Способ химико-термической обработки стальных изделий

(56) Авторское свМ 1595938, кл. С втомоби ный Я,Д.Коган, В.Е,Ко в и идетельство ССС 23 С 8/56, 1988,аммиа- оксидии воды компо ие 2-3 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к области металлургии, в частности, к химико-термической обработке в газовых средах и может быть использовано в машиностроении для повышения долговечности деталей машин, работающих в коррозионных средах.Известен способ защиты от коррозии, включающий нитроцементацию при температурах 550-800 С в течение 2-4 ч и последующее оксидирование при температурах 300-600 С в течение 2-3 мин.. Недостатком этого способа является недостаточная коррозионная стойкость обработанных изделий, в частности в растворах хлористых солей, что обусловлено малой адгезией коррозионностойкой оксидной пленки Рез 04 к плотному карбонитридному слою и малой коррозионной стойкостью карбонитридного слоя.Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ антикоррозионного азотирования стальных изделий, включающий(57) Применение; в машиностроении для повышения долговечности деталей машин, работающих в коррозионных средах. Сущность изобретения; стальные изделия подвергают азотированию в аммиаке с азотным потенциалом П = 1,7-2,8 при температуре 550-580 С в течение 2-4 ч, после чего проводят оксидирование в парах воды при той же температуре в течение времени, определяемого из соотношения: ток = К х, ч,г где ток - продолжительность оксидировония, ч; таз - продолжительность азотирования, ч; К = 0,55-0,60. 1 табл. иффузионное насыщение азотом в е при 580-800 С в течение 2-4 ч,и ование при 620-625 С в парах сме этилового спирта при соотношении ентов в смеси 1:1 (по объему) в тече мин. Недостатком этого способа является недостаточнаякоррозионная стойкость обработанных изделий в растворах хлористых солей при длительном периоде эксплуатации, Низкая коррозионная стойкость изделий при длительном периоде эксплуатации объясняется наличием пористой е -фазы, а также неравномерностью толщины у-фазы на поверхности изделий.Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости изделий, в частности в растворах хлористых солей.Указанная цель достигается тем, что в способе химико-термической обработки, включающем стадии азотирования в аммиаке при температуре 440-580 С в течение 2-4 ч и последующее оксидирование, азотирогде гок - продолжительность оксидирования, ч;гдз - продолжительность азотирования, ч;К - коэффициент, учитывающий соотношения продолжительности стадий процессовв, равн ы й К = 0,55-0,60,Предлагаемый способ осуществляетсяследующим образом, детали помещают врабочий контейнер, контейнер герметизируют, продувают аммиаком и помещают впечь, разогретую до температуры 5505800 С, По достижении в контейнере рабочей температуры подают пары воды втечение периода времени ток = К гдз, ч.1 гИзвлекают контейнер из печи, отключают подачу паров и остужают на спокойномвоздухе. После выдержки на первой стадиинасыщения азотом на поверхности изделийформируется диффуз ион н ы й и оверхностный нитридный слой е -фаза, за ней тонкийФслой у-фазы, затем диффузионный подслойа-фаза, Особенности нитридной зоны е-фазы столбчатое строение, поры, микротрещины.Процесс оксидирования в парах водысопровождается деазотированием образцаи уменьшением хрупкости нитридной зоны,одновременно происходит диффузия азотав глубь образца.При оксидировании на поверхности образуется слой оксида Рез 04, под которойформируется плотная и пластинчатая нитридная зона, Толщина оксидной пленки составляет 2-4 мкм, нитридной зоны 10-25мкм.При температуре ниже 550 С и при значении Кс 0,55 слой оксида неравномерный,имеет недостаточную толщину.