Способ химико-термической обработки стальных изделий

(5 П 5 С 23 С 10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ь, дИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 4734695/02(71) Киевский политехнический институт им,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции72) В,Н.Писаренко, С.М,Чернега и В.Г.Хижняк(54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к металлургии иможет быть использовано в машиностроении, пищевой промышленности и химичеИзобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке материалов,и может быть использовано в машиностроении(сельхоз- машиностроении, автомобилестроении), пищевой промышленности, химическом ма. шиностронии для повышения эксплуатационных характеристик иэделий,Целью изобретения является снижение пористости и увеличение коррозионной стойкости поверхностного слоя.В известном способе химико-термической обработки, включающем порошковое борирование при 900-1050 С с последующим титанированием при 1000-1100 С, после борирования изделия выдерживают в воздушной среде при 850-950 С в течение 5-10 мин, а последующее титанирование проводят в порошке титана с подачей в реском машиностроении, Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и снижение пористости поверхностного слоя, В известном способе химико-термической обработки, включающем порошковое борирование при 900-1050 С и последующее титанирование при 1000-1100 С, после борирования изделия выдерживают в воздушной среде при 850-950 С 5-10 мин, а последующее титанирование проводят в порошке титана с подачей в реакционное пространство печи четыре ххлористого углерода. Применение способа позволяет в 2-2,5 раза повысить корроэионную стойкость деталей в 3% водном растворе МаСи в 0,1 н. растворе Н 2504, а также в 5-7 раза снизить пористость поверхностного слоя. 1 табл акционное пространство печи четыреххлористого углерода,При изотермической выдержке бориро- Оддванных сталей происходит окисление по- (Яверхности с образованием окисла В 20 з и ьОокислов железа, содержание последних в узоне окислов незначительно, так как диффузионная подвижность атомов железа на 2-3порядка ниже диффузионной подвижностиатомов бора, Кроме того, большая часть атомов жепеве, диффуидируя втпубв покрытия,ктвот зоны окисления, образует борид Ее 2 В,Таким образом, процесс окисления боридного слоя при изотермической выдержке ввоздушной среде можно представить в видеследующих реакций:ЕеВ - Ее+ ВВ + 02 -+ В 20 э;Ге+ ЕеВ -+Ее 2 В.Наиболее интенсивно процесс окисления происходит в местах с повышенной концентрацией пор, которые заполняютсяпосле изотермической выдержки борнымангидридом (В 20 з), При последующем титанировании на поверхности стали формируется покрытие сложного состава.Рентгеноструктурным фазовым анали, зом установлено, что образующийся слой, состоит иэ фаз ТВ 2 и ГАВ. Проведенные,исследования показали, что пористость, полученных по предлагаемому, способу покрытий в 5-7 раз ниже, а корроэионная стойкость в 2-2,5 раза выше, чем сталей,обработанных по способу прототипа.Высокая пористость и низкая коррозионная стойкость покрытий, полученных попрототипу, обусловлена условиями формирования покрытия на этапе титанирования,В этом случае в диффузионной зоне наблюдается образование участков с повышеннойконцентрацией железа, избыток которогообусловлен распадом боридов железа и образованием боридов титана по следующейсхеме:Т+ РеВ -э ТВ 2+ Ре,Железо, в свою очередь, взаимодействует с хлором газовой среды с образованием хлоридов железа в газообразномсостоянии (хлор выходит в состав насыщающей среды при титанировании и образуетсяпри Диссоциации СС 4).Таким образом, формируется диффузионной слой, для которого характерна высокая пористость (45-505) и низкаякоррозионная стойкость в воде и водныхрастворах хлористого натрия и серной кислоты.При насыщении по предложенному способу в процессе титанирования происходитвзаимодействие титана с борным ангидридом по следующей схеме;Т + В 20 з ф ТВ 2+ Т 02.Наиболее интенсивно процесс образования борида титана происходит в местах сповышенной концентрацией борного ангидрида, т.е. бывших пор боридного слоя.Это приводит к полному залециванию пор иформированию практически беэдефектногодиффузионного слоя.