Способ химико-термической обработки

534 А ОЮЭ СОВЕТСНИОЦИАЛИСТИЧЕСНСПУБЛИН 10 С 2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОБРЕТЕНИЯУ СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОР(54) (57) 1.СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОИОБРАБОТКИ, включающий диффузионноеборирование, о т л и ч а ю щ и йо-тери спла 965,рноватистокисл трий ОПИСАНИ с я тем, что, с целью повьзнения износостойкости и противозадирнцх свойств, после борирования проиэводят сульфидирование в:расплаве.2. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я . тем, чтосульфидирование проводят в расплаве, содержащем хлористый натрий, едкое кали и серноватистокислый натрий при следующем соотношении компонентов, масЛ:Хлористый натрий 30-50 Едкое кали 3050Изобретение относится к диффузионному насыщению металлон и сплавов и может быть использовано для повышения надежности и долговечности деталей машин, например поршней гидравлических машин, коленчатых валов 5 компрессоров, поршневых пальцеви т,.д.Известны процессы диффузионного насыщения стали и чугуна бором (бо" рирование), рекомендуемые для повы- О шения абразивной износостойкости деталей машин Г 1.Однако боридный слой обладает повышенной хрупкостью и может скалываться (растрескиваться). Кроме 15 того, борированная сталь не обладает антифрикционными и противозадирными свойствами, вследствие чего не применяется для упрочнения деталей пар трения, работающих в минеральных маслах без абразива.Известны также процессы диффузионного насыщения стали и чугуна серой (сульфидирование), значительно повышающие антифрикционные и противоэадирные свойства. Сульфидиронание проводят в расплавах солей, в газообразных смесях, Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому.результату является сульфидированче в расплаве солей, З 0 При этом этот процесс проходит значительно быстрее и при более низких температурах, что особенно важно для нежестких деталей Г 2 .Однако получаемый сульфидный слой 35 весьма тонок (5-10 мкм) и, обладая невысокой твердостью, быстро истирается при абразивном износе. Низкая твердость слоя не позволяет также применять сульфидирование в условиях 40 трения с высокими удельными нагрузками, И, наконец, сам процесс сульфидирования очень вреден, так как нсе ванны содержат цианистые соли.Для сульфидиронания используют 45 различные составы ванн, например, состоящую из роданистых солей калия и аммония (90 КСМ 5 и 10 МН 4 СМ 5) или иэ 3 ч. гипосульфита и 2 ч. КСМ 5 и др. 50Известные составы не обеспечивают стравливание боридного слоя, так как в них отсутствует едкий калий, в результате чего не происходит сульфидиронание боридного слоя. Известные составы ядовиты из-за наличия роданида натрия или калия, образующих высокоядовитые цианистые соли.Целью изобретения является повышение износостойкости и противозадирных свойств.1 60Для достижения поставленной цели при химико-термической обработке, включающей диффузионное борирование и последующее сульфидирование н рас- плане, последнее проводят н расплаве, содержашем хлористый натрий,едкое кали и серноватистокислый нат рий при следующем соотношении компонентов, вес,Ъ 30-50 30-50 Хлористый натрийЕдкое кали Серноватистокислыйнатрий 15-25 40 Хлористый натрийЕдкое кали 40 Серноватистокислыйнатрий В результате борирования, а затем сульфидирования в ванне оптимального состава получают композиционное покрытие, сочетающее корни игл боридон с высокой твердостью и, соответственно - износостойкостъю, и расположенные между ними сульфидированные эоны, обладающие высокими антифрикВ результате борирования получается классическая иглообразная структура покрытия. При последующем сульфидировании происходит стравливание сплошного боридного слоя и проникновение серы между боридными иглами. Величину стравленного слоя можно регулировать временем выдержки в сульфидируюшем расплаве. Разработана сульфидирующая ванна нового состава.Хлористый.натрий является инертной добавкой, служащей для снижения чрезмерной активности остальных компонентов расплава солей. При увеличении содержания натрия хлористого более 50 вес.Ъ становится слишком высокой температура плавления расплава. При содержании натрия хлористогониже 30 вес.% расплав очень стравливает боридное покрытие, происходит выделение паров едкого калия.Едкий калий стравливает боридное покрытие и снижает температуру плав.ления расплава, При содержании его ниже 30 нес.Ъ резко повышается,температура плавления расплава. При унеличении содержания калия едкого более 50 вес.Ъ слишком сильно увеличивается актинность стравливания боридного слоя, кроме того, при рабочей температуре расплава едкий калий начинает парить.