Способ оксидирования стальных изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Е ИЗО ВИДЕТЕЛ ОПИСАН АВТОРСКОМ ТЕНИ е пу- .гоей(21) (22) (46) (72) 3567953/22-0228.03.8315 .06 .84. БюпЮ.Б.Пейсахов,ткин, В.Ф.Ии У 22 .А,Ахлюстин, нов и Ю,Н.Тепляа т ции и те а юског кого тем, что о в интервале ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Г.П .Вя роков(56) 1. Гладкова Е.Н. Теоретическиеосновы и технология паротермичеоксидирования. Изд-во Саратовсуниверситета, 1973, с, 22-23.2. Авторское свидетельство СССРУ 659643, кл. С 23 г 7/04, 1976,3, Авторское свидетельство СССРУ 498363, кл. С 23 Г 7/04, 1970.4. Авторское свидетельство СССРВ 181947, кл. С 23 Р 7/02, 1964,(54)(57) 1. СПОСОБ ОКСИДИРОВАНИЯСТАЛЪНЫХ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно иметастабильных аустенитных сталей,включающий активацию поверхностипутем нагрева, выдержки и охлажДе 3(59 С 21 0 1/78; С 21 0 6/00; С 23 Р 7/04 ния и последующее оксндированитем выдержки в среде перегретопара при температуре, исключающобразование вюстита, о т л и чщ и й с я тем, что, с целью исификации прдцесса, при активаповерхности перед нагревом проводят ее обработку холодом прпературе ниже Ин, а нагрев проиводят до Ак(Ак+5) С;2, Способ по и. 1, о т л ищ и й с я ксидировпроизводят температАн-Ак. 3. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что при активации поверхности после нагрева до Ак-(Ак++5) С производят повторную обработку холодом,4. Способ по п. 3, о т л и ч а ю- , С щ и й с я тем, что при активации поверхности после повторной обработ- , ф ки холодом производят повторный нагрев до Ак-(Ак+5) С.Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам получения неметаллических слоев, и может быть испОльзовано для ускорения процесса оксидирования. 5В различных отраслях современной техники применяют аустенитные стали упрочненные дисперсионным твердением или наклепом. В результа" те проведения упрочняющих обработок возникают различные структурные и фазовые неоднородности (катодные и анодные участки), приводящие к развитию электрохимической коррозии. Указанные аустенитные стали, применяющиеся в качестве электротехнических материалов, не обладают достаточными электроизоляционными свойст- вами.Для повышения коррозионной стойкости и электроизоляционных свойств поверхности стальных изделий применяют паротермическое оксидирование при температурах, исключающих образование вюстита Г 11Однако этот способ оксидирования стали, включающий нагрев изделий до температур 450-700 С и выдержку при этих температурах ( Г =30-100 мин) в среде перегретого водяного пара, не позволяет получать оксидные пленки, обладающие достаточными электроизоляционными свойствами, вследствие их малой толщины, а при увеличении времени термообработки (при необходи мости получить толстую прочную пленку) сталь коробится, при повышении температуры оксидирования образуется РеО, снижающий электроизоляционные свойства и коррозионную стой кость покрытия.Известен способ оксидирования, в котором для интенсификации процесса в качестве окисляющего агента используют пары 0,5-27-ного водного раство ра молибденовокислого аммония 2 что позволяет увеличить толщину .окисной пленки в 3 раза, либо вводят в водяной пар пары хлорной кислоты в количестве 5-10 ч от веса исходной 50 воды, предназначенной для образо-вания пара 3 3.Однако применение столь агрессивных окисляющих агентов значительно снижает срок службы оборудования и ухудшает условия труда.Наиболее близок к предлагаемому .по технической сущности и достигаемому результату способ оксидирования стальных деталей, включающий активацию поверхности путем нагрева до " 1050 ф 50 С, выдзержки и охлаждения в вакууме 10 мм рт.ст. и последующее оксидирование в среде водяного пара при 600+10 С в течение 2-2,5 ч 4 3. В результате обработки получают пленку Ге 04 толщиной 8 12 мкм,Известный способ лишь незначительно повышает эффективность пароок 4 сидирования, однако усложняет технологиюпроцесса, вследствие необходимости высокотемпературного вакуумирования заготовок, а также требует больших временных и энергетических затрат. Кроме того операцию оксидирования необходимо проводить сразу же или не позже 24 ч после окончания предварительной активирующейобработки в вакууме.Цель изобретения - интенсификация процесса.Для достижения поставленной целисогласно способу оксидирования сталь-.ных изделий, преимущественно из метастабильных аустенитных сталей,включающему активацию поверхностипутем нагрева, выдержки и охлаждения и последующее оксидирование путем выдержки в среде перегретого парапри температуре, исключающей образование вюстита, при активации поверхности перед нагревом производятобработку холодом при температурениже Мн, а нагрев производят доАк-(Ак+5) С,При этом оксидирование производятв интервале температур Ан-Ак.При активации поверхности после нагрева до Ак-(Ак+5)0 С йройзводят повторную обработку холодом.