Способ диффузионного хромоалитирования в вакууме стальных изделий

(54) СПОСОБ ДИФФАЛИТИРОВАНИЯ ВИЗДЕЛИЙ ффузион нов изделий в ване более 1,33 ерхность поз 94,5-96,0 грева до тем- должительноприменяется примесей не 3-36валенко И.В,ЗИОННОГО ХРОМОАКУУМЕ СТАЛЬНЫХ Комитет Российской Федерац по патентам и товарным знака(57) Изобретение относится к химико-термической обработке металлов в вакууме. СущИзобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к диффузионному хромоалитированию в вакууме с применением порошков хрома и алюминия, и может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности для поверхностного упрочнения инструмента, технологической оснастки и деталей машин.Известен способ хромоалитирования в вакууме иэделий из никель-хромовых жаропрочных сталей и сплавов, который может быть взят в качестве прототипа, включающий использование порошковой смеси, содержащей 41-47 ф, хрома, 3-9 алюминия, 50 окиси алюминия в качестве разделительной среды. Относительно хрома содержание алюминия составляет 6-18 вес. Обработанные предлагаемым способом иэделия из указанных сплавов при температуре закалки и выдержке 2-5 ч имеют микротвердость 600-700 кг/мм, толщину слоя от 10 до 30 мкм и высокую жаростойкость (700-1000" С). ЯО 2000355 С ность способа: проводят ди хромоалитирование стальных кууме с остаточным давлением Па путем нанесения на их по рошковой смеси, состоящей и хрома и 4,0-5,5 алюминия, на пературы 1100-1150 С с про стью процесса 3,5-4,5 ч, Хром в виде порошка с содержанием более 1,0. 1 табл 2 ил. Недостатками этого способа являются: небольшая микротвердость поверхнести и,следовательно, низкая износостойкость; небольшая глубина диффузного слоя иэ-за применения окиси алюминия; громоздкость и большая трудоемкость подготовительновспомогательных работ из-эа необходимости применения полугерметичных контейнеров для укладки изделий с порошковой смесью; невозможность выполнения резкого охлаждения-закалки изделий непосредственно в вакууме из-эа большой массы загружаемого контейнера с порошковой смесью, содержащей окись алюминия низкой теплопроводности; способ предназначен для повышения стойкости изделий только в условиях газовой коррозии.Целью изобретения является получение после хромоалитирования высокого качества насыщаемой поверхности за счет образования особого диффузионного слоя на стальном изделии с любой формой сложности, ускорение процесса диффузии, уменьшение трудоемкости работ, и применяемых материалов, а также закалки обрзбдтыв 1 е 2000355мых изделий непосредственно с температурой нагрева при хромоалитировании в вакуумной печи.Укаэанная цель достигается тем, что хромоалитирование осуществляется в вакууме с остаточным давлением не более 1.33 Па (1 10- мм,рт.ст.) путем нанесения перед загрузкой в вакуумную. печь на поверхность изделия порошковой смеси, состоящей из 9694,5 вес,хрома и 5,54 вес. ф алюминия, при температуре процесса 1100- 1150 С, Хром использован о виде особо чистого микропорошка, изготовляемого гидридно-кальциевым методом по ТУ 14-1- 1474-75 НПО "Тулачермет" (содержание примесей не более 1 вес. ), а алюминиевый порошок - марки АП,Перед загрузкой в вакуумную печь поверхность иэделия засыпается хромоалюминиевой порошковой смесью с заполнением имеющихся углублений, Порошок удерживается на поверхности изделия благодаря самой форме насыщаемой поверхности, если она замкнута, либо прижатием стальными пластинами и заглушками (для отверстий). Далее изделие помещают в печь, создают вакуум с остаточным давлением не более 1,33 Па и температуру 1100- 1150 С в течение 3.5-4,5 и более часов в зависимости от требуемой толщины покрытия.Применение указанного порошка хрома исключает приваривание его частиц к поверхности насыщаемого изделия при нагреве до 1180 С благодаря его гранулометрическому составу и химической чистоте, При этом одновременно обеспечивается плотное прилегание порошка к по.верхности изделия. Указанный способ использовался при хромоалитировании формообразующих частей пресс-форм-гравюр из стали типа 4 х 4 ВМФС (Ди 22) при температуре 1120 С. в вакууме с давлением 0,133 Па в течение 4,5 ч в эл.печи типа СЭВ,3/11,5. Обработанные по этому способу пресс-формы для литья под давлением медных сплавов обеспечивают повышение их стойкости в 2,53 раза, Такое повышение стойкости пресс-форм произошло благодаря получению на поверхности особого диффузного слоя.