Przedmiotem wynalazku jest sposób aluminio¬ wania ogniowozanurzeniowego wyrobów ze stopów zelaza, takich jak odlewy z zeliwa ciagliwego, odle¬ wy z zeliwa sferoidalnego, odlewy z zeliwa szarego, odlewy ze staliwa oraz wyroby ze stali, uprzednio obrobionych mechanicznie lub erozyjnie, wzglednie nieobrobionych, przeznaczonych do pracy w wa¬ runkach wzmozonej korozji oraz w podwyzszonej temperaturze.Wytwarzanie obrabianych cieplnie wyrobów o ksztalcie zwartym ze stopów zelaza przeznaczo¬ nych do pracy w warunkach wzmozonej korozji oraz podwyzszonej temperaturze, sklada sie z sze¬ regu oddzielnych i kolejno nastepujacych po so¬ bie grup operacji technologicznych, jak odlewania wzglednie obróbki plastycznej nadajacej wyrobom wstepny ksztalt i wymiary, zabiegów obróbki ciepl¬ nej majacej na celu glównie uzyskanie korzyst¬ niejszych wlasnosci mechanicznych wyrobów oraz zabezpieczenia przed dzialaniem korozji, droga na¬ noszenia pokryc ochronnych. Najistotniejszymi tech¬ nologicznie zabiegami obróbki cieplnej sa: wyza¬ rzanie odprezajace, - wyzarzanie rekrystalizujace, wyzarzanie koagulujace zwane równiez zmiekcza¬ jacym, wyzarzanie normalizujace, hartowanie i hartowanie izotermiczne oraz ulepszanie cieplne.Jednym z najpowszechniej stosowanych zabezpie¬ czen antykorozyjnych w produkcji masowej wy¬ robów ze stopów zelaza jest ich metalizowanie ogniowe, jak na przyklad ogniowo-zanurzeniowe 26 cynowanie, cynkowanie czy tez aluminiowanie.Obróbka mechaniczna lub erozyjna nadajaca wy¬ robom ostateczny ksztalt i wymiary na przyklad gwintowanie prowadzona jest w przewazajacej wiekszosci wypadków po zabezpieczeniu powierzch¬ ni wyrobów, ochronna powloka antykorozyjna.Natomiast zabiegi obróbki cieplnej prowadzone sa przed nanoszeniem powlok ochronnych, wzglednie przed innymi procesami majacymi na celu zabez¬ pieczenie powierzchni wyrobów przed dzialaniem korozji.Jeden ze znanych sposobów wytwarzania wyro¬ bów srubowych ze stali zawierajacej 0,32—0,40°/o C obrabianych cieplnie celem podwyzszenia ich wlas¬ nosci mechanicznych, obejmuje równiez operacje ogniowo-zanurzeniowego cynkowania wzglednie aluminiowania uprzednio obrobionych cieplnie wy¬ robów, celem zabezpieczenia ich powierzchni przed dzialaniem korozji. Wyroby srubowe po zakoncze¬ niu nadajacej im ostateczny ksztalt obróbki me¬ chanicznej, jak na przyklad gwintowanie, normali¬ zowane sa poprzez nagrzanie ich do temperatury okolo 850°C wytwarzanie w tej temperaturze przez okres nie przekraczajacy jednej godziny i nastep¬ nie wolno chlodzone w powietrzu. Proces obróbki cieplnej odbywa sie w piecach promiennikowych z atmosfera obojetna. Po procesie normalizowania wyroby srubowe po odpowiednim przygotowaniu powierzchni zanurzane sa w kapieli cynku wzgled¬ nie aluminium. 96 0833 96 083 4 Wytwarzanie obrabianych cieplnie wyrobów ze stopów zelaza o ksztalcie zwartym, przeznaczonych do pracy w warunkach wzmozonej korozji oraz w podwyzszonej temperaturze, zgodnie ze znatnymi dotychczas sposobami zawiera wiele niedogodnosci.Procesy obróbki cieplnej tych wyrobów, takie jak: wyzarzanie odprezajace, wyzarzanie rekrystalizu- j%ce, wyzarzanie kpagulujace zwane zmiekczaja¬ cym, wyzarzanie normalizujace wzglednie harto¬ wanie izótermiczne oraz ulepszanie cieplne prowa¬ dzone sa oddzielnie od procesów zabezpieczajacych ich powierzchnie przed korozja i dzialaniem wyso-^ kich temperatur, jak na