляют.на чистом титане ВТ 1-0 и на с-титановых сплавах АТЗ и АТ 6. Аэотирование разрывных образцов и образцовдля испытаний на удар проводят вазоте при 1000 С, когда проявляетсянаибольшая хрупкость образцов, Продолжительность азотирования составляет 10 ч; при этом на поверхностиобразцов образуется азотированныйслой толщиной 150-200 мкм с микротвердостью 980-1120 кг/мм . На прак 2тике азотирование выае 1000 С неведут, так как. изделия настолько сильно охрупчиваются, что все пластические характеристики и ударная вязкость при комнатной температуре падают до нуля. Ниже 800 С аэотирование тоже не ведут, так как диссоциация азота практически не проходит.Продолжительность насыщения назначается, исходя иэ требуемой толщины итвердости азотированного слоя, что,в свою очередь, определяется условиями работы изделия. Обычно продолжительность азотирования составляетне более 25-30 ч, причем ее можносократить путем повышения температуры азотирования, но при этом происходит заметное охрупчивание титанаи его сплавов,Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к процессам азотирования титана и его сплавов, и может найти применение в машиностроительной и химической прощаален ности для изделиЯ, работающих на износ.Известен способ азотирования титана и его сплавов в среде чистого азота или аммиака при высоких тем О пературах 13Недостатком этого способа является образование азотированного слоя с повьааенной хрупкостью, что приводит к трещинообразованию, шелушению 15 и выкрашиванию его. Кроме того, при азотировании в аммиаке сплавы насыщаются еще и водородом, что приводит к развитию нежелательной водородной хрупкости в титане и его сплавах. 0Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ азотирования титановых сплавов в среде азота, включающий радиационный нагрев в потоке очищенного азота до 800-1000 С, изотермическую выдержку в течение не более 25-30 ч. При этом пи выдержке в течение 10 ч и 1000 С на образцах ВТ 1-0 и охлаждении. в печи . в среде азота до 17-25 С на титановых сплавах АТЗ и АТ 6 образуется азотированный слой толщиной 150-200 мкм с микротвердостью НОО = 11201100 980 кг/мм 22.Недостатком известного способа является сильное охрупчивание сплавов, причем,.чем выше температура азотировання, тем хрупкость будет большечто резко снижает надежность и долговечность иэделий, 40Цель изобретения - повышение пластичности и ударной вязкости.Указанная цель достигается тем, что азотирование при 800-1000 С проводят многократно (в два этапа), при 45 этом выдержку на первом этапе проводят в течение 5-9 ч, а на втором этапе - в течение 1-5 ч.Предлагаемый способ осуществляется следующим, образом. 50Образцы (изделия) помещают в печь установки для аэотиронания. Нагрев до температуры азотирования (800- 1000 С) ведут в среде азота, очищенного от кислорода и влаги. По достижении температуры 800-10000 С дают выдержку в течение 5-10 ч до образования азотированного слоя с твердостью не менее 900 кг/мм , Затем2. образцы охлаждают вместе с печью в потоке азота до комнатной темпера туры (17-25 С), После этого проводят дополнительный нагрев н печи до 800- 1000 С, выдерживают иэделия н тече- . ние 1-5 час и охлаждают н печи н среде азота цо 17-25 С. 65 Давать выдержку больше 5 ч не рекомендуется, так как при этом сплавбудет опять заметно охрупчиваться иэ-эа перенасыщения поверхностного слоя азотом, Выдержка менее 1 ч тоже не рекомендуется, так как поверхностная твердость будет заметно ниже требуемой величины (900 кг/см 2) вследствие недостаточного насыщения слоя азотом.После первой стадии аэотирования образцы охлаждаются вместе с печью в потоке азота до комнатной температуры, а затем вновь нагреваются в печи до температуры азотирования 800-1000 С. В результате происходит как бы отжиг образцов, приводящий к перераспределению азота. При этом азот диффундирует из слоя в сердцевину образцов, обеспечивая более прочное сцепление азотированного слоя с сердцевиной, уменьшается перенасыщенность поверхностных слоев азотом, резко снижается концентрация внутренних напряжений в слое. Все это принодит к тому, что в титане и его сплавах резко возрастают пластические свойства н ударная вязкость, а поверхностная твердость при этом снижается.1006540 Режим азотирования Пластические свойства ТРОС Время,Относи- Ударная тельное вязкость, сужение, кг м Сплав Способ Твердость Относислоя, тельное кг/мм удлинение, % Известный ВТ 1-0 2,0 1,8 2,0 1120 0,5 1100 2,0 0,4 АТЗ 980 АТб 4,8 2,1 2,5 1060 Предла- ВТ 1-0гаемый1090 1120 1000 9+1 1050 АТЗ 16,3 5,36 8,3 1080 6,0 14,2 4,25 1100 11, 3 13,2 6,1 АТб 15,1 17.,0 8,9 960 13,4 14,95 7,75 Составитель Л. Бурлинова Редактор Н. Егорова Техред Ж.Кастелевич Корректор Е. РошкоЗаказ 2057/44 Тираж 954 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент"; г. Ужгород, ул. Проектная, 4В П р и м е р. Проводят азотирова- ; ние всех титановых образцов при 1000 С в потоке очищенного азота в два этапа с выдержкой на каждом этапе 9+1, 7+3, 5+5 ч, при этом общая продолжительность процесса насы 1000 10 1000 10 1000 10 1000 9+1 1000 7+3 1000 5+5 1000 7+3 1000 .5+5 1000 9+1 1000 7+3.1000 5+5 Из приведенных испытаний видно, что азотирование иэделий иэ титана и его сплавов по известному способу приводит к резкому охрупчиванию образцов, при этом пластические свойства (относительное удлинение и сужение) и ударная вязкость при комнатной температуре понижаются в 10- 50 раэ. Азотирование же титана и его сплавов по предлагаемому способу аэотирования в два этапа, по сравщения азотом всегда составляет 10 ч.Результаты испытаний ка растяжение,удар и измерения поверхностной микротвердости азотированного слоя натвердомере ПМТпод нагрузкой 50 гсведены в. таблицу. 18 с 2, 22 гО . бю 8 23,6 28,1 9,6 21,9 25,3 8,44 41 121 20 ФНению с известным, способствует по. вьаоению относительного удлинения .и сужения в 7-15 раз и ударной вязкости в 2-13 раз .без снижения прочностных свойств и поверхностной твердости, а следовательно, и износостой-.45 кости. Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить температуруазотирования, сократив тем саьнм длительность процесса насыщения, безохрупчивания сплавов,