RU2010885C1

RU2010885C1 - Composition for diffusion saturation of steel articles

Info

Publication number: RU2010885C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Козуб; И.С. Керницкий; О.П. Калиновская; Ю.И. Смерека
Original assignee: Львовский политехнический институт
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: chemical-thermal metal working. SUBSTANCE: composition has, wt. - % gray iron 50-55; ferromanganese 10-15; chrome oxide 10-15, and lime 15-30. EFFECT: enhanced quality of composition. 2 tbl

Description

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности в машиностроении для повышения износостойкости поверхностного слоя деталей машин при абразивном изнашивании. The invention relates to chemical-thermal treatment of metals and alloys and can be used in various industries, in particular in mechanical engineering, to increase the wear resistance of the surface layer of machine parts during abrasive wear.

Известен состав для хромирования (1), содержащий следующие компоненты, мас. % : Алюминий 12,5 - 15 Хлористый аммоний 1,25 - 2 Дигидрат бихромата меди 30 - 45 Фтористый аммоний 1,25 - 2 Окись алюминия Остальное
Недостатком такого состава является незначительная глубина диффузионного слоя, которая составляет 20-30 мкм, полученного при 1100^оС в течение 6-8 ч.A known composition for chromium plating (1), containing the following components, wt. %: Aluminum 12.5 - 15 Ammonium chloride 1.25 - 2 Copper dichromate dihydrate 30 - 45 Ammonium fluoride 1.25 - 2 Aluminum oxide The rest
The disadvantage of this composition is the insignificant depth of the diffusion layer, which is 20-30 microns, obtained at 1100 ^about C for 6-8 hours

Наиболее близким к предлагаемому составу для хромирования изделий по технической сущности и достигаемому эффекту является состав, содержащий следующие компоненты, мас. % : Серый чугун 19 - 21 Ферромарганец 22 - 23 Хром 3 - 9 Борный ангидрид 35 - 40 Фтористый натрий Остальное
Состав дает возможность получать эвтектическое покрытие до 1,5 мм при температуре 1200^оС и нагреве детали как токами высокой частоты так и в термических печах.Closest to the proposed composition for chrome plating products by technical nature and the achieved effect is a composition containing the following components, wt. %: Gray cast iron 19 - 21 Ferromanganese 22 - 23 Chrome 3 - 9 Boric anhydride 35 - 40 Sodium fluoride
The composition enables to obtain a eutectic coating to 1.5 mm at a temperature of 1200 ^{° C} and heating items as the high-frequency current and the thermal furnaces.

Особенность данного состава порошковой смеси заключается в том, что в качестве флюсующего элемента он содержит борный ангидрид и фтористый натрий (сумма их оставляет 50-53% ). Выступая в роли легирующего элемента, такого количества борного ангидрида (35-40% ) не требуется. Большое количество в составе смеси борного ангидрида вызвано недостаточными его защитными свойствами от окисления металлических элементов (серый чугун, ферромарганец, хром) при температурах более 800^оС. Особенно это важно по отношению к хрому, который образует при нагревании труднорастворимые окислы. Недостаток в защитных свойствах компенсируется количественным составом борного ангидрида.The peculiarity of this composition of the powder mixture is that it contains boric anhydride and sodium fluoride as a fluxing element (their sum leaves 50-53%). Acting as an alloying element, such an amount of boric anhydride (35-40%) is not required. A large number in the mixture of boric anhydride caused by insufficient its protective properties from the oxidation of metallic elements (gray cast iron, ferro-chrome) at temperatures above 800 ^C. This is especially important with respect to chromium, which forms a sparingly soluble oxides on heating. The lack of protective properties is compensated by the quantitative composition of boric anhydride.

Таким образом, если увеличить количество хрома в смеси, то нужно значительно увеличить количество борного ангидрида, а если исключить хром, то уменьшение борного ангидрида не представляется возможным. Поэтому наличие большого количества дорогостоящего борного ангидрида в смеси ограничивается возможностью получения более толстых и качественных покрытий. Thus, if you increase the amount of chromium in the mixture, you need to significantly increase the amount of boric anhydride, and if you exclude chromium, then a decrease in boric anhydride is not possible. Therefore, the presence of a large number of expensive boric anhydride in the mixture is limited by the possibility of obtaining thicker and better coatings.

Целью изобретения является повышение насыщающей способности состава порошковой смеси и износостойкости покрытия. The aim of the invention is to increase the saturation ability of the composition of the powder mixture and the wear resistance of the coating.

Поставляемая цель достигается тем, что в состав для хромирования стальных изделий, содержащий серый чугун, ферромарганец, дополнительно вводят окись хрома и негашенную кальциевую воздушную строительную известь (ГОСТ 9179-77. Содержание активных CaO + MgO не менее 90% активная MgO не более 5% ) при следующем содержании компонентов, мас. % : Серый чугун 50 - 55 Ферромарганец 10 - 15 Окись хрома 10 - 15 Известь 15 - 30
В данном составе порошковой смеси известь используется как флюсующий элемент. Он надежно защищает металлические элементы (серый чугун, ферромарганец) от окисления способствует хорошему шлакообразованию и смачиванию металлических материалов.The goal is achieved in that the composition for chromium plating of steel products containing gray cast iron, ferromanganese, is additionally introduced chromium oxide and quicklime calcium building lime (GOST 9179-77. The content of active CaO + MgO not less than 90% active MgO not more than 5% ) at the following content of components, wt. %: Gray cast iron 50 - 55 Ferromanganese 10 - 15 Chromium oxide 10 - 15 Lime 15 - 30
In this composition of the powder mixture, lime is used as a fluxing element. It reliably protects metal elements (gray cast iron, ferromanganese) from oxidation and contributes to good slag formation and wetting of metallic materials.

