Порошковая шихта для термодиффузионного храмирования стальных изделий

(51) 5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АТЕ Н(54) ПОРОШКОВАЯ ДИФФУЗ ИОН НОГ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИ (57) Сущность изобр жит, мас.%: пылевид ки хрома 45-74, йо порошок алюминия 1 - остальное. 2 табл. ШИХТА ДЛЯ ТЕРМОХРОМИРОВАНИЯ Йетения: шихта содерые отходы от выплавистый аммоний 2 - 0 - 20, оксид алюмин Я- и 5, ия ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Челябинский государственный технический университет(73) Челябинский государственный технический университет(56) Авторское свидетельство СССРМ. 1482977, кл. С 23 С 10/52, 1987. Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий и может быть использовано в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для повышения износостойкости изделий из инструментальных и конструкционных и других сталей.Известен состав для насыщения поверхностных слоев стальных изделий хромом в порошковой шихте; хром - 50%, А 20 з%и ИН 4 С%.Основными недостатками данной порошковой шихты является использование остродефицитного, дорогого металлического порошкового хрома и как следствие этого высокая ее стоимость. Помимо этого, после химико-термической обработки в шихте такого состава имеет место налипание металлических частиц хрома на поверхность изделий, что ухудшает их качество,Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является порошковая шихта для диффузионного хромирования стальных изделий(2), которая содержит,мас.%:Порошок меди 20-30 Порошок алюминия 15 - 17 Хлористый аммоний 2 - 3 Оксид хрома Остальное Эта металлооксидная шихта позволяет получать на стальных иэделиях толщиной до 40-60 мкМ диффузионные слое с повышенной коррозионной стойкостью и твердостью,Однако использование дефицитной и дорогостоящей порошковой меди, а также стандартного химически чистого порошка оксида хрома снижает экономичность шихты, Кроме того, указанная шихта приводит к получению покрытия, имеющего значительную пористость и шероховатость поверхности, что снижает качество готовых изделий,Таким образом, основными недостатками прототипа являются высокая стоимость шихты и низкое качество получаемого покрытия на готовых изделиях.Целью изобретения является повышение экономичности шихты и повышение качества хромового покрытия на готовых изделиях за счет снижения пористости и шероховатости поверхности,Поставленная цель достигается тем, что в известной порошковой шихте для термодиффузионного хромирования стальныхвыплавки хрома или феррохрома, которых вметаллургии накоплено огромное количество, а также исключение дефицитной порошковой меди повышает ее экономичность, 20Извлечение из циклонов газоочистки указанные порошковые компоненты не требу-ют дополнительных обработок, кромесмешивания в определенной пропорции иих усреднения. Пыль от выплавки феррохрома содержит необходимый для диффузионЗО дисперсности порошковой шихты при нагреве образуют алюминаты кальция и крем- З 5 40 изделий, включающей хромосодержащий компонент, порошок алюминия, оксид алюминия и активатор, согласно изобретению, в качестве хромосодержащего компонента шихта содержит пылевидные оксидные отходы от выплавки феррохрома, а в качестве активатора - йодистый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас,%:Пылевидные отходы от выплавки хрома"45-74 Йодистый аммоний 2-5 Порошок алюминия 10-20 Оксид алюминия Остальное Использование в качестве хромосодержащего компонента пылевидных отходов от ного хромирования компонент - оксид хрома (СггОз), который при нагреве шихты восстанавливается алюминием до металлического хрома по реакции СггОз+2 А=А 20 з+2 Сг, Остальные оксиды (А 120 з, СаО и 502), содержащиеся в пылевидных отходах, благодаря высокой ния; Образующиеся алюминаты инертны по отношению к обрабатываемой стальной заготовке, благодаря чему выполняют роль наполнителя, улучшающего газопроницаемость шихты,Иодистый аммоний, вводимый в состав шихты в небольшом количестве, вступает в реакцию с восстановленными из оксида хрома - атомами хрома и дает концентрацию его летучих соединений, например по типу6 ИН 4+2 Сг = ЗИ 2+12 Н 2+ 2 Сгз 1 При температуре выше 900 С на поверхности легируемой стальной заготовки происходит обратная химическая реакция; п. Сг -+ (гп - п)Сг+Сг где гпп, В результате на поверхности выделяется хром, осуществляющий диффузионное хромирование заготовки.Таким образом, йодистый аммоний используется как катализатор реакции и способствует быстрой доставке через газовую фазу атомов хрома из глубинных слоев шихты к поверхности заготовки. Порошковый 5 10 15 45 50 55 алюминий выступает в роли восстановителя оксидов хрома во всем объеме шихты, а образующиеся инертные алюминаты кальция и кремния используются как эффективный газопроницаемый наполнитель.Все зто значительно снижает пористость и шероховатость поверхности, т,е. повышает качество хромового покрытия на изделиях.