Способ азотирования деталей из титана и его сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (1) С 8/24 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Межотраслевой отдел триботехнических исследований и испытаний НИИАТ иИПП АН УССР(56) Заявка Великобритании М 2010922,Н КИ С 7 Ч, МКИ С 23 С 11/14, 1979. СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВИзобретение относится к металлургии, тности к нанесению диффузионных поИзобретение относится к нанесению диффузионных покрытий. Оно может быть использовано для повышения износостойкости деталей машин, изготовленных из титана и его сплавов,Известен способ азотирования, включающий операции диффузионного насыщения поверхностей стальных деталей в две стадии" при 500 - 520 С, а затем при 560 - 600 С и последующего охлаждения деталей в потоке аммиака (Кнорозов Б.В., Усова Л.ф. и Третьякова А.В. и др. Технология металлов. М.: Металлургия, 1978, с.271 - 273). Недостаток описанного способа - невозможность получения поверхностной структуры на деталях из титана и сплавов на его основе, препятствующих схватыванию последних при больших контактных нагрузках,крытии на изделия из титана и его сплавов, и может быть использовано в машиностроении. Цель изобретения - повышение износостойкости деталей, работающих в условиях ограниченной смазки и высоких контактных нагрузок. В способе азотирова. ния деталей из титана и его сплавов. включающем двухстадийное ионное насыщение, на первой стадии ионное азотирование проводят при 800 - 1100 С и давлении 250 - 650 Па в течение 100 - 360 мин, затем охлаждают деталь в насыщающей среде до 500 - 800 С в течение 10-15 мин, а вторую стадию азотирования проводят при 900 - 1100 С и том же давлении в течение 60 - 120 мин. Применение способа позволяет повысить износостойкость деталей. 1 ил 2 табл,Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической трудности иваааЪ достигаемому результату является способ 4 азотирования деталей из титана и его спла- ЬЭ вов, включающий двухстадийное ионное на сыщение (1). бдПри этом первая стадия предназначена С) для общего азотирования поверхности, а вторая - для диффузионного насыщения углублении (отвеоотий) в обрабатываемой детали.ЭНедостаток способа - невозможность ф получения на деталях из титана и сплавов на его основе, которые работают в условиях трения и больших контактных нагрузок, поверхностных структур, препятствующих износу и схватыванию сопрягаемых поверхностей.Цель изобретения - повышение износостойкости деталей, работающих в условиях ограниченной смазки и высоких контактных нагрузок.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе азотирования деталей из титана, и его сплавов, включающем двух- стадийное ионное насыщение, согласно изобретению на первой стадии ионное азотирование проводят при 800 - 1100 С и давлении 250 - 650 Па в течение 100 - 360 мин, затем охлаждают деталь в насыщающей среде до 500 - 800 С в течение 10 - 15 мин, а вторую стадию азотирования проводят при 900 - 1100 С и том же давлении в течение 60 - 120 мин.Ионное азотирование титана и его сплавов осуществляется в интервале температур 800 - 1100 С при давлении 250 - 650 Па в различных средах с содержанием азота 5 - 100. применение водородосодержащих сред вызывает сильное водородное охрупчивание титана и его сплавов, Ионное азотирование при температурах, больших 1100 С и меньших 800 С приводит к резкому снижению твердости и уменьшению толщины слоя. Толщина и твердость диффузионного покрытия возрастает с увеличением времени аэотирования. Однако эта зависимость параболическая и при времени азотирования больше 6 ч (360 мин) твердость практически не увеличивается, а глубина увеличивается незначительно. При больших давлениях (больше 650 Па) нарушается устойчивость горения тлеющего разряда, а при давлениях менее 250 МПа необходимо повысить рабочее напряжение более, чем до 1000 В для выхода на наружный температурный режим, что не рекомендуется по условиям техники безопасности.П р и м е р 1. Образцы из сплава ВТ-О в виде пустотелого цилиндра в количестве 10 шт. с наружным диаметром 35 мм, внутренним диаметром 25 мм и высотой 25 мм обезжиривались и устанавливались в вакуумную камеру на катод установки ионного азотирования. После герметизации камеры производилась откачка воздуха до разряжения 1 - 1,5 Па, продувка аргоном для удаления остатка воздуха и повторная откачка до разряжения 1,5 Па. После этого включался тлеющий разряд и при напряжении 1200 В проводилась ионная очистка образцов на протяжении 30 мин. Затем осуществлялся процесс диффузионного насыщения в 3 стадии:1-я стадия. Отключался тлеющий разряд, в вакуумную камеру подавалась смесь (75 об.