Способ хромирования стальных изделий

) (11) 1)5 С 23 ТЕНИЯ САН ИЕ К АВТОРСКОМУ( уГ ация коо- изде- тной Иэобрет в частности, ке, а именно средах, и мо ностроении ния детале средневысок ных сталей. себя х по елие ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР М688534, кл. С 23 С 9/10, 1979,Химико-термическая обработка металлов и сплавов, Справочник.Под ред.Ляховича Л.С.ММеталлургия, 1981, с.424.(57) Изобретение относится металлургии, вчастности химико-термической обработке, аименнохромированию в порошковых средах,.и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнениядеталей машин, изготовленных из средне-,высокоуглеродистых и цементованных сталей. Цель изобретения - интенсификацияпроцесса насыщения при сохранении. корние относится к металлургии, химико-термической обработхромированию в порошковых ет быть использовано в машидля поверхностного упрочнемашин, изготовленных из оуглеродистых и цементованрозионной стойкости обработанных иэделий в электролитах и их поверхностной микротвердости. Способ хромирования включает размещение обрабатываемых деталей в контейнере с порошковой смесью, нагрев и изотермическую выдержку при 1000-1050 С, охлаждение и изотермическую выдержку при 825-850 С при последующем двух-трехкратном повторении циклов нагрев-охлаждение в интервале 825-850 ОС при последующем двух-трехкратном повторении циклов нагрев-охлаждение в интервале 825-1050 С, причем время изотермической выдержки при 1000-1050 ОС в первом цикле составляет 60-90 мин, а время всех последующих изотермических выдержек составляет 30-40 мин. Использование данного способа обеспечивает повышение скорости диффузионного насыщения в 3-4 раза по сравнению.с обработкой известным способом при сохранении корроэионной стойкости обработанных изделий в электролитных средах нефтепромысловых вод и микротвердости на уровне 2000-2200 кгс/мм. 4 табл,Цель изобретения - интенсификпроцесса насыщения при сохранениирозионной стойкости обработанныхлий в электролитах и их.поверхносмикротвердости.Предлагаемый способ включает вдиффузионное насыщение в порошкаступенчатому режиму, при котором изднагревают до 1000-1050 С, выдерживаютпри этой температуре, затем охлаждают до825-850 С и выдерживают при этой температуре, повторяя этот цикл. Однако в отличие от известного способа выдержку при 51000-1050 С первого цикла осуществляют втечение 60-90 мин, а выдержку после охлаждения в этом цикле и выдержки последую.щих циклов нагрева и охлажденияосуществляют в течение 30-40 мин с повторением циклов в целом 2-3 раза,Выдержка при 1000-1050 С в течение60-90 мин является необходимой в начальный период для образования, например,карбидного слоя при хромировании достаточной толщины и концентрации в нем хрома, чтобы затем при 825-850 ОС, произошлорассасывание этого слоя и проникновениехрома в глубину, в подслой.Выдержка при 825-850 С в течение 30- 2040 мин обеспечивает это рассасывание в,первом цикле; Второй цикл также начинаетсяс нагрева до температуры 1000-1050 С,которая выдерживается в течение 30-40 мин. При этом происходит уплотнение этого слоя, затем опять при 825-850 С в течение 30-40, мин происходйт. разуплотнение слоя и проникновение карбида хрома в подслой. Третий цикл является повторением второго. 25 Таким образом, время выдержки притемпературе 1000-1050 С в первом цикле 60-90 мин и выдержка при охлаждении до 825-850 С этого же цикла в течение 30-40 мин, а также. выдержка при температурах нагрева и охлаждения в течение 30-40 мин обеспечивают увеличение толщины покрытия (карбидного слоя) и плавное изменение механических свойств по сечению образца, улучшая эксплуатационные характеристики изделий, за 2-3 цикла в целом. Тогда как по способу-прототипу цикл надо повторить 10- 12 раз. Отсюда при обработке предлагае 40 мы м способом время обработки сокращается и, следовательно, уменьшаются энергозатраты, трудоемкость, так как уменьшается количество циклов и увеличивается производительность обработки, Ориентировочное время обработки согласно способу прототипу с учетом времени выхода на режим (нагревы и охлаждения) приповторении циклов 10 раз - 21-24 ч, приповторении циклов 12 раз - 22-25 ч. Время обработки по предлагаемому повторении циклов 2 раза - 6-7 ч; при повторении циклов 3 раза - 7,5-9 ч,Способ осуществляют в следующей последовательности: деталь помещают в ге 1- метичный контейнер с порошковой смесью. способу с учетом времени выхода на режимы (нагрева и охлаждения примерно 4 ч) при 55 содержащей хром; нагревают герметическизакрытый контейнер до 1000-1050 С и выдерживают при этой температуре в течение60-90 мин; охлаждают до 825-850 С и выдерживают в течение 30-40 мин; нагреваютконтейнер до 1000-1050 ОС и выдерживают втечение 30-40 мин; охлаждают до 825-850 Си выдерживают в течение 30-40 мин.Далее две последние операции могутповторяться 1-2 раза,П.р и м е р 1. Предлагаемый способреализуют следующим образом. Из стали 40(содержание углерода 0,4%) изготовляютобразцы размером 10 х 10 х 15 мм. Затем помещают их в контейнеры с плавким затвором и подвергают термоциклическомухромированию в порошковой смеси следующего состава, %; Сг 50%; А 120 з 48%;КН 4 С 2.