При температуре выше 580 С наблюдается повышение пористости е-фазы послеазотирования и соответственно, пористости у-фазы после оксидирования, При значениях К0,60 за слоем оксида следуета-фаза значительной толщины, что отрицательно сказывается на коррозионной стойкости, 5При ниже и выше значениях азотногопотенциала Пк = 1,7-2,8 получается неразвитая е-фаза, при оксидировании которого вание ведут с азотным потенциалом Пы ==1,7-2,8, а оксидирование в парах воды притемпературе 550-580 С в течение времени,определяемого из соотношения: увеличивается скорость деазотированиянитридного слоя и приводит к неравномерностям нитридного и оксидногэ слоев.Преимущества предлагаемого способа5 по сравнению со способом-прототипомможно проиллюстрировать на конкретномпримере. Обрабатывались шестерни - гидронасоса из стали 18 ХГТ по известному ипредлагаемому способам.10 По известному способу изделия подвергали азотированию при температуре 580 Св течение 3 ч, а затем оксидировали в парахсмеси воды и этилового спирта при соотношении компонентов смеси 1;1 (по обьему)15 при 620 С, в течение 20 мин.По предлагаемому способу изделияподвергали азотированию при температурах 550-580 С с азотным потенциалом Пи =, =1,7-2,8, продолжительность оксидирова 20 ния в парах воды выбирали из соотношения,определяемого экспериментальным путемТ = К т, ч,После чего провели испытания на коррозионную стойкость по ГОСТ 16962-71.В процессе испытаний детали помещались в камеру с окружающей температурой027-2 С, где в течение 15 мин, через каждые45 мин распылялся 3,300 раствор хлористого3 натрия. Общая продолжительность испытания 240 ч. После испытания качество поверхности оценивалось по внешнему виду.Результаты испытаний и режимы приведены в таблице,Изданных, приведенных в таблице, следует, что коррозионная стойкость деталейпосле обработки оп предлагаемому способуповышается по сравнению с обработкой поизвестному способу, что дает возможностьповысить долговечность изделий в периодэксплуатации.Формула изобретенияСпособ химико-термической обработки, стальных изделий, включающий азотирование в аммиаке при температуре 440-580 С втечение 2-4 ч и последующее оксидирование, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения коррозионной стойкости изделий в растворах хлористых солей, азотирование ведут с азотным потенциалом 1,7-2,8,а оксидирование проводят в парах воды при0550-580 С в течение времени, определяемого из соотношенияГО к К д 3где т 0 К - продолжительность оксидирования, ч;дд - продолжительность азотирования, ч;К = 0,55-0,60.1765251 Технологический режим способа Уи/и Результаты внешних наблюденийкоррозионной стойкости деталей е щ е е е те тщт е режим азотирования режим оксидирова-значение ния К Ф М Ф0,6 Выдерживают испытания,Следы коррозии не обнаружены. и - 1,7-г,8 сок = 580 Сок = 1,6 час 0,9 Не выдерживают испытания.Интенсивные очаги коррозии. г.ок = 620 Сгок= 1 час 0,6 Не выдерживают испытания.Отдельные очаги точечнойкоррозии. 0,25 аз = 580 С с ок = 580 Сок= 0,5 часа Не выдерживают испытанияОтдельные очаги точечнойкоррозии 3 "оз = 4 часа 550 оС1,1 часа550 оС,6 часа О,55 сокиьок Выдерживают испыта ния,Следы коррозии не обнаружены п = 1,7-2,8 09 Не выдерживают испытания,Отдельные очаги точечнойкоррозии Сокскок Не выдерживают испытания,Интенсивные очаги точечнойкоррозии,= 550 Сгсаз = 4 часа 550 оС0,5 часа 0,25 он 1 он 4 Пн = 1,7-2,8 550 С1,2 цаса580 оС1 час 0,6 оникок Выдерживают испытания, Следы коррозии не обнаружены Не выдерживают испытанияИнтенсивные очаги коррозии. 0,6 он = 580 С он = 1 час 0,6 Не выдерживают испытания Интенсивные очаги коррозии, Ие выдерживают испытания.Отдельные очаги точечнойкоррозии т Заказ 3357 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 оз 580 С 5 аз = 3 часаП = 1,3" 1,6о 580 Сиаз = 3 часаин = г,9-3,4 7 По соз = 580 С про 1 о = 3 чдсд тоти- пу Оксидирование в парахсмеси воды и этиловогоспирта при соотношениикомпонентов в смеси 1:1