przyklad od cynkowania lub aluminiowania ogniowo — zanurzeniowego, wskutek tego wymagaja one dodatkowego zuzycia znacznych ilosci energii i sa z reguly procesami dlugotrwalymi, ze wzgledu na dlugi czas nagrzewu w tradycyjnych piecach z atmosfera gazowa.Procesy obróbki cieplnej wymagaja prowadzenia w atmosferach ochronnych, co dodatkowo podwyz¬ sza ich koszt z powodu stosowania pieców o spec¬ jalnej konstrukcji oraz wydatkowania gazów och¬ ronnych. Natomiast wyzarzanie w zwyklej atmo¬ sferze otaczajacej jest wprawdzie tansze, powoduje jednak ze wzgledu na utlenianie szereg niepoza¬ danych zmian w warstwie wierzchniej obrabianych cieplnie odlewów. We wszystkich przypadkach wy¬ zarzania w gazach, niezaleznie od ich charakteru w warstwie wierzchniej wyrobów zachodza w mniejszym lub wiekszym stopniu takie niekorzystne procesy powierzchniowe, jak adsorpcja cza¬ steczek gazów oraz resorpcja niektórych sklad¬ ników stopów zelaza, co objawia sie miedzy inny¬ mi utlenianiem wzglednie odweglaniem powierzch¬ ni, a wiec zjawiskami majacymi istotny wplyw szczególnie na obnizenie wlasnosci mechanicznych tych stopów. Wymagany przy obróbce w gazach dlugotrwaly czas nagrzewu powoduje nadmierny wzrost ziarna, wplywajacy równiez na obnizenie tych wlasnosci.Sposób wedlug wynalazku ma na celu usuwanie wad stosowanych obecnie procesów wytwarzania obrabianych wyrobów ze stopów zelaza o ksztal¬ cie zwartym, przeznaczonych do pracy w warun¬ kach wzmozonej korozji i w srodowiskach wysoko¬ temperaturowych.Cel ten osiaga sie poprzez pokrywanie powierzch¬ ni nieobrobionych cieplnie wyrobów ze stopów' zelaza o ksztalcie zwartym, niezaleznie od stopnia skomplikowania ich ksztaltów, warstwe aluminio¬ wa oraz jednoczesne prowadzenie w trakcie alu¬ miniowania ogniowo — zanurzeniowego obróbki cieplnej tych wyrobów, jak wyzarzanie odpreza¬ jace, wyzarzanie rekrystalizujace, wyzarzanie koa- gulujace zwane zmiekczajacym, wyzarzanie nor¬ malizujace, wzglednie hartowanie i hartowanie izótermiczne oraz ulepszanie cieplne. Jednoczesne¬ mu wytwarzaniu dyfuzyjnej warstwy aluminiowej oraz obróbce cieplnej moga byc poddawane wy¬ roby ze stopów zelaza o ksztalcie zwartym, zarów¬ no po calkowitym zakonczeniu ich obróbki mecha¬ nicznej lub erozyjnej, na przyklad gwintowania, jak i elementy nieobrobione lub obrobione czes¬ ciowo.Równoczesne formowanie powloki z aluminium lub jego stopów i obróbke cieplna wyrobów pro¬ wadzi sie w kapieli aluminium lub jego stopów o temperaturze od 550 do 950°C przez 15 sekund do minut, droga zanurzenia ich w kapieli z pred- koscia regulowana plynnie lub stopniowo w zakre¬ sie od 0,1 do 12 metrlów na minute i nastepnego ich wynurzania z predkoscia regulowana plynnie lub stopniowo w zakresie od 0,1 do 12 metrów na mi¬ nute. Równoczesnemu aluminiowaniu i obróbce io cieplnej poddaje sie wyroby wstepnie nagrzane do temperatury od 100 do 400°C. Nadmiar cieklego alu¬ minium lub jego cieklych stopów z powierzchni alu¬ miniowanych wyrobów usuwa sie poprzez otrzasa¬ nie tych wyrobów z czestoscia od 0,1 do 4& 000 cykli w na sekunde. Otrzasanie prowadzi sie równoczes¬ nie z wyciaganiem lub tez rozpoczyna sie natych¬ miast po wyciagnieciu wyrobów z kapieli i pro¬ wadzi sie nadal nad powierzchnia wyrobu.Równoczesne prowadzenie obróbki cieplnej wy- ao robów ze stopów zelaza o ksztalcie zwartym wraz z wytwarzaniem na ich powierzchni dyfuzyjnej powloki