RU2001975C1 - Способ повышени долговечности аустенитных сталей - Google Patents

Abstract

Использование, дл  удешевлени  металлических деталей, работающих при высоких температурах , удлинени  срока их службы, упрощени  технологии изготовлени  деталей с повышенной прочностью Сущность изобретени  хромовое покрытие нанос т термическим разложением металлооргани- ческого соединени  при толщине покрыти  5-10 мкм 3 табл.

Description

Изобретение касаетс  машиностроени  и предназначено дл  улучшени  качества и удешевлени  металлических деталей, работающих в услови х высоких температур .

Известен способ повышени  долговечности аустенитной стали путем азотировани  стальных изделий, имеющих пассированной оксидное покрытие. Способ заключаетс  в том. что перед проведением химико-термической обработки поверхностей , на которых должен быть образован слой с улучшенными физико-химическими характеристиками, осуществл ют депасси- вирование поверхностей, а затем их химическое активирование с последующим электролитическими нанесением покрыти  из железа.

Известен также способ повышени  прочности и коррозионной стойкости стального листа путем гор чего цинковани  с последующей термообработкой при 680-850°С. Метод эффективен при работе материала в области средних температур.

К недостаткам обоих способов относитс  нецелесообразность применени  дл  материалов , работающих о области высоких температур, высока  трудоемкость осуществлени  способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу  вл етс  способ улучшени  эксплуатационных свойств матрицы из нержавеющей стали выбранный в качестве прототипа.

Способ состоит в нанесении на поверхность матрицы из нержавеющей стали тонкой пленки элемента группы IY а (титан), Y а (например ниобий), хрома или AI способом химического осаждени  или из паровой фазы с последующим имплантированием в поверхность с покрытием ионов азота при

;ка 150 кэВ ион-см.При этом повышаетс  прочность при высоких температурах, стойкость к окислению, увеличиваетс  срок службы издели .

Недостатки способа; сложность технического осуществлени  способа, необходимость дорогосто щей установки, обеспечивающей фиксированную плотность ионов азота.

Цель изобретени  - создание способа повышени  долговечности сталей аустенит- ного класса, эксплуатируемых при высоких температурах.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что на поверхности стали наноситс  тонкий слой хромового покрыти  из металлооргаускор ющем напр жении пор дк и плотности ионов азота 1 10 и

нического соединени  (МОС). Оптимальна  толщина покрыти  составл ет 5-10 мкм.

Дл  нанесени  покрыти  выбран следующий технологических режим: Т 450- 495°С, Рв.реак. 0,34-0,36 мм рт.ст., Uoc - 0,002-0,003 град/мин, тос 12-15 мин, где Тос - температура осаждени : Uoc - скорость осаждени ; Рв.реак. -давление, toe - врем  осаждени , Хромовое покрытие

0

получают путем пиролиза технического продукта Бархос (бис-этилбензо/1хром) по методике , описанной; Всес. совещ. по применению МОС дл  получени  неорганических материалов и покрытий. М.; Наука,

5 1983; Крашенинников В .Н. и др. - В кн.: 4 Всес. совещ. по применению МОС дл  получени  неорганических материалов и покрытий . М.: Наука, 1983, с. 64 , Хромовое покрытие из металлоорганического соеди0 нени  дл  упрочнени  сталей, работающих в услови х высоких температур, ранее не примен лось.

В существовавших ранее способах дл  повышени  долговечности примен лась

5 многократна  химико-термическа  обработка поверхности с предварительной подготовкой поверхности, имплантации ионов азота в покрытый элементами IY или Y группы поверхностный слой стали.

0 в предлагаемом способе дл  этой цели впервые примен етс  нанесение сло  из хромового металлоорганического соединени  толщиной 5-10 мкм, что значительно упрощает технологию, удешевл ет и удли5 н ет срок служ бы (долговечность увеличиваетс  в 10-15 раз) деталей, работающих при высоких температурах (Т 0,5 ТПл). Кроме того, предлагаемый способ позвол ет заменить дорогосто щие жаропрочные сплавы

0 аустенитными стал ми, упрочненными путем нанесени  тонкого поверхностного покрыти  из хромового металлоорганического соединени .