Процесс ХТО по предложенному способу включает в себя борирование, изотермическую выдержку в воздушной среде при850-950 С в течение 5-10 мин борированныхобразцов и титанирование,Процесс борирования сталей заключается в следующем: в контейнер иэ нержавеющей стали засыпают порошоктехнического карбида бора, затем в контейнер помещают иэделия и засыпают оставшейся частью порошка технического карбида бора.Для отделения реакционного простран 5 ства контейнера от печной атмосферы ипроникновения в него воздуха контейнерзакрывают листом асбеста и засыпают натросиликатное стекло, При нагреве сталейХ 12 М, 45 и У 8 до температуры борирования10 950 С продолжительностью 2 ч натросиликатное стекло расплавляется (750-800 С) игерметизирует контейнер.По окончании изотермической выдержки контейнер с деталями извлекают из печи,15 После охлаждения контейнера застывшийсиликат разбивают, контейнер распаковывают и извлекают детали. После чего осуществляют изотермическую выдержку ввоздушной среде при 850-950 С в течение20 5-10 мин.Титанирование в предложенном способе осуществляют следующим образом.В герметичную реакционную камеру помещают порошок титана,25 Затем в камеру загружают иэделия,предварительно подвергнутые борированию Й изотермической выдержке в воздушной среде при 850-950 С в течение 5-10 мин,При помощи вакуумного насоса в камере30 создают разрежение, отключают насос, осуществляют нагрев до температуры насыщения, повторно вакуумируют, вводят в камеручетыреххлористый углерод, производят выдержку и охлаждают до комнатной темпера 35 туры.Пористость диффузионных слоев измеряют на приборе "Квантимет", При этомопределяют процент площади поверхностишлифа, занятой порами, в 20 полях зрения,40 Корроэионную стойкость боридных покрытий на стали 45 и У 8, Х 12 М определяютпо потере массы за 10 сут в 3 -ном водномрастворе йаС и 0,1 н.,водном раствореНЯО 4,45 В таблице приведены характеристикиборидных покрытий, полученных по предлагаемому способу и прототипу,Оптимальный способ боротитанирования: борирование при 975 ОС в течение 3 ч;50 изотермическая выдержка в воздушной среде при 900 С в течение 7 мин; титанирование при 1050 С в течение 3 ч.При оптимальном способе обработкикоррозионная стойкость диффузионных по 55 крытий максимальна, а пористость минимальна.При использовании режимов обработки, выходящих за пределы заявляемых, наблюдается уменьшение коррозионной1659527 Весовой показателькоррозии, кг/м Пористость Х Иарка стали Вид обработки 307-ныйИаС 1 0,1 нИ 80 950 С1000 С 0,0040 0,0039 О, 050 0,048 10, 19,4 Сталь 45 Сталь У 8 Борирование 2 ч Титанирование 4 чпрототип) 0,026 950 С 850 С 0,0020 Сталь 45 2,0 Борирование 2 ч Изотермическаявыдержка 10 мин 0,025 0,0019 0,025 0,0020 0,023 0,0018 У 8 1,8 Х 12 И 1,8 45 1,5 1000 С Титанирование 4 ч Сталь СтальСталь 950 С Борирование 2 ч Изотермическая выдержка 7 мин 900 С1000 С О, 0016 0) 0018 0,0020 О, 020 О, 023 0,025 Сталь УЗ 1,4 Титанирование 4 ч Х 1 ги 1,545 1,7 Сталь Сталь Борирование 2 ч 950 С Изотермическая выдержка 5 мин 950 1000 С 0,0018 О, 0018 0,0020 0,023 О, 023 О, 025 У 8 1,5 Х 12 И 1, 5 45 1,8 Сталь Сталь Сталь Титанирование 950 С Борирование 2 ч Изотермическая выдержка 5 мин О, 0019 О, 025 1,7 Сталь У 8 900 С1000 С950 С 1 итанирование 4 чБорирование 2 ч О, 0018 О, 024 Сталь 45 1,6 Изотермическая выдержка 8 мин 900 С1000 С950 С О, 0018 О, 0018 0,0019 0,023 0,024 о,огз У 8 1,5Х 1211 1, б 45 1,9 СтальСталь Сталь Титанирование 4 чБорирование 2 ч Изотермическаявыдержка 10 мин 0,025 0,0019 Сталь У 8 1.,8 900 С 1000 С Титанирование 4 ч стойкости и увеличение пористости боротитанированных покрытий,Иэ данных, приведенных в таблице, видно, что при боротитанировании по предложенному способу наблюдается увеличение корроэионной стойкости в 3-ном водном растворе йаС и в 0,1 н,растворе Н 204 в 2,0-2,5 раз, снижение пористости в 5-7 раз по сравнению с прототипом,ф ор мул а изобретения Способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий порошковсе борирование при 900-1050 С и последующее титанирование при 1000-1100 оС, о тличающийсятем,что,сцельюповышения корроэионной стойкости и снижения 5 пористости поверхностного слоя, после борирования иэделия выдерживают в воздушной среде при 850-950 С в течение 5-10 мин, а последующее титанирование проводят в порошке титана с подачей в реакционное 10 пространство печи четыреххлористого углерода,Заказ 1823 Тираж 565 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 Изотермическаявццержка 7 минТитанирование 5 ч 900 С1100 С1000 С О, 025 О, 025 О, 025 0,060 0,060 0,060 0,035 Од 0020 0,0020 о,оого