При активации поверхности после повторной обработки холодом производят повторный нагрев до Ак-(Ак ++ 5) С.При охлаждении изделия ниже Мн в нем получает развитие мартенситное превращение, а при последующем нагреве до Ак-(Ах+5)С мартенсит полностью переходит в аустенит. В результате - Ы-фспревращения значительно увеличивается дисперсность блоков и возрастает плотность дислокаций - основных источников вакансий, что приводит к резкому ускорению процессов диффузии, в результате чего1097 Предлагаемый1 570-610 С Не проводилась 9-10 1 цикл + охлаздение при -196 С нагрев до Ак-(Ак+5)оС Т= 5 иин Т= 20 мин 16-18 1 цикл + охлаждение при -196 С 2 цикла+ охлаждение при -196 С 23-24 50 700 Сь =30 мин Не проводилась Базовый 600 С7=2,5 ч Прототип Нагрев при Т=1050, Р=1 б ммрт.ст.3. Г =2,5-3 часа 8-12 увеличивается скорость протекания химических реакций на границе разде ла металл - активная среда и интенсифицируется образование оксидного покрытия при последующей паротерми 5 ческой обработке. Повышение температуры предварительного нагрева выше Ак-(Ак+5 С нецелесообразно, так как при этом получают развитие процессы рекристализации фазонакле панного аустенита, существенно уменьшающие его диффузионную активность, При повторной обработке холодом фазонаклепанный аустенит переходит в фазонаклепанный мартенсит с. еще более высокой плотностью дислокаций и дисперсностью блоков Это обстоятельство, а также реализация в момент паротериической обработки обратного с- ф превращения, увеличивающего подвижность атомов железа, приводит к еще более существенному повышению эффективности про-. цесса оксидирования. Активирующие последствия прямого и обратного 25 мартенситного превращения при комнатной температуре сохраняются сколь угодно долго, что делает возможным проведение парооксидирования практически через любое время после про 30 ведения предварительной активирующей обработки. Предлагаемый способ паротермической обработки опробован на метастабильном аустенитном сплаве 40 Н 15 Х 2,687 4содержащем, вес.Х: С 0,42, М 15,2;Сг 2,23, остальное железо.(Мн="55 С, Ан=570 С, Ак=670 С). Количество мартенсита в сплаве после охлаждения до-196 С составляет 703. Толщину оксидного покрытия определяют микрострук" турным, а фазовый состав - рентгеноструктурным методом. Охлаждение образцов, имеющих форму куба с ребром 10 ми, проводят в жидком азоте(Т=-196 С). Нагрев до Ак-(Ак+5 С осуществляли в печи, разогретой до 670+5 С при времени вццержки T = =5 мин. Перед паротермическим оксидированием образ.цы подвергают предварительной термообработке по режимам, укаэанным в таблице. Затем образцыо помещают в печь, разогретую до 570 С(что соответствует точке Ан сплава 40 Н 15 Х 2), и подвергают наротермическому оксидированию в потоке перегретого водяного пара в течение20 мин. При этом температуру печи непрерывно повышают до 6700 С (Ак). После завершения процесса оксидирования образцы охлаждают на воздухе. Рентгеноструктурное исследование показало отсутствие в структуре оксидного покрытия, что определяет хорошую его адгезию к металлу. Основными фазовыми составляющими покрытия являются Ре 0 и Ре Оз, имеющие повышенные электроизоляцйонные свойства. Результаты измерения толщины оксидного покрытия представлены в таблице.1097687 Составитель Р.КлыковаРедактор Л.Пчелинская Техред И.Асталош Корректор А.Тяско Заказ 4153/24 Тираж 540 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная. 4 Как видно из полученных данных, 1 предварительная термообработка, проведенная по предлагаемому, режиму, приводит к повышению эффективности процесса оксидирования, При этом в зависимости от режима предлагаемой активирующей обработки увеличивается толщина оксидного покрытия в 2-5 раэ по сравнению с базовым способом и способом-прототипом. Общее время нагрева по предлагаемому способу, включая длительность предварительной обработки 25-30 мин, против 5 ч по способу-прототипу что приводит к сокращению временных затрат в 10,раз. В результате этого уменьшаются энергетические затраты на нагрев изделий. Снижение трудоем-. кости обусловлено проведением активирующей обработки при атмосферном давлении, без предваРительного вакуумирования изделия, как этоготребует способ-прототип..Применение предлагаемого способаоксидирования изделий из метаста - 5 бильных аустенитных сталей обеспечивает повышение эффективности процесса оксидирования, выражающеесяв увеличении в 2-5 раз толщины оксидного покрытия; снижение в 10 развременных затрат; а также уменьшениетрудоемкости процесса оксидирования., Экономический эффект от применения предлагаемого способа обусловлен увеличением до 10 раз производительности труда (благодаря снижению временных затрат), экономией электроэнергии, необходимой для осуществления нагрева изделий при оксидиро 0 ванин, а также упрощением техноло,гии процесса.