Способ химико-термической обработки

(19) 01) 1) С 23 С 9/04 С 22 Р 1 1 ТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 462884, кл. С 22 Р 1/02, 1975.2. Патент СССР 9 603352,кл. С 22 Р 1/00, 1978.3. Авторское свидетельство СССРЮ 688534, кл. С 23 С 9/10, 1977.(54)(57) 1 СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ металлов и сплавов,включающий диФФузионное насыщение путем циклического нагрева выше 0,6" температуры плавления и подстуживание с выдержками при этих температурах, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения предела прочности путем внутреннего окисления, подстуживание 1 производят до 0,3-0,4 температуры плавления с выдержками при нагреве и подстуживанни 3-5 мин2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что нагрев осуществляют до 0,65-0,85 температуры плавления.3, Способ по пп, 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что нагрев, выдержку и подстуживание осуществляют в воздушной среде.Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для повышения прочности материалов.Известен способ внутреннего окисления, при котором обрабатываемый металлический сплав покрывается тон ким слоем Другого металла, обладающего большей упругостью диссоциации окисла, чем у металла-основы и нагревается до температуры 0,8-0,9 температуры плавления наружного металла при парциальном давлении кислорода в окружающей среде, меньшим или равном упругссти диссоциации устойчивого окисла наружного металла(1).Недостатками этого способа являются узкая область его применения - только для внутреннего окисления сплавов, легироьаккых элементами с существенно большим сродством к кислороду, чем металл-основа, а также необходимость проведения внутреннего окисления в аргске со строго определенным парциалькым давлением кислорода и выдержкой при этих условиях в течение 2 ч.Известен также способ упрочнения металлического материала, способного подвергаться внутреннему окислению, включающий нагрев до температуры внутреннего окисления и выдержку в течение 30 мик, после которой ма териал подвергают термоциклическойо обработке с нагревом на 50-135 С выше и с охлаждением на 50-135 С ниже температуры фазового превращения, причем одновременно к материалу при кладывают нагрузку, создающую напряжение от 0,1 дс 0,05 предела текучести Г 23Однако реализация данного способа связана с определенными технологи ческими трудностями, кроме того, ок применим только для внутреннего окисления сплавов, легированных элементами с существенно большим сродством к кислороду, чем металл-основа. 45Наиболее близким к предложенному по технической сути и достигаемому результату является способ химико- термической обработки металлов и сплавов, включающий диффузионное насыщение с термоциклированием при нагреве до 0,6-0,7 температуры плавления, выдержки в течение 20-30 мин, последующем охлаждении на 150-200 С и выдержки в течение 15-20 мин с повторением цикла 10-12 раз (3 ). 55Однако указанный режим химико- термической обработки не обеспечивает внутреннего окисления металлов и сплавов при нагреве в окисляющей среде. бОЦелью изобретения является повышение предела прочности металлов и сплавов путем внутреннего окисления,Для достижения поставленной цели согласно способу химико-термической обработки металлови сплавов, включающему диффузионное насыщение путем циклического нагрева выше 0,6 температуры плавления и подструживания с выдержками при этих температурах, подстуживакие производят до 0,3-0,4 температуры плавления с выдержками при нагреве и подстуживании 3-5 мин.При этом нагрев осуществляют до 0,65-0,85 температуры плавления.Нагрев, выдержку и подстуживание осуществляют в воздушной среде.Способ осуществляют следующим образом.Материал нагревают до температуры 0,65-0,85 Т. пл., выдерживают при этой температуре 3-5 мин, охлаждают до температуры 0,3-0,4 Т, пл, и выдерживают при этой температуре 3-5 мин , после чего цикл обработки повторяют снова. Для внутреннего окисления большинства технически чистых металлов и сплавов необходимо провести 5-10 таких циклов термообработки. При меньшем числе циклов содержание окислов в материале настолько мало, что почти не улучшает его механических свойств, а при большем числе размер частиц окислов превышает оптимальный, что приводит к потере металлом пластичности. Выдержка при верхней и нижней температуре необходима для полного протекания . диффузионных процессов.На фиг. 1 изображен характер зависимости времени внутреннего окисления и предела прочности после внутреннего окисления от температуры охлаждения для стали 45, на фиг. 2 характер зависимости предела прочности детали из стали 45 от числа циклов термоциклической обработки и времени иэотермической выдержки,Термоциклирование периодически меняет границы растворимости кислорода в обрабатьваемом металле, Циклический характер изменения температуры приводит к возникновению избыточной концентрации кислорода при охлаждении материала.Изотермический отжиг при Т = 0,3- 0,4 обеспечивает достижение состояния, при котором возникает избыточная концентрация кислорода в металле и образуются мелкодисперсные включения окислов о(.-Ре О,При Т С 0,3 образование сегрегатов и второй фазы в металле протекает крайне медленно (кривая 1) и прирост предела прочности невелик (кривая 2). Увеличение Т ) 0,4 приводит к образованию крупнодисперсных включений окисной фазы, что приводит к снижению предела прочности (кривая 2).Оптимальное число цикЛов термоциклической обработки составляет, например, длястали 45 8-10 циклов и подобрано таким образом, чтобы1046331 Материал Вьщержка, Число Прирост Наличиемян циклев щючиос- и составтя,окислов эо, 1000 рмако-жепле813 К 4 54 аС-Ре О2а -Ре О1оь -Ге О 1360 1540 1600 15 Сталь 45-Ре 507 О(-Фе О 1600 34 Медь МОТ. пл.1356 К 40 19 аО1017 Сцо, Сц О 1153 2 ВО 2 . 5 3 6 0 Латунь Л 59,Т. пл.1173 К СцО, 2 вО СцО, 2 аО СцО, 2 пО 762 10 2 6 10 получить оптимальный размер включений окисла, максимально повышающий, механические свойства материала. При числе циклов обработки меньшем нижнего предела, размер включений меньше оптимального и прирост прочности невелик (Фиг. 2). При числе циклов обработки большем верхнего предела, размер включений больше оптимального и прочность материала понижается (Фиг. 2),Оптимальное время изотермической выдержки при Т = 0,3-0,4 и Т = 0,65- 0,85 составляет 3-5 мин (Фиг, 2). При выдержке менее 3 мин диФФузионные процессы в материале не успевают произойти в полной мере в виду их небольшой скорости, частицы окислов оптимального размера образоваться не успевают и прочность материала возрастает незначительно (фиг, 2). Выдержка более пяти минут приводит к снижению прочности (Фиг. 2), ввиду того, что размер включений превышает оптимальный.П р и м е р. Эксперименты проведе.ны на образцах нэ армако-железа,стали 45, меди МО, латуни Л 59. Обработке подвергались по 5 образцов иэкаждого материала, Они имеют Форму 5 пластины с размерами ЗОхЗОхЗмм. Обработку осуществляют на воздухе, После обработки производят металлограФический и рентгеноструктурный анализ.Результаты испытаний приведены в 1 О таблице.При обработке согласно известномуспособу внутреннего окисления и повышения прочности обработанных матери;алов не обнаружено,15 Таким образом, предложенный способ повнаает прочность металлов и сплавов на 19-22.По сравнению с известными способами внутреннегоокисления предложенный способ сокращает время обра 1 ботки в 7,5-17,5 раза, снижает стоимость электроэнергии и оборудования на 35-40.1046331 Уцсло циклод обраоотли ю ю ю л 1 р ЮоГ ФФИ Составитель Р. КлыковРедактор А. Шандор Техред М,Гергель орректор А Повх П сно ная, 4 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул каэ 7669/26 Тираж 956 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Ж, Раушская наб