PL147547B1 - Method of producing superficial layers on heat-resisting and stainless steels in particular austenitic ones - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania na elementach wykonanych ze stali zarood¬ pornych oraz odpornych na korozje, warstw wierzchnich dyfuzyjnych o podwyzszonych wlasci¬ wosciach fizyko-chemicznych, warstw uzyskiwanych w procesie cieplno-chemicznym w atmosferze gazowej-przez azotowanie lub obróbki pochodne azotowaniu. Wynalazek dotyczy szczególnie stali o strukturze austenitycznej.Stale zaroodporne i odporne na korozje sa stalami stopowymi na bazie Cr-Ni oraz Cr-Mn. W zwiazku z wysokim powinowactwem chromu do tlenku, stale te powierzchniowo pasywuja sie warstwa tlenku chromu Cr203 lub roztworu stalego Cr203-Fe2C3. Pasywacja zachodzic moze zarówno w temperaturze otoczenia jak i podczas obróbki cieplno-chemicznej, na przyklad w warunkach nawet sladowego zawilgocenia atmosfery gazowej zdysocjowanego amoniaku. War¬ stwa ta jest bardzo pasywna, jej nieprzenikliwosc dyfuzyjna wynika z bardzo malo zdefaktowanej sieci krystalicznej.Znane dotychczas sposoby wytwarzania warstw wierzchnich na tego rodzaju stalach polegaja na dokonaniu depasywacji i uaktywnienia powierzchni stali, umozliwiajacych nastepnie efektywne przeprowadzenie azotowania gazowego lub obróbki pochodnej. Depasywacje i uaktywnienie powierzchni wykonuje sie przez chemiczny rozklad warstwy tlenkowej, niekiedy na drodze mecha¬ nicznej - na przyklad przez piaskowanie. Najczesciej stosowane sa depasywatory w postaci zwiaz¬ ków halogenków dodawanych do atmosfery gazowej, na przyklad HF, HBr. Zwiazki te charakte¬ ryzuja sie,duza toksycznoscia, co stanowi o techniczno-ekspolatacyjnej uciazliwosci procesu.Depasywatory wprowadzane do atmosfery gazowej powoduja odpasowywanie wewnetrznych2 147 547 powierzchni instalacji, przede wszystkim retorty, w której odbywa sie proces a ponadto osadzaja sie w instalacji w miejscach o temperaturze nizszej niz 300°C - co jest powodem zmiany przeplywów i niestabilnosci procesu.Znany jest równiez proces azotonasiarczania, w którym dodatek par siarki do atmosfery czesciowo zdysocjowanego amoniaku wplywa redukujaco na pasywnosc warstewki tlenkowej - co ulatwia dyfuzje azotu w glab obrabianego elementu. Sposób ten jestjednak malo skuteczny dla stali austenitycznych.W opisie zgloszonego wynalazku nr P-215893 (opublikowanym w BUP 26/80) przedstawiony jest sposób wytwarzania na stalach konstrukcyjnych warstwy wierzchniej o zwiekszonej odpor¬ nosci na zuzycie. Polega on na galwanicznym naniesieniu warstwy chromu na element ze stali konstrukcyjnej oraz nastepnie poddaniu zabiegowi azotowania gazowego w temperaturach 800 do 1200°C. Po nalozeniu warstwy chromu wystepuja warunki czesciowo zblizone do opisanych powyzej dla stali chromowych, powierzchniowa pasywacja tlenkami utrudnia skuteczna dyfuzje azotu. Brak jakichkolwiek dzialan depasywujacych powoduje, ze azotowanie przebiega wiec wylacznie przez nieliczne mikro i makroskopowe defekty warstwy powierzchniowej. Uzyskana pod warstwa chromu warstwa naazotowana ma wiec charakter wyspowy, nieciagly a udzial azotowania w efekcie lacznym odpornosci na zuzycie jest nieznaczny.Sposób wedlug wynalazku eliminuje przedstawione niedogodnosci technologiczne. W tym celu przed gazowym azotowaniem lub pochodna obróbka cieplno-chemiczna, zdepasywowane i uaktywnione powierzchnie, na których ma byc wytwarzana warstwa wierzchnia pokrywa sie galwanicznie zelazem. Naniesiona warstwa zelaza stanowi w obróbce cieplno-chemicznej prze¬ grode wychwytujaca tlen, posiada strukture jednorodnie przenikliwa dla dyfuzji azotu w stali, powtarzalnosc parametrów wytwarzanych warstw, mniejsza czulosc procesu na zawilgocenie atmosfery gazowej - co jest szczególnie korzystne dla warunków produkcji seryjnej. Sposób jest nietoksyczny, umozliwia uzyskanie warstwy wierzchniej na calym lub wybranych powierzchniach elementu.Sposób wedlug wynalazku przyblizony zostanie opisem przykladowego procesu wytwarzania warstwy azotowanej na trzonku zaworu wydechowego dla silnika spalinowego. Zawór wykonany jest ze stali austenitycznej, gatunku 50H21G9N4. Po koncowej obróbce mechanicznej trzonka, odtluszczony zawór poddany jest aktywacji elektrochemicznej w kapielach zawierajacych gluko- nian sodowy. Nastepnie przeprowadza sie galwaniczne zelazowanie trzonka zaworu w celu uzy¬ skania powloki zelaza o grubosciach 0,002 mm. Kolejna operacja po wysuszeniu zaworu jest obróbka cieplno-chemiczna azotowania gazowego. Zawór umieszczony zostaje w szczelnej retorcie polaczonej z instalacja gazowa amoniaku. Wygrzewanie w piecu w temperaturze 575°C przez 2 godziny powoduje wytworzenie na trzonku warstwy odpornej na zuzycie i zacieranie, natomiast grzybek zaworu pokrywa sie warstwa tlenkowa uniemozliwiajaca dyfuzje. Jest to korzystne ze wzgledu na nieobnizanie odpornosci grzybka na korozyjne dzialanie spalin w czasie pracy zaworu.Zalaczone zdjecie przedstawia w powiekszeniu 500x szlif metalograficzny trzonka zaworu.Warstwa dyfuzyjna 1 o grubosci 0,026 mm, obejmujaca naazotowana równiez warstewke zelaza 2, wystepuje nad warstwa podloza 3 z zanikajacymi sladami dyfuzji. Dokonane pomiary twardosci wykazaly dla: - warstwy dyfuzyjnej 1 1030 HV 0,02 -podloza 680 HV0,02 - rdzenia 370 HV 0,02 Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania warstw wierzchnich na stalach zaroodpornych oraz odpornych na korozje, zwlaszcza austenityc/nych, polegajacy na zdepasywowaniu i uaktywnieniu powierzchni stali oraz gazowym azotowaniu lub pochodnej obróbce cieplno-chemicznej, znamienny tym, ze przed obróbka cieplno-chemiczna powierzchnie, na których ma byc wytworzona warstwa wierzchnia pokrywa sie galwanicznie zelazem.147547 * ^^*^ %V*C '-!*£-¦ PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania warstw wierzchnich na stalach zaroodpornych oraz odpornych na korozje, zwlaszcza austenityc/nych, polegajacy na zdepasywowaniu i uaktywnieniu powierzchni stali oraz gazowym azotowaniu lub pochodnej obróbce cieplno-chemicznej, znamienny tym, ze przed obróbka cieplno-chemiczna powierzchnie, na których ma byc wytworzona warstwa wierzchnia pokrywa sie galwanicznie zelazem.147547 * ^^*^ %V*C '-!*£-¦ PL