Способ легирования изделий из сплавов на железной основе

(31) Госудерстеанный комнтет СССУ по делам наасретеннЯ н отнрытнй(088.8) Иностранец Альберт Гровер Хартлайн 11(72) Автор изобретения эА 4 ЯЬъйзЪфь И ИЕНТМ 9- у,;.,;1еылИЮнеМ Мъ Иностранная фирмах Аллегени Ладлам Индастриз, Инк "(54) СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ НА ЖЕЛЕЗНОЙ ОСНОВЕ 15 1Изобретение относится к машиностроению и может использоваться при химико-термической обработке для получения деталей из сплавов на железной основе, содержащих вес.Ф: марганец 21-Ф 5 и хром 10-30, с повышенными физико-механическими характеристиками за счет нужного распределения азота по всему телу слитка.Известен способ азотирования 10 стальных изделий, который заключается в нагреве до температуры обработки (500-600 ОС) и выдержке при этой температуре в азотсодержащей атмосфере 11.Однако известный способ обработки позволяет изменить структуру лишь поверхностного слоя изделий, при этом их сердцевина остается без изменения,Цель изобретения - осуществление 20 объемного легирования изделий азотом,Азот проникает внутрь слитка и образует аустенитную структуру, растворяясь внутри твердого слитка в количестве, превышающем 0,85 вес,Ф, 2 б 2но менее 3 вес, Ф; предпочтительно впределах от 1,05 до 1,5 вес.Ж,Указанная цель достигается тем, что нагрев и выдержку проводят при 980-1149 фС до достижения содержания азота на поверхности обрабатываемых изделий 0,85-3,0 вес. Ф.Причем в качестве насыщающей атмосферы используют азот в элементарной форме.Чтобы избежать образования сигма- структуры, которая ухудшает механические свойства, изделия не должны находиться долгое время при 538-871 С.Детали, обрабатываемые предлагаемым способом, должны быть на железной основе и содержать от 10 до 303 хрома, Присутствие хрома оказывает влияние на антикоррозионные и прочностные свойства стали, а также хром является основным элементом для увеличения степени растворимости в стали, Содержание хрома в стали более 303 нежелательно, так как это приводит к образованию нежелательной сиг(0,67) 0,65СО 74) Азот 0,104 0,106 Углерод Кремний 0,11 О 105 0,45 0,56 0,50 Содержания азота после горячей прокатки. 3 897 ма-структуры и создает трудности при горячей обр абот ке ст али. Предпочт и- тельно, чтобы содержание хрома было 15-27 вес.З. Содержание марганца в деталях, обрабатываемых предлагаемым способом, должно быть в пределах 21- 45 вес.Ф. Так как марганец увеличи" вает растворимость азота в стали и используется для аустенизаций. Введение его в сплав в количестве, превышающем 453, приводит к разъеданию футеровки печи.Насыщение стали азотом необходимо проводить до его содержания по крайней мере 0,85 вес.Ф. Однако при наличии в сплаве азота выше 3 вес.Ф Все указанные в табл. сплавы приготавливают одним и тем же способомВсе сплавы расплавляют в печи с принудительной тягой, причем состав включает обычные сорта сплавов на железной основе"я чистые элементы. Расплавленные сплавы при температуре примерно 1450 фС разливают в 35 изложниц, После затвердевания металла слитки проверяют на пористость, которая не была обнаружена ни в одном сплаве из-за низкого содержания азо 115 4образуется тенденция к выделению нитридов, что приводит к уменьшениюпрочности и коррозионной стойкостистали, Предпочтительно содержаниеазота на поверхности детали от 1,05до 1,5 вес./.В сплаве может также содержаться,молибден 1,0 - 5,0; медь 1,03,0; никель от 1,0 до 4,0. В общем 10 количестве эти элементы могут присутствовать до 5 Ф. Углерод можетвходить в количестве 1,03, кремнийменее 1,0.П р и м е Р . Проводят обработку 15 деталей из четырех сплавов, составыкоторых представлены в табл.1.Т аблица та, Горячая обработка состоит в прокатке слитков по истечении соответствующей продолжительности выдержки при 1232 С. Затем слитки подвергают отжигу из расчета 120 мин на каждый дюйм толщины при 1063 С и очищают. Прежде чем подвергать слитки отжигу в азотной среде, их подвергают обжатию в холодном состоянии на 503.Насыщение проводят в азотной атчосфере при температуре и в течение промежутка времени, которые указаны5 89711 в таблице 2. Во всех случаях используют температуру выше 982 ф С с тем, чтобы избежать образования сигма- структуры, которая оказывает вредное влияние на сплавы, Отжиг в азотной атмосфере проводят с использованием для этой цели чистого азота.После отжига в азотной атмосфере на поверхности слитков обнаруживают оксидные пленки. 