Таким образом, отличительные призна5 ки предлагаемого способа: нанесение хромового покрыти  из МОС на поверхность аустенитных сталей без предварительной химико-термической обработки материала при оптимальной толщине покрыти  5-10

0 мкм -  вл етс  существенными, не известны ни в аналогичных технических решени х, ни в прототипе и обеспечивают ему положительный эффект.

При высоких температурах Л 0,5 ТЛ )

5 и низких напр жени х (о/Е 10 активизируетс  особый вид деформации - зерногра- ничное проскальзывание (ЗГП), которые вносит существенный вклад как в зарождение , так и в рост микротрещин. Следует отметить , что особенности изменени  ЗГП в

результате действи  различных факторов (температуры, легировани , структуры материала и т.п.) сказываютс  на стойкости материала разрушению.

Известно, что максимальна  величина деформации ЗГП (ЈГр) наблюдаетс  на поверхности образца и уменьшаетс  по сечению по направлению к центру образца. Формирование межкристаллитных трещин начинаетс  также с поверхности материала в тех местах, в которых ЗГП достигает максимальной величины. Поэтому набольший эффект увеличени  долговечности в этих услови х эксплуатации (высокие температуры , низкие напр жени ) дают методы поверхностного упрочнени , в частности обработка поверхности металлоорганиче- скими соединени ми хрома. Апробаци  метода осуществл лась на стал х различного класса Х17Н2. IX18H9T, Х18Н10. Температура испытаний (850-950°С) не превышала температуру рекристаллизации хромовых покрытий, интервал напр жений составл ет (7 2-20 кг/мм2.

Полученные результаты представлены в табл.1

В табл.2 представлены данные по вли нию хромовых покрытий из МОС и лазерного облучени  на механические свойства стали IX18H9T при температуре испытани  950°С.

Повышение долговечности материала при высокотемпературной ползучести можно объ снить следующим образом.

Поверхностное покрытие из металлоор- ганического соединени  хрома при дальнейшем нагреве упрочн ет поверхностный слой металла за счет диффузии хрома в основной материал. Упрочнение поверхностного сло  ведет к уменьшению деформации

как за счет скольжени , так и за счет ЗГП. Снижение скорости ЗГП приводит к замедлению процесса образовани  и роста трещин и увеличению долговечности материала. Важное значение имеет и тот

факт, что в нанесении хромовых покрыти х вплоть до температуры испытани  950°С отсутствуют рекристаллизационные процессы , которые ведут к уменьшению долговечности.

Зависимость долговечности стали от толщины хромооого покрыти  приведена в табл 3.

Нанесение хромового покрыти  толщиной менее 5 мкм  вл етс  нецелесообразным в силу неравномерности толщины покрыти  по длине образца, взаимный диффузионный слой стали и покрыти  незначительны .

Приведенные результаты свидетельствуют о высокой эффективности предлагаемого способа упрочнени  материала путем нанесени  поверхностного хромового покрыти  из МОС. Оптимальна  толщина покрыти , как следует из табл.З, составл ет

5-10 мкм.

(56) За вка ЕПВ Nfe 0248431,кл. С 23 С 8/02,

1988.

За вка Японии № 63-72860, кл С 23 С 2/28,1988.

За вка Японии № 62-192577, кл С 23 С 14/16, 1989.

Примечание, Упрочнение .поверхностного сло  покрытием из МОС хрома (толщина 5-10 мкм) увеличивает долговечность материала в 10-15 раз; скорость ползучести при этом уменьшаетс  на 2 пор дка.

Врем  жизни образца до разрушени  (или долговечность) представлена в таблице по результатам испытани  не менее 25-30 образцов каждой марки стали.

Таблица

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ, включающий нанесение хромового покрыти , отличающийс  тем, что. с целью повышени  ю толщине покрыти  5-10 мкм.

   Таблица 2

   Таблица 3

   эксплуатационных свойств стали при высоких температурах, упрощени  способа и снижени  трудоемкости, хромовое покрытие нанос т термическим разложением ме- таллоорганического соединени  при