aluminiowej, obok podwyzszenia odpor¬ nosci antykorozyjnej i wysokotemperaturowej tych wyrobów, zapewnia równiez podwyzszenie ich wlas- « nosci mechanicznych, wynikle z przemian struktu¬ ralnych zachodzacych dzieki odpowiedniemu do¬ borowi parametrów procesu jak, temperatura ka¬ pieli aluminium lub jego stopów, czas zanurzania, szybkosc zanurzania i wynurzania, a takze szyb- kosc chlodzenia poaluminiowanych wyrobów po wyjeciu ich z kapieli. Niewatpliwymi zaletami tak prowadzonego procesu obróbki cieplnej w porów¬ naniu z tradycyjna obróbka cieplna w gazach jest znaczne skrócenie czasu nagrzewu i wygrzewania do kilku minut oraz wyeliminowanie bez uszczerbku dla struktury warstwy wierzchniej atmosfer ochron¬ nych, a tym samym drogich i skomplikowanych pieców zarzalniczych. Prowadzenie procesu obrób¬ ki cieplnej w kapieli aluminium, eliminuje bowiem 40 utlenianie oraz odweglanie powierzchni wyrobów z zeliwa ciagliwego, stanowiace powazna niedogod nosc tradycyjnych procesów obróbki cieplnej. Za¬ lety te jak równiez bardzo maly wzrost ziarn struk¬ tury wynikajacy z krótkiego czasu nagrzewu i wy- 45 grzewania w kapieli aluminium lub jego stopów. stanowia równiez istotny czynnik podwyzszenia wlasnosci mechanicznych wytworzonych sposobem wedlug wynalazku wyrobów.Przyklad I. Obrobione wzglednie nieobro- 50 bione mechanicznie lub erozyjnie na przyklad wier¬ cone i gwintowane gniazda i kolpaki z zeliwa ciagliwego perlitycznego z cementytem plytkowym oczyszcza sie powierzchniowo, nastepnie nagrzewa do temperatury 150—400°C oraz zanurza sie na za- 55 wieszkach lub w koszach z regulowana plynnie lub stopniowo szybkoscia od 3 do 12 metrów na minute w kapieli aluminium lub jego stopów o temperaturze 740—800° i przetrzymuje sie w tej kapieli przez okres od 1 do 10 minut. Nastepnie 60 wyroby wynurza sie z kapieli z regulowana plyn¬ nie lub stopniowo predkoscia w zakresie od 0,3 do 5 metrów na minute i poddaje sie je otrzasaniu.Otrzasanie poaluminiowanych wyrobów prowadzi sie w perforowanych koszach lub zawieszkach. 85 na których sa one zanurzane w kapieli aluminium5 96 083 6 lub jego stopów. Otrzasanie rozpoczyna sie w trak¬ cie lub natychmiast po ich wyciagnieciu z kapieli z regulowana plynnie lub stopniowo predkoscia wynurzania od 0,1 od 12 metrów na minute i trwa nad kapiela z czestoscia od 1 do 40.000 cykli na sekunde z amplituda zalezna od masy i ksztaltu wyrobów. Otrzasanie konczy sie nad powierzchnia kapieli po usunieciu nadmiaru aluminium lub jego plynnych stopów z powierzchni poaluminiowanych wyrobów.Po zakonczeniu otrzasania aluminiowane odlewy chlodzi sie wolno na powietrzu. Przetrzymywania wyrobów w kapieli aluminium lub jego stopów i nastepnego ich chlodzenia zachodzi równoczesnie tworzenie sie dyfuzyjne warstwy aluminiowej oraz koagulacja eutektoidalnego cementu plytkowego, w wyniku czego gniazda i kolpaki, obok znacznego podwyzszenia odpornosci na dzialanie korozji cha¬ rakteryzuja sie lepszymi wlasnosciami mechanicz¬ nymi, szczególnie lepsza plastycznoscia.Przyklad II. Gwintowane oraz nie gwinto¬ wane laczniki z zeliwa ciagliwego bialego, których struktura scianki mierzac od powierzchni zewnet¬ rznej oraz wewnetrznej do glebokosci okolo 500— —3000 /jm— jest ferytyczna z wydzieleniami wegla zarzenia, a nastepnie przechodzi w mieszanine fer¬ rytu i perlitu z wydzieleniami wegla zarzenia, by w srodku scianki stanowic