Серноватистокислый натрий является поставщиком серы в поверхностный слой насыщаемого металла. При увеличении содержания натрия серноватистокислого более 25 вес.Ъ резко повышается температура плавления расплава, при снижении его содержания ниже 15 вес.Ъ снижается активность насыщения серой.Оптимальным является следующий состав сульфидирующей ванны, нес,В:3 1006534 4 ционными и противозадирными свойствамиП р и м е р. Поршневой палец холодильного компрессора ПГ 7 (материал пальца - сталь 45) помещают в насыщенную борирующую смесь следующего состава, вес.Ъ карбид бора 84, бура 16.Процесс борирования осуществляют в герметичном контейнере (контейнер герметиэируют натрийсиликатным стек лом,при нагреве в печи в режиме 950 С.- 2 ч.После охлаждения контейнера детали извлекают,:кипятят в воде (для удаления налипшей смеси), про сушивают, переносят в расплав следующего состава, вес.Ъ; Хлористый натрийЕдкое кали 40 2 О Серноватистокислыйнатрий 20 и выдерживаютри режиме 700 С 30 мин.В результате часть борированного слоя стравливается и между оставшимися участками боридных игл проходит процесс сульфидирования. Полученное композиционное боросульфиди-. рованное покрытие на стали обладает повышенными характеристиками - изно- состойкостью и противозадиростойкостью, что подтверждается испытаниодерианне компонентов в составе,ВесЪСтруктУра покрытия Выделения ив тигля Полностьв стравливает- Расплав парится боридный слой 20 30 Остаются остатки борид- Расплав не паритных игл на глубину60 мкм 2040 1Ванна при рабочей температуре процессане оасплавиласьОста 3 отся остатки борид- Расплав слегка париткых кгл на глубину35 мкм 20 30 50 25 30 Ванна при рабочей температуре процессане расплавиласьОстаются остатки борид- Расплав не паритных игл на глубину40 мкмСульФидирование наглубину 30 мки 25 40 40 40 45 Расплав слегка парит 15 Ванна при рабочей температуре процесса не расплавилась 15 40 Отработка состава ванны происхо-, дит при рабочей температуре 700 СР и времени выдержки .30 мин. Оптималь ным является состав 2.По указанной технологии обрабатывают ролики для машины трения СМЦ. Кроме того, провопят сравнительные испытания роликов барированных, сульРезультаты испытаний на машинетрения приведены в табл. 2,Состав Хлористнй 1 Едкий 1 серноватистонатрийкалий кислый натрий ями на специальном испытательномстенде.Для металлографических и рентг"ноструктурных исследований подготавливают специальные образцы иэсталей 20,.45, У 8 и чугуна СЧ 21-40,После борирования.получают диффузионный борированный слой, имеющий, например, на стали 45 иглообразный характер; с поверхности иглывысокобористойфазы ГеВ - с микротвердостью Н 5 одо 2000, затем фазыГе 2 В - с микротвердостью Н 50 до 1800.Иглы с поверхности расположенысплошным фронтом, делающим невозможным сульфидирование в известных насыщающих средах (жидких, твердых илигазообразных), На стали 45 получаютборированный слой толщиной 125 мкм.После сульфидирования происходитстравливание борированного слоя, Величину стравливания можно регулировать временем выдержки в сульфидирующей ванне. Наиболее оптимальныйрезультат получают при 30-минутнойвыдержке, а именно получают сульфидированный слой с микротвердостьюН 5 О 450-500 на глубину до 150 мкм.На поверхности остаются остатки боридных игл (фаза Ге 2 В) на глубинудо 60 мкм.На этих же образцах отрабатывается оптимальный состав ванны для сульфидирования, Результаты испытанийприведены в табл. 1,Таблица 1 фидированных, Все ролики испытываются по одноименным колодкам. Испытывают также классическую пару тренияазотированный ролик - бронзовая колодка.Потери веса, мг, в эавмсмиости От нагрева Ролик лрм нагрувке, НПа Колодка лри магруаке, НП и1 а ефе ее б а9 ю 1 10 ф 3 12 е 5 14 е 2 07 Ою 9 1 еО 1 ю 7 Задир уже лри нагруеке б НПа О,008 ВоросулъфмдированиеСулъфндмрование 0,011 0,023 13,2 15,1 17,6 19,0 0,9 1,3 1,8 2,4 Ворирование 6,2 Задир 15,8 Задир Лвотированне Составитель Р. Клыкова Редактор Н, Егорова Техред Ж,Кастелевич Корректор Е. РошкоЗаказ 2057/44 Тираж 954 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Условия испытаний следующие: ско- рость скольжения 2,5 м/с, смазкаюЯ граничная м 3 аслом АС, база испытаний 15,7 х 10 м,После испытаний снимают профилограммы с роликов и колодок на профилографе-профилометре мод. 201. На профилограммах видно, что в процессе трения трущиеся пары выходят на оптимальные для себя классы шероховатости: боросульфидирование - на 0,32-0,16 борирование - на 0,65- 0,32 азотирование по бронзе и сульфидирование - на 8220, т,е. остает-. ся на первоначальном уровне.Результаты исследований и испы- таний доказывают целесообразность ,применения боросульфидирования для повышения надежности и долговечности пар трения.