Способ химико-термической обработки

(19) (11) ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 8 9/10 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУи ИЧЕСКО нагрев ыщения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 3210768/2201.12,80.07.07.83. БюЮ.В. НовокреБакуменко621 785.5(081. Ворощнинстали. И.,(51(57) 1. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕ ОБРАБОТКИ, деталей, включающи и выдержку при температуре н в расплаве, содержащем соль нащего металла и его сплав, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповыщения эксплуатационной стойкосдеталей, перед выдержкой через расплав при температуре насыщения пропускают постоянный ток при аноднополяризации детали и поддерживаютстоянным равновесный потенциал .депутем регулирования величины постоного тока.2, Способ по и. 1, о т л и ч ащ и й с я тем, что перед пропускем постоянного тока расплав при тпературе насыщения выдерживают длполучения квазиравновесного состония.1027282 Изобретение относится к химикотермической обработке, в частности кпроцессам диффузионного насыщенияметаллов и сплавов, с целью приданияих рабочим поверхностям износоустойчивости, жаро- и коррозионностойкихсвойств.Известен способ электролизного получения покрытия на металлах и сплавах, заключающийся в том, цто стальную деталь погружают в расплав буры,подключают в качестве катода в цепьпостоянного тока, анодом служит графитовый стержень и пропускают ток сплотностью на катоде 0,15-0,20 Цсм , 15напряжение 2-111 В, температура 930950 С, выдержка 2-6 ч, в результатеполучают диффузионный слой, состоящий из двух фаз ГеВ и Ге В, толщинойР 1до 0,35 мм 11,20Недостатком этого способа является то, что в пределах диффузионногослоя происходит образование различныхпо химическому составу, механическими теплофизическим свойствам отдельных 25фаз ГеВ и Ге В. В результате На гра 2нице раздела фаз механические и теплофизические свойства изменяютсяскачкообразно и, как следствие,ухудшается прочность сцепления покрытия с основой защищаемой детали.Кроме того, более богатая фаза ГеВ,расположенная во внешнем слое диффузионного покрытияобладает болеевысокой хрупкостью по сравнению сфазой ЕеВ, что приводит к снижениюизносоустойчивости покрытия. Наиболее близким к предложенномупо технической сути и достигаемомурезультату является споСоб диффузион 40ного покрытия металлов и сплавов, заключающийся в том, что защищаемую деталь погружают в ванну, содержащуюсоль покрывающего металла (расплавленную буру) и 30-1103 его сплава 45(карбид бора), выдерживают при 900-950 ОС в течение 2-20 ч, в результатеполучают диффузионный слой, состоящийиз двух фаз ГеВ и ГеВ, толщиной доО,Й 5 мм .2 ,50Однако при таком способе получениядиффузионного покрытия, диффузионныйслой также состоит из нескольких фаз,что приводит к снижению износостойкости покрытия и других свойств. Способ. не позволяет получить покрытиес высокими эксплуатационными свойствами. 2Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости деталей.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу химико-термической обработки деталей, включающему нагрев и выдержку при температуре насыщения в расплаве, содержащем соль насыщающего металла и его сплав, перед выдержкой через расплав при температуре насыщения пропускают постоянный ток при анодной поляризации детали и поддерживают постоянным равновесный потенциал детали путем регулирования величины постоянноготока.При этом перед пропусканием постоянного тока расплав при температуре насыщения выдерживают для получения квазиравновесного состояния.В системе, находящейся в квази- равновесном состоянии, при погружении защищаемой детали происходит переход покрывающего металла из расплава солей на поверхность защищаемой детали, что приводит к уменьшению активности атомов защищаемой детали и к снижению скорости коррозии защищаемой детали. В такой системе процесс происходит нестационарно, что приводит к росту. концентрации атомов покрывающего металла в поверхностном слое защищаемой детали. При пропускании через защищаемую деталь поляризующего постоянного тока анодного направления концентрация в поверхностном слое уменьшается за счет растворения избыточного количества атомов покрывающего металла. Одновременно происходит диффузия атомов покрывающего металла в твердую фазу защищаемой детали, что также приводит к уменьшению концентрации покрывающего металла