Кроме того, известь снижает температуру плавления окиси хрома до 1020^оС с образованием атомов хрома.In addition, lime reduces the melting point of chromium oxide to 1020 ^about With the formation of chromium atoms.

Процесс получения покрытия ведется при температуре 1200^оС, при которой происходит образование легированной хромом жидкой эвтектики в результате расплавления порошковой смеси, состоящей из серого чугуна, ферромарганца, окиси хрома и извести.The process of producing the coating is carried out at a temperature of 1200 ^C, at which the formation of eutectic liquid chromium alloyed by melting powder mixture, consisting of gray cast iron, ferro-manganese, chromium oxide, and lime.

В литературных источниках и патентных материалах использование извести в порошковых смесях для получения покрытий на деталях не встречается. Не обнаружено и совместное применение в порошковых смесях извести и окиси хрома. Однако, применение окиси хрома в смеси с серым чугуном, ферромарганцем и известью позволяет получать легированное хромом покрытие большой толщины. Таким образом, данное решение соответствует критерию "существенные отличия". In literary sources and patent materials, the use of lime in powder mixtures to obtain coatings on parts is not found. Not found and the combined use in powder mixtures of lime and chromium oxide. However, the use of chromium oxide in a mixture with gray cast iron, ferromanganese and lime makes it possible to obtain a large thickness doped with chromium. Thus, this solution meets the criterion of "significant differences".

Пример нанесения покрытия. На металлическую пластину (сталь 45) любой толщины, насыпают предлагаемую смесь и помещают в предварительно нагретую до 1200^оС печь, выдерживают 8-10 мин и охлаждают на воздухе. Структура покрытия представляет эвтектику, которая состоит из твердого раствора хрома, марганца в α -железе - α (Fe, Mn, Cr), легированного хромом цементита (Fe, Cr)₃C, карбида (Cr, Fe)₇C₃, легированного перлитом и небольшого количества включений (Cr, Fe)₂₃C₆. Микротвердость покрытия составляет 8,5-11 ГПа. Структура сердцевины образца соответствует структуре отожженной стали 45.Coating example. On a metal plate (steel 45) of any thickness, the mixture is poured and placed in a furnace preheated to 1200 ^° C, held for 8-10 minutes and cooled in air. The coating structure is a eutectic, which consists of a solid solution of chromium, manganese in α-iron - α (Fe, Mn, Cr), doped with chromium cementite (Fe, Cr) ₃ C, carbide (Cr, Fe) ₇ C ₃ , doped with perlite and a small number of inclusions (Cr, Fe) ₂₃ C ₆ . The microhardness of the coating is 8.5-11 GPa. The structure of the core of the sample corresponds to the structure of annealed steel 45.

Сравнительные данные по обработке представлены в табл. 1. Comparative processing data are presented in table. 1.

Как видно из табл. 1, применение порошковой смеси предлагаемого состава позволяет создать эвтектическое покрытие при печном нагреве до 3,5 мм в течении 8 - 10 мин при 1200^оС.As can be seen from the table. 1, the use of a powder mixture of the proposed composition allows you to create a eutectic coating when furnace heating up to 3.5 mm for 8 - 10 minutes at 1200 ^about C.

Данные, свидетельствующие о повышенной износостойкости полученного покрытия при трении его в паре с различными материалами в условиях абразивного изнашивания, приведены в табл. 2. The data indicating increased wear resistance of the obtained coating when it is rubbed together with various materials under conditions of abrasive wear are given in table. 2.

Результаты испытаний, полученые при следующих параметрах трения: удельная нагрузка 1,1 МПа, скорость скольжения 0,4 м/с, продолжительность испытаний 1 час, площадь трения 2,5 см², абразивная среда кварцевый песок.The test results obtained with the following friction parameters: specific load 1.1 MPa, sliding speed 0.4 m / s, test duration 1 hour, friction area 2.5 cm ² , abrasive medium quartz sand.

Разработанный состав, по сравнению с прототипом, позволяет в среднем на 15% повысить износостойкость покрытий и получить за счет этого существенный экономический эффект. (56) Авторское свидетельство СССР N 441357, кл. C 23 C 12/02, 1975. The developed composition, in comparison with the prototype, allows to increase the wear resistance of coatings by an average of 15% and thereby obtain a significant economic effect. (56) Copyright certificate of the USSR N 441357, cl. C 23 C 12/02, 1975.

Claims

COMPOSITION FOR DIFFUSION SATURATION OF STEEL PRODUCTS, including ferromanganese and a carbon-containing component, characterized in that it additionally contains chromium oxide and lime, and as carbon-containing substance - gray cast iron in the following ratio of components, wt. %:
Gray cast iron 50 - 55
Ferromanganese 10 - 15
Chromium oxide 10 - 15
Lime 15-30