Указанную шихту получают механическим смешиванием указанных компонентов.Изменение содержания компонентов шихты оказывает существенное влияние на толщину, твердость, коррозионную стойкость и качество (пористость, шероховатость хромового покрытия), В шихте с инертным наполнителем из оксида алюминия содержание пыли от выплавки феррохрома менее 45% после процесса насыщения поверхности изделия приводит к резкому уменьшению плотности и толщины диффузионного слоя, снижению его коррозионной стойкости до 6,2 мг/мм,г твердости до 1820 МПа, а толщина слоя до 6 - 9 мкм.Этому жеспособствуетуменьшение содержания в шихте катализатора процесса (йодистого аммония) менее 2% и восстановителя (аммония) менее 10%. При указанных концентрациях данных компонентов в шихте содержится или недостаточное количество оксидов хрома (менее 30%), или образуется недостаточное количество летучих соединений атомов хрома типа Сгз, или значительно снижается восстановительная способность смеси. Перечисленные признаки вызывают неблагоприятные термодинамические и кинематические условия для термодиффузионного насыщения, что, в свою очередь приводит к образованию хромированной поверхности изделий, неудовлетворительного качества (большая пористость).В шихте с наполнителем из чистого оксида алюминия (корундовый порошок) при содержании пыли от выплавки феррохрома более 74% после процесса насыщения наблюдается снижение качества диффузионного слоя. Несмотря на относительно глубокую диффузионную зону (более 20 мкм), ее твердость и коррозионная стойкость значительно снижается, Ухудшению качества поверхности способствует и увеличение содержания алюминия в шихте более 20%, Эти свойства покрытия обусловлены тем, что чрезмерно высокая восстановительная способность смеси или большая концентрация оксидов хрома в ней приводит к образованию на поверхности иэделия1790626 50 55 хромированной зоны с низкой плотностью, высокой пористостью и шероховатостью,Увеличение содержания йодистогоаммония более 5повышает стоимость шихты и снижает качество покрытия (увеличивается его пористость).Увеличение содержания порошка алюминия более 20 повышает стоимость шихты и снижает качество покрытия за счет легирования алюминием.Согласно заявляемому решению были приготовлены порошковые шихты с различным содержанием компонентов. Гранулометрический и химический состав пылевидных отходов от выплавки феррохрома показаны в таблице М. 1, Хромированию были подвергнуты образцы из стали ШХ, Процесс диффузионного насыщения поверхности образцов осуществляли при 1050 С +15 С в течение 4 часов в контейнерах с плавким затвором. Герметизацию контейнера осуществляли барным ангидридом с измельченным стеклом, которые в процессе нагрева контейнера образуют плавкий затвор, После выдержки в печи, контейнер извлекали, охлаждали до комнатной температуры и распаковывали, Для сравнения хромированию подвергали аналогичные образцы в порошковой шихте, выполненной согласно прототипу. Данные испытаний сведены в таблицу М. 2,Формула изобретения Порошковая шихта для термодиффузионного хромирования стальных изделий, включающая хромосодержащий компонент, порошок алюминия и активатор, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения ее экономичности и повышения качества хромового покрытия за счет снижения пористости и шероховатости поверхности, шихта дополнительно содержит оксид алюминия, в качестве хромосодержащего комКоррозионные испытания образцовпроводились в 10 водном растворе азотной кислоты при температуре 70 С. Скорость коррозии оценивали по потере массы5 образца на единицу поверхности за час,Взвешивание до и после испытаний проводили на аналитических весах с точностьюдо0,001 г,Твердость диффузионного слоя опреде 10 ляли на микротвердометре ПМТа толщину и пористость покрытия - наметаллографическом микроскопе "Йеопрот 2".Шероховатость поверхности хромиро 15 ванных изделий оценивали на профилометре.Как показали испытания диффузионного слоя хрома на поверхности изделий понекоторым параметрам (толщина слоя,20 прочность и коррозионная стойкость) он неуступает прототипу, а по качеству поверхности(пористость и шероховатость) превосходит его. 25 Предлагаемаяпорошковая шихта посравнению с прототипом имеетследующие преимущества: повышенную экономичность и улучшение качества путем снижения пористости и шероховатости поверхности, 30 понента - пылевидные отходы от выплавки 35 хрома, а в качестве активатора - йодистыйаммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:Пылевидные отходы от выплавкихрома 45-74 40 Йодистый аммоний 2 - 5Порошок алюминия 10 - 20Оксид алюминия Остальное1790626 Таблица 1 Гранулометрический и химический состав пылевидных и порошковых отходов производстваТэблица 2 10 Составитель О,ПестуноваТехред М,Моргентал Корректор С.Юско Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 368 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5