Насыщение производят по следующемурежиму; 1 цикл - нагрев до 1000 С и выдержка при этой температуре в течение 60 мин,снижение температуры до 850 С.и выдерж- .ка при этой температуре в течение 30 мин,И цикл - нагрев при 1000 С и выдержка приэтой температуре 30 мин, охлаждение дотемпературы 850 С, выдер;.ска 30 мин,1 И цикл - неполное повторение И цикла(только нагрев), а затем охлаждение без выдержки и выгрузка, При этом на поверхности образцов формируется плотный ровныйдиффузионный слой, состоящий из двух зон:наружной на основе карбида. хрома с микротвердостью 1900-2100 кгс/мм и примыкающей к ней подслойной зоны смикротвердостью 800-1 050 кгс/мм,Таким же способом была обработанаинструментальная сталь У 8. Микротвердость наружного слоя на основе карбидахрома 2000-2200 кгс/мм, подслоя 850-1050кгс/мм .Влияние технологических режимоз напараметры слоя представлено в табл.1, микроструктура инструментальной стали УЗ (содержание углерода 0,8),Результаты химико-термической обработки сведены в табл.2.При этом обе стали подвергались термоциКлическому хромированию без предварительной цементации в следующемсоставе, %; 50 С+48 А 12 Оз+2 КН 4 С 1.П р и м е р 2, Предлагаемый способреализуется на образцах 10 х 10 х 15 мм измалоуглеродистой стали марки 22 ХЗМ. Всвязи с тем, что в указанной стали содержание углерода низкое (0,22%) в начале производили цементацию этих образцов втечение 3 ч при температуре 900 С. Приэтом образовался цементированный слойтолщиной 1000-1200 мкм с твердостью 8501719459 Таблица 1 Мик отве ость, кгс/мм Тол щи накарбидногослоя, мкм Карбиднаязона Время выдержки поиклам, мин Основа Температура, С Подслой 660 30-35 30-35 2000-2200 850-1050 60 30 90 .40 50 20 100 50 Нагрев 1000 Охлажд. 850 Нагрев 1000 Охлажд, 850 Нагрев 1000 Охлажд. 850 Нагрев 1000 Охлажд. 850 2000-2200 850-1050 660 20-25 640 2000-2100 480-500 2000-2100 20-25 920 кгс/мм 2, с содержанием углерода0,4 ф 6, Затем в контейнерах с плавким затвором образцы подвергались термоциклическому хромированию в порошковойсмеси следующего состава; 0: Сг 50; А 20 з48; ИН 4 С 1 2. Насыщение производили последующему режиму: 1 цикл-нагрев при1000 С и выдержка в изотермических условиях в течение 60 мин, снижение температуры до 850 С и выдержка 30 мин,И цикл - нагрев при 1000 С и выдержкав изотермических условиях в течение 30мин, охлаждение до 860 С, выдержка 30мин.И 1 цикл - неполное повторение И-гоцикла только нагрев, а затем охлаждениебеэ выдержки и.выгрузка),При этом на поверхности образцовсформировался отличного качества плотный ровный диффузионный слой, .состоящий из двух зон: наружный на основекарбида хрома с микротвердостью 2200кгс/мм и примыкающей к ней подслойнойзоны с микротвердость ю 900-1100 кгс/мм 2,После обработки образцов стали 22 ХЗМпроводился металлографический анализ иисследование физико-механическихсвойств диффузионного слоя.Результаты анализа представлены втабл.3.Коррозионные испытания производились в полном соответствии с общепринятыми методами исследования коррозииметаллов в электролитах, в средах, имитирующих сточные и пластовые нефтепромысло. вые воды следующего состава, мг/л: С150000: 304 1000: НСОз 200; Са 8000;Мд 2000; Н 23 250; нефтепродукт 200; Режим химико-те мической об аботки тв.частицы 500; рНтемпературы (перемешивание) 20 С.Результаты испытаний, режимы химико-термической обработки приведены в5 табл 4,Как видно иэ таблицы, предлагаемый. способ химико-термической обработки позволяет увеличить коррозионную стойкостьсталей в сильно агрессивных средах нефте- .10 промысловых вод в 3,5 раза по сравнению сизотермическим способом, так же как и поспособу-прототипу, Зроэионная стойкостьстали обеспечивается защитным твердымкарбйднымслоем, имеющим очень высокую15 микротвердость 2000-2200 кгс/мм 2. Одновременно предлагаемый способ обеспечивает плавное изменение механическихсвойств по сечению диффузионного слоя,улучшая его прочностные свойства.20 Формула изобретения. Способ хромирования стальных изделий, преимущественно из среднеуглеродистых и цементованных сталей, включающийразмещение обрабатываемых изделий в25 контейнере с порошковой смесью, нагрев иизотермическую выдержку при 10001050 С, охлаждение и изотермическую выдержку при 825-.850 С при последующеммногократном повторении циклов нагрев 30 охлаждение в интервале 825-1050 С, отл ич а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса диффузионного насыщенияпри сохранении коррозионной стойкостиобработанных изделий в электролитах и их35 поверхностной микротвердости, время иэотермической выдержки при 1000-1050 С впервом цикле составляет 60-90 мин, а времяпоследующих иэотермических выдержек составляет 30-40 мин.401719459 Таблица 2 Таблица 3 Режим химико-те мической об аботки Тол щи накарбидногослоя, мкм Основа Температура; С Подслой Время выдержки по иклам мин Карбиднаязона 2100-2200 30-35 900-1100 800 850 1000 900-1100 2100-2200 30-35 810 850едактор С,Лисина, Т Корректор С.Черн ул. Гагарина, 10 атент" г Ужгор оизводственно-.издательский комбина Заказ 743 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5