Как показали металлографические исследования, а также рентгено-спектральный электронно-эондовый микроанализ после обработки стали Ди 22 по указанному режиму диффузный слой состоит иэ двух эон. Первая. наружная толщиной 8 мкм, эона состоит иэ карбидов хрома состава (СгЕе)гзСб и (Сг, Ее)тСэ. Вторая эона, прилегающая к основному металлу, имеющая тол 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 щину 150 мкм, является твердым раствором в железе хрома (8-6;С) и алюминия (3,5- 1,5 ) с уменьшением концентрации этих элементов от поверхности к основному металлу. Микротвердость карбидной эоны 13000 МПа (1300 кг/мм), твердого раствора 2700-2300 МПа (270-230 кг/мм) при микро- твердости основного металла 5000 МПа (500 кг/мм). Чистота поверхности после хромоалитирования практически не изменяется, приобретая матовый оттенок.В таблице приведены сравнительные данные для известного и предлагаемого способов. При этом для известного способа приведены, данные как из описания изобретения к авторскому свидетельству, так и данные нашего эксперимента на стали Ди 22 в известной смеси с окисью алюминия. Характеристики диффузионных слоев, полученных известным способом в обоих случаях а и б (для разных марок сталей), ниже от полученных предлагаемым способом: меньшая глубина слоя и отсутствие карбидной эоны.Испытание пресс-форм на стойкость показало, что в случае применения известного способа повышение стойкости получается незначительное. Граничные условия применения именно такого состава порошковой смеси понятны из рассмотрения графика на фиг.1, Использование смеси с содержанием алюминия менее 4 вес.7 ь приводит к образованию сильно неравномерного диффузионного слоя (на графике показано пунктиром). При содержании в с еси алюминия более 5,5 вес.; толщина карбидной зоны слоя уменьшается до 5 мкм и ниже, что не может обеспечить существенного повышения иэносо- и разгаростойкости поверхности пресс-формы изделия,Применение порошковой смеси с содержанием алюминия в пределах 4.5,5 вес.7 ь позволяет использовать преимущество двух диффузионных процессов; от хромирования - высокую твердость и низкое тепловое расширение, от алитирования - большую толщину слоя и жаростойкость, На фиг.2 в качестве примера показаны подготовленные к загрузке в вакуумную печь комплект вставок 1 пресс-формы для литья корпуса регулирующего клапана. Во вставках подлежит хромоалитированию только гравюра с литниковой системой, заполняемые порошковой смесью 2, которая удерживается еще и заглушкой 3. Комплект вставок, состоящий из двух почти и одинаковых половинок, стягивается клиновыми зажимами 4 (можно заменить винтом с гайкой). Пустотелый знак 5 применен с целью уменьшения количества порошковой смеси,2000355 пением цветных сплавоо на заводе с объемом производства 15002000 т, литья медных сплавов в год дает экономический эффект более 100 т руб. в год за счет уменьшения потребности в количестве пресс форм,25 Состав порошко- Марка ста. Режим хро- Характеристика диффузи- Примечание ОННОГО СЛОЯ карбидная зонаэона твердых растворов хрома и алюминия вжелезе ния 1. Известный способ а) Хром алюми описания авторскоу свидеись элю гельст б Х данны его эк ин мен сь ал по. П едлагаем а также для улучшения условия охлажденияизделия, При небольшом сечении изделиязнак 5 можно не применять. При достаточной жесткости вставки и простой конфигу- .рации, исключающих деформации при 5закалке. допускается вставку загружать впечь в горизонтальном положении, В такомслучае для удержания порошка на гравюрезажимы 4 не нужны, а можно ограничитьсятолько заглушками, Последние выполняются либо иэ стали, либо из асбеста.Приведенный способ позволяет, увеличить разгаростойкость пресс-форм в 2,5-3раза; упростить процесс. избежав применения контейнера; совместить процесс хромоалитирования с закалкой для сталей,имеющих высокую температуру аустениэации; избежать деформации изделий при закалке, что особенно важно для 20формообразующих инструментов,Использование предложенного способа для обработки пресс-Форм литья поддаввой смеси вес, ь ли, сплава моалитироваФормула изобретения Способ диффузионного хромоалитиро. вания в вакууме стальных иэделий преимущественно с поверхностью любой сложности, включающий насыщение в порошковой среде, содержащей хром и алюминий. от лича ющийс я тем,что процесс проводят при остаточном давлении не более 1,33 Па в порошковой среде при следующем соотношении компонентов, мас.ф:хром 94,5-96,0 алюминий 4,0-5,5 причем содержание примесей в хроме должно быть не более 1.0 мас, о,