0В табл,2 показано содержание азота в сплавах по истечении, периодов обработки при различных температурах, также дается общее содержание азота. Температура, ор Содержание азота после обработки сплавов в азотной атмосфере, Ф Время,мин0,670 18000 0,850 О. 740 О, 740 О, 788 О, 790 О, 771 1,02 1,02 О, 774 0,781 10 1,02 0,762 0,783 О 752 О, 787 0,809 1,01 1900 1,10 0,804 10 0 793 103 1)01 0,860 1,06 0 993 114 3,21 307 1,09 2000 0,829 0,843 0,818 О, 860 0,842 О, 790 10 1,02 0,882 0,872 0,950 1,10 0,857 0 787 0,830 1,02 2100 О, 872 1,180,799 1,23 10 0972 0920 0,915 1,15 жанне в сплаве 4 молибдена, очевидно, повышает способность сплава к отбору азота иэ атмосферы и, кроме того, умеряет поглощение азота, в результате чего не происходит чрезмерного растворения азота в сплаве. Поэтому Из данных табл.2 видно, что содержание азота во всех четырех сплавах повышается при относительно коротких периодах обработки в пределах температур 982 - 1149 С, Особый интерес представляет сплав 4. Высокое содер 5 ЬКонцентрация азота в сплавах,обработанных как это указано выше,изменяется постепенно от поверхностислитка в направлении его середины.Так, содержание азота на поверхностислитка будет выше, чем в глубинныхслоях слитка. Так как азот диффундирует внутрь слитка, то его содержание во внутренних слоях каждогослитка будет повышаться по мере уве"личения времени отжига,При выдержке 114 ц получают детали со структурой, близкой к однород"ной.Таблица 289711 Формула изобретения 1 Составитель Л.БурлиноваРедактор С.Крупенина ТехредЛ, Пекарь Корректор М.Пожо Заказ 11754/47 Тираж 1048 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5 Филиал ППП патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 для сплавов, подлежащих аустениэацииза счет отжига в присутствии азота,желательно наличие молибдена в количестве более 14.Предлагаемый способ. можно использовать для очень локального аэотирования путем обработки поверхности,например, очень крупной отливки, которая не помещается в обычную отжиговую печь, т.е. нагревом поверхности 16отливки до температуры свыше 1700 Р(927 фС) с помощью пламени, содержащего азот. Такое пламя создается с использованием для этой цели воздуха, .поддерживаоцего горение, подача которого регулируется в отношении топливовоздушной смеси таким образом, чтообразующийся газообразный продукт сгорания представляет собою восстановительный гаэ с высокой концентрацией 26азота.Азот, используемый в предлагаемомспособе, может быть элементарным азотомили соответствующим азотистымсоединением,Обработка, которая вы- ИпоЛняется .отжигом сплавов с использованием для этой цели аммиака, аминов или иных источников азота, такжедает положительные результаты, Различные азотистые соединения не обяэа- звтельно должны быть эквивалентны между собою, но общим для всех них является поддержание атмосферы, обеспечивающей нужное высокое парциальноедавление азота,Таким образом, предлагаемый способпредусматривает получение сплавов свысоким содержанием азота и исключает обычные в таких случаях проблемы,такие как пористость слитков, которая 4образуется в результате испаренияазота из расплава, когда последний,имея высокое содержание азота, затвердевает. Предлагаемый способ, кроме того, обеспечивает воэможность регулировать содержание азота в сплаве, если анализ литья покажет, чтосодержание азота в нем меньше заданного, а также позволяет производство иэделий с градиентом концентрацииазота по всей площади поперечного сечения, что обеспечивает получение изделий иэ сплава с высоким сопротивлением к коррозии поверхностногослоя изделия без нарушения механических свойств по всей площади поперечного сечения изделия. 1. Способ легирования изделий из сплавов на железной основе, содержащих, в вес. 3: марганец 21-45 и хром 10-30, включающий нагрев до температуры обработки и выдержку при этой температуре в азотсодержащей атмосфере, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью объемного легирования изделий азотом, нагрев и выдержку осуществляют при 980-1149 фС до достижения содержания азота на поверхности обрабатываемых иэделий от 0,85 до 3 вес.Ф.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве аэотсодержащей атмосферы используют азот в элементарной форме.3, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве азот- содержащей атмосферы используют азотистые соединения. Источники информации.принятые во внимание при экспертизе1. Минкевич А.Н, Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М., "Машиностроение", 19 б 5, с.113-122.