juz wylacznie perlit z weglem zarzenia, oczyszcza sie powierzchniowo, a nastepnie nagrzewa do temperatury w zakresie od 150—400°C oraz zanurza sie na zawieszkach lub w perforowanych koszach z regulowana plynnie lub stopniowo predkoscia w zakresie od 2 od 6 metrów na minute w kapieli aluminium lub jego stopów o temperaturze w zakresie od 750—900°C.Laczniki przetrzymuje sie w kapieli przez okres od sekund do 10 minut. Nastepnie laczniki wynurza sie z regulowana plynnie lub stopniowo predkoscia w zakresie od 0,1 od 3 metrów na minute i pro¬ wadzi sie otrzasanie celem usuniecia nadmiaru ciek¬ lego metalu postepujac jak w przykladzie I, a nastepnie chlodzi sie je na powietrzu. W trakcie przetrzymywania w kapieli i nastepnego chlodze¬ nia laczników, zachodzi rozdrabnianie i prze¬ miany strukturalne osnowy zeliwa ciagliwego bia¬ lego, w wyniku czego we wnetrzu scianki wyrobów uzyskuje sie wysokodyspersyjny perlit. Wyroby finalne obok znacznego podwyzszania odpornosci na dzialanie korozji charakteryzuja sie lepszymi wlasnosciami mechanicznymi.Przyklad III. Gruboscienne odlewy bedace elementami maszyn rolniczych z zeliwa ciagliwego czarnego, których struktura we wnetrzu scianki jest perlityczna wzglednie perlityczno-ferytyczna po oczyszczeniu powierzchni nagrzewa sie do tempe¬ ratury 250—400°C oraz zanurza sie z regulowana plynnie lub stopniowo predkoscia w zakresie 0,5 do 4 metrów na minute w kapieli aluminium lub jego stopów o temperaturze od 750 do 900°C. Odle¬ wy przetrzymuje sie w kapieli przez okres 1,5 do minut i wynurza sie z regulowana plynnie lub stopniowo predkoscia w zakresie od 0,1 do 3 me¬ trów na minute. W trakcie wzglednie po wynurze¬ niu odlewów z kapieli mozna prowadzic^ ich otrza¬ sanie postepujac jak w przykladzie I. Po aluminio¬ waniu odlewy chlodzi sie wolno na powietrzu. W trakcie przetrzymywania w kapieli i nastepnego chlodzenia odlewów z zeliwa ciagliwego czarnego, zachodzi wzrost stopnia dyspersji znajdujacego sie we wnetrzu scianki perlitu, co podwyzsza wlasnosci mechaniczne aluminiowanych wyrobów.Przyk lad IV. Elementy silników spalino¬ wych oraz obrabiarek z zeliwa sferoidalnego o os¬ nowie perlitycznej lub perlityczno-ferytycznej oczyszcza sie powierzchniowo a nastepnie nagrzewa do temperatury w zakresie od 150 do 400°C oraz zanurza sie na zawieszkach lub perforowanych koszach z regulowana plynnie lub stopniowo pred¬ koscia od 1 do 10 metrów na minute w kapieli aluminium lub jego stopów o temperaturze w zakresie od 730 do 900°C. Odlewy przetrzymuje sie w kapieli metalu przez okres nie dluzszy od minut i nastepnie wynurza sie z predkoscia w zakresie od 0,1 do 8 m/minute i chlodzi na po- tQ wietrzu. W trakcie ich przetrzymywania i nastep¬ nego chlodzenia na powierzchni uzyskuje sie dyfu¬ zyjna powloke aluminiowa przy jednoczesnym ujednorodnieniu i rozdrobnieniu ich struktury, w wyniku czego we wnetrzu scianki wyrobów uzy- M skuje sie strukture wysokodyspersyjnego perlitu i grafitu sferoidalnego, wzglednie perlitu z fe- rytem i wydzielenia grafitu sferoidalnego. Wskutek tak prowadzonego procesu, wyrób finalny obok znacznego podwyzszenia odpornosci na dzialanie korozji, charakteryzuje sie lepszymi wlasnosciami mechanicznymi. Równomierne rozlozenie warstwy aluminiowej na calej powierzchni odlewów z ze¬ liwa sferoidalnego perlitycznego oraz perlityczno- -ferytycznego, nawet w miejscach o najbardziej skomplikowanym ksztalcie, jak gwint, uzyskuje sie poprzez otrzasanie. Otrzasanie tych wyrobów pro¬ wadzi sie w perforowanych koszach lub zawiesz¬ kach, na których sa one zanurzane w kapieli alu¬ minium lub jego stopów. Otrzasanie poaluminiowa- 40 nych wyrobów rozpoczyna sie w trakcie lub na¬ tychmiast po ich wyciagnieciu z kapieli. Otrzasa¬ nie konczy sie nad powierzchnia kapieli, po usu¬ nieciu nadmiaru aluminium lub jego plynnych stopów z powierzchni aluminiowanych wyrobów. 