й 2 + 25 об,Аг) до достижения давления 400 Па, включался тлеющий разряд и осуществлялся нагрев образцов до1050 С (выше температуры полиморфногопревращения а Ртитана) и выдержка приданной температуре на протяжении 2 ч с5 целью получения столбчатой структуры зоны внутреннего азотирования ( а -твердогораствора),2-я стадия, Отключался тлеющий разряди производилось охлаждение образцов в на 10 сыщающей среде в течение 10 - 15 мин до500 - 600 С с целью получения в результатеполиморфного превращения переходногослоя а-твердого раствора, прилегающего коснове. Включался тлеющий разряд, при15 давлении 400 Па образцы нагревались до900 С и при данной температуре проводилось диффузионное насыщение на протяжении 2 ч для получения износостойкогонитридного слоя.20 После третьей стадии отключался тлеющих разряд и образцы охлаждались в вакууме до 40 - 60 С, после чего их извлекали извакуумной камеры и измеряли микротвердость на поверхности образцов при помощи25 прибора ПМТ. Микротвердость образцовпосле ионного аэотирования составляла8600 - 9500 Мпа.П р и м е р 2. Образцы из сплава АТЗ вколичестве 10 шт. в форме пустотелых ци 30 линдров с наружным диаметром 35 мм,внутренним диаметром 27 мм и высотой 25мм обезжиривались, помещались на катодустановки ионного азотирования. Послегерметизации камеры откачивался воздух35 до разряжения 1 - 1,5 Па, делалась продувкааргоном и повторная откачка до указанногодавления, после чего включался тлеющийразряд и при напряжении 1200 В осуществлялась ионная очистка образцов на протя 40 жении 30 мин, Затем осуществлялсяпроцесс диффузионного насыщения,1-я стадия. Отключался тлеющий разряд, в вакуумную камеру подавалась рабочая смесь газов (75 об,Кг+ 25 об. Аг) до45 достижения давления 300 Па, включалсятлеющий разряд и осуществлялся нагрев образцов до 1000 С, выдержка при даннойтемпературе на протяжении 2 ч с цельюполучения столбчатой структуры зоны внут 50 реннегоазотирования ( а-твердого раствора).2-я стадия; Отключался тлеющий разряддля охлаждения образцов в насыщающейсреде в течение 10 мин до 500 - 600 С с55 целью получения переходного слоя атвердого раствора на границе с основой врезультате полиморфного превращения.Включался тлеющий разряд, при давлении300 Па образцы нагревались до 850 С и при1728304 типа УМТ. В качестве контробразца и:- пользовали диск, изготовленный из стали45,Результаты испытаний приведены в5 табл.2.Формула изобретенияСпособ азотирования деталей иэ титанаи его сплавов, включающий двухстадийноеионное насыщение, о тл и ч а ю щи й с я10 тем, что, с целью повышения износостойкости деталей, работающих в условиях ограниченной смазки и высоких контактныхнагрузок, на первой стадии ионное азотирование проводят при 800 - 1100 С и давле 15 нии 250 - 650 Па в течение 100 - 360 мин,затем охлаждают деталь в насыщающейсреде до 500 - 800 С в течение 10 - 15 мин,а вторую стадию азотирования проводятпри 900 - 1100 С и том же давлении в тече 20 ние 60 - 120 мин. данной температуре проводилось диффузионное насыщение на протяжении 2 ч. После этого отключался тлеющий разряд, образцы охлаждались в вакууме до 40 - 60 О, затем образцы извлекались и проводились измерения микротвердости и микроструктурные исследования. Микротвердость на поверхности составляла 6800 - 7300 МПа.В результате микроструктурных исследований получены графики распределения микротвердости по глубине азотированных слоев, приведенные на чертеже. Аналогично были подвергнуты ионному азотированию образцы из сплава ОТ 4. Режимы азотирования и условия испытаний даны в табл.1 (среда - 75 об. й 2+ 25 об.;Аг).Образцы из сплавов титана по 100 шт. каждого материала, обработанные по предлагаемому и описанному способам, подвергали испытанию в машине торцового трения Таблица 1 ИатериалТ, СР, Па Т, аС Р, ПаС, нин 302 5О5 1 О 25 О 5 8 5 5 15 св Таблица 2 5 ОТОТОТСТОТСТОТСТСТАТЗ АТЗ АТЗАТЗ АТЗ АТЗ АТЗ РТЗ РГЗ АТЗ ТСО 8 СО 950 150 1200 1050 050 1050 1050 1050 700 800 950 1100 1200 1000 1000 1000 1000 1000 400 400 400 400 400 200 250 400 650 800 зоо 300 300 300 300 200 250 400 650 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 10 О 10 1 О 1 О 10 10 1 О 10 1 О 1 О 1 О 1 О 1 О 1 О О 1 О 10 О О Тоо ооо 950 1100 1200 С 50 1050 1050 1050 1050 7 оо 800 950 1100 1 СОО 1000 1000 1000 1000 400 400 400 400 400 200 450 400 65 О 800 300 300 300 200 250 400 650 800 1 гО 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 15 15 15 15 15 5 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1 ССО 10 СО 1 ОСО 1000 1000 1000 28д59191573872049182315г13321728304 Н- ОО,)Га ЖОО ОООО ЗТ 1-0 ООО. 2 О" 250 3 ОО 1 фуф 2 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 дактор Т, Куркоказ 1381ВНИИПИ Гасу Составитель В. КозырьТехред М,Моргентал Корректор А, Осаулен Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5