в поверхностном слое, Если убыль концентрации покрывающего металла за сцет анодного и диффузионного процесса по абсолютной величине превышает прибыль за счет самопроизвольного процесса, то величина потенциала детали смещается в положительную сторону. Для поддержания постоянного состава необходимо поддерживать постоянный потенциал детали, что достигается регулированием величины постоянного тока. Это следует из уравнения Нернста 1 Т Ср+Щ= СОНЭК+ 1 ИинГ СМе10272 40 где Й - универсальная газовая постояннаяя,град мольС- концентрация ионов покрывающего металла в солевомрасплаве, прилегающем к поверхности защищаемой детаг-ионли,литрконцентрация атомов покрыМевающего металла в граничномслое защищаемой детали, прилегаоцем к солевому расплаву;Т - абсолютная температура в 15градусах Кельвина.При выборе определенного потенциала на защищаемой детали можно создатьдиффузионный слой с заданными физикохимическими свойствами (высокой износоустойчивостью, жаро- и коррозионностойкостью). Например, при потенциале защищаемой детали из сталиУ, равном 0,150-0,200 в по отношению к спеченному бору, на поверхности 25, образуется слой, состоящий из фазы Ге 2 В.П р и м е р 1. Осуществляют однофазное борирование стали Ув ванне,содержащей в качестве соли покрывающего металла буру 907., хлорид натрия5 в качестве сплава металла - полиборид магния 54 при 900 С, Содержимое ванны выдерживают при 900 С втечение 10 ч. Затем в расплав погружают защищаемую деталь - образец и35электрод сравнения из спеченного бора, устанавливают на эталонном блокеисточника напряжений потенциостатаположительный потенциал образца поотношению к электроду сравнения ивключают рабочую цепь потенциостата.Один иэ электродов рабочей цепи - защищаемая деталь - образец поляризовался анодно, другой электрод - корпусванны поляризовался катодно, потенциал образца поддерживался постоянным за счет автоматического регулирования величины поляризующего тока.При заданном положительном потенциале борировали по два образца, один 5 Опродолжительностью в 3 ч, другойб ч;Таким образом, проведено борирование при шести потенциалах. Крометого, для сравнения с предложенным 55способом провели опыты согласно известному способу без наложения поляризующего тока. Образцы после опытов 824подвергали закалке в воде, визуальному осмотру и металлографическомуанализу, Результаты опытов, сведенные в табл. 1 показывают, что при борировании деталей однофазное покрытие без дефектов формируется в области потенциалов 0,150-0,2 В по отношению к спеченному бору.При потенциале менее 0,150 В, атакже без наложения поляризующего тока борирование приводит к образованиюдвухфазного покрытия, которое притермообработке обладает меньшей стойкостью (скалывается) по сравнению сдиффузионным покрытием, полученнымпо предложенному способу в областипотенциалов 0,15-0,2 В,Борирование при потенциалах более0,2 В не приводит к образованию диффузионного покрытия (образец частичнорастворяется).Увеличение продолжительности опытов при заданном потенциале не приводило к изменению фазового составапокрытия и сказывалось только на общей толщине диффузионного слоя: чембольше продолжительность, тем большетолщина.Величина тока во время эксперимента изменялась по параболическому закону, однако эти изменения не приводили к изменению фазового составапокрытий, так как опыты проводили припостоянстве потенциала образцов.Таким образом, из результатов борирования образцов следует, что предложенный способ получения диффузионныхпокрытий отличается от известноготем, что получаемые покрытия на стали Упо предлагаемому способу имеютбольшую стойкость,П р и м е р 2. Производят алитирование меди в ванне, содержащей,вес,Ъ: ВаСВ Йб, КСГ 33, ИаСР 13,АО Г О, при температуре 600 С. Солипредварительно сушат при 300 О С, плавят в ванне. После расплавления в ванну добавляют 10 вес.Ф алитирующегопорошка марки АПВ, выдерживают в течение 1 ч, Затем в расплав погружаютмедный образец, электрод сравненияиз алюминия, после чего поляризуютобразец анодно при заданном потенциале аналогично примеруЯПосле алитирования образцы подвергают закалке в воде, визуальному осмотру. Испытания на износостойкость проводят при сухом трении качения намашине СИЦ, в. качестве контртела используют втулку иэ борида железа (ГеВ), медные образцы имеют форму втулок с диаметром 35 мм и высотой 12 мм с алюминиевым диффузионным покрытием 5 и беэ него, Внешняя поверхность испытуемой втулки при вращении со скоростью 500 об/мин прижималась к поверхности контрвтулки при нагрузке 30 кг, При достижении предельного мо О мента трения, когда происходило схва" тывание образцов, машина автоматически отключалась. Об относительной ве" личине иэносостойкости судят по времени достижения предельного момента 15 трения.