45 Przyklad V. Elementy obrabiarek z zeliwa sferoidalnego perlitycznego oczyszcza sie powierzch¬ niowo, nagrzewa do temperatury rzedu 2t)0—400°C zanurza z szybkoscia 4 do 10 m/minute w kapieli aluminium lub jego stopów o temperaturze rzedu 5o 800—900°C. Po przetrzymaniu w kapieli przez ok¬ res nie dluzszy od 30 minut odlewy wynurza sie z predkoscia w zakresie 8—12 m/min. i po otrzas- nieciu ich zgodnie z postepowaniem przedstawio¬ nym w przykladzie I wzglednie bezposrednio zanu- rza sie w oleju, stopionych solach lub kapieli me¬ talu o temperaturze 250 do 350°C. Po wyjeciu z tej kapieli aluminiowane odlewy chlodzi sie na po¬ wietrzu lub w wodzie. W wyniku takiego postepo¬ wania, obok uzyskania na powierzchni ochronnej, 50 dyfuzyjnej powloki aluminiowej, doprowadza sie do utworzenia w calym przekroju odlewów bai- nitycznej struktury osnowy. Dzieki temu podwyz¬ sza sie znacznie wlasnosci mechaniczne odlewów z # zeliwa sferoidalnego perlitycznego.Przyklad VI. Elementy zaworów instalacji7 96 083 8 ropy naftowej z zeliwa szarego, oczyszcza sie po¬ wierzchniowo a nastepnie nagrzewa do temperatury w zakresie od 150 do 400°C oraz zanurza sie na zawieszkach lub perforowanych koszach z regulo¬ wana plynnie lub stopniowo predkoscia w zakresie od 0,2 do 6 metrów na minute w kapieli stopów aluminium o temperaturze w zakresie od 500 do 600°C. Odlewy z zeliwa szarego przetrzymuje sie w kapieli metalu przez okres nie przekraczajacy minut. W trakcie i'ch przetrzymywania i wstep¬ nego chlodzenia uzyskuje sie korzystny stan napre¬ zen wewnetrznych odlewów, co chroni je przed niezamierzona deformacja ksztaltowo-wymiarowa.Wysuszanie wyrobów i zeliwa szarego z kapieli sto¬ pów aluminium odbywa sie z predkoscia regulowa¬ na plynnie lub stopniowo w zakresie od 0,1 do 5 metrów na minute. Równomierne rozlozenie war¬ stwy aluminiowej uzyskuje sie poprzez ich otrza¬ sanie zgodnie z opisem w przykladzie I.Przyklad VII. Wkrety kolejowe ze stali o strukturze perlityczno-ferytycznej zawierajacej 0,3—0,WoC oczyszcza sie mechanicznie, trawi i top¬ nikuje oraz podgrzewa do temperatury 150—300°C a nastepnie zanurza sie na zawieszkach lub w per¬ forowanych koszach z regulowana plynnie lub stop¬ niowo predkoscia w zakresie od 2 do 8 metrów/min. w kapieli aluminium lub jego stopów o tempera¬ turze w zakresie od 800 do 950°C. Wkrety prze¬ trzymuje sie w kapieli przez okres nie dluzszy niz 4 minuty i nastepnie po wyjeciu z kapieli z predkoscia od 1 do 5 m/min. chlodzi sie wolno na powietrzu. W trakcie wynurzania moga one byc poddane otrzasaniu zgodnie z postepowaniem przedstawionym w przykladzie I. W trakcie prze- trzj^mywania w kapieli i nastepnego wolnego chlo¬ dzenia na powietrzu wkretów, zachodzi rekrysta¬ lizacja oraz normalizowanie perlityczno-ferytycz- nej struktury stali, co obok uzyskania ochronnej powloki aluminiowej prowadzi do podwyzszenia wlasnosci mechanicznych wkretów. PL