Свойства алитированного слоя приве" дены в табл. 2. Из приведенных в табл, 2 результа" 29 тов следует, что алитирование при 600 С по предложенному способу позволяет получить диффузионные покрытия на меди в интервале потенциалов 0,250- 0,350 В по отношению к алюминиевому 25 электроду сравнения. Износостойкость полученных диффузионных покрытий в 11-б .раэ выше меди. Алитирование при менее положительных потенциалах и без наложения поляризующего тока не при водит к образованию диффузионного слоя из-за оплавления. Алитирование при более положительных потенциалах не удается осуществить из-за анодного растворения меди. 35П р и м е р 3. Осуществляют борил. лизацию меди при 900 ОС в герметически закрытой кварцевой пробирке в атмос" Фере аргона. В качестве соли используют эквимольную смесь хлоридов ка лия и натрия с добавкой 20 вес.3 хлорида бериллия, которые помещают в тигель, изготовленный из металлического бериллия, Расплав солей в тигле выдерживают при температуре опытов 45 в течение 11 ч. Затем в расплав погружают медный образец, электрод сравнения иэ металлического бериллия и поляризуют образец анодно при заданном потенциале положительно по 50 отношению к бериллиевому электроду сравнения. Аналогично примерам 1 и 2 корпус тигля в рабочей цепи потенциостата служит катодом,. При каждомзаданном потенциале проводят по дваопыта продолжительностью 3 и 6 ч. Образцы после опытов закаливают, подвергают металлографическому анализуи испытанию на жаростойкость,Полученные результаты приведеныв табл. 3,Испытания на жаростойкость заключались в выдержке образцов при 800 Сона воздухе в течение 1 ч, о жаростойкости судили по величине прибылив весе образцов. Иэ результатов опытов, сведенных в. табл. 3 следует,очто бериллиэация меди при 900 С попредложенному способу в области потенциалов 0,250-0,1100 В по отношениюк бериллиевому электроду сравненияпозволяет получить однофазное покрытие, жаростойкость которого выше,чем у меди, примерно в четыре раза.При менее положительных потенциалахи беэ наложения поляризующего токадиффузионное покрытие невозможно получить из-эа оплавления образцов,При более положительных потенциалах медный образец растворяется,вследствие чего невозможно получитьдиффузионное покрытие и повысить .жаростойкость медиУвеличение продолжительности диф"фузионного насыщения приводит к увеличению толщины диффузионного слоя,однако Фазовый состав слоя не изменяется.Предлагаемый способ проверен также на примере получения диффузионныхпокрытий циркония на медных образцах.Обычными методами на поверхности медных образцов образуется диффузионныйслой, состоящий из нескольких фаз:Ег Сц 4, ЕгСц, 2 г, Со, ЕгСО, Предлагаемым способом получены однофазные, двухфазные диффузионные слои.Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить получениедиффузионных слоев заданного химического состава, что в итоге приводитк повышению износоустойчивости, жаро"и коррозионностойких свойств защищаемой детали.Ожидаемый экономический эффектсоставляет 100,5 руб/пуансон.Примечание Вольт Пример 6 Трещины То жеПример Примечание Вольт тй(йзвестный) Образецоплавился То же 10 0,150 0,280 О 090 То же 13 8Примечание 1 (иэ. вестный) Образецоплавился Образецоплавился 0,150 0,050 6 0,150 3 0,150 6 0,200 3 0,200 6 0,350 6 2 О 150 3 3 0,200 3 0,200 6 0,35 О 3 6 0,350 б 7 0,450 3 Время,Пример Вольт ч Состояниеповерхностипослезакалки Беэ дефектов Времядостиженияпредельногомоментатрения, мин Наростойкость.Увеличениемассы, г/м ч Таблица 1 Образец частичнорастворился Таблица 2 Поверхность серого цвета Поверхностьжелтого цвета Образец частичнорастворился Таблица 3Пример Вольт честв ойаз 2,0 1,5 2,8 2,1 8,0 Образец частичнорастворился 0 0 Составитель Р. КлыковаРедактор С. Патрушева Техред К.Мыцьо Корректор О, Тигор Заказ 4680/32 Филиал ППП патент", .г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 4 5 6 7 0,250 3 0,250 6 0,400 3 0,400 6 0,550 6 0,190 0,320 0,190 0,320 ЕЩ Е В4 т Ш Ш Ш Тираж 956 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская нб., д, 4/5