RU2081936C1

RU2081936C1 - Method of applying multicomponent coating onto steel objects

Info

Publication number: RU2081936C1
Application number: RU95104826A
Authority: RU
Inventors: В.С. Гончаров; Е.А. Кравцова; С.Л. Клочко
Original assignee: Тольяттинский политехнический институт
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1997-06-20
Also published as: RU95104826A

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to chemical and thermal treatment of steel objects operated under conditions of cyclically varied high temperatures and stresses, elevated wear and chemical action of hostile media. Method includes preliminary evacuation, cementation, and reevacuation. Then saturation of surface of powder-mixture object with different elements is carried out in a gradual mode, saturation in each step being performed at a temperature corresponding to that of sublimation of saturating element. Powder mixture is preliminarily pressed following the surface of steel article being treated and leaving a gape between pressed mixture and surface being treated, whereas saturation of surface under reevacuation is conducted in thermocycling mode. Once saturated, surface is thermally treated with no additional heating. EFFECT: improved procedure. 2 cl

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке стальных изделий, работающих в условиях циклически изменяющихся высоких температур и напряжений, повышенного износа и химического воздействия агрессивных сред. The invention relates to the field of engineering, and in particular to chemical-thermal treatment of steel products operating in conditions of cyclically changing high temperatures and stresses, increased wear and chemical effects of aggressive environments.

Известен способ нанесения комбинированных покрытий на стальные изделия, включающий помещение изделий в рабочую камеру, вакуумирование, нагрев до температуры обработки и выдержку в газообразном карбюризаторе при 900-1100^oC в течение 0,7-1 ч для предварительной цементации поверхности, повторное вакуумирование, введение четыреххлористого углерода и одновременно галогенидов различных карбидообразующих металлов, нанесение карбидных покрытий из среды галогенидов карбидообразующих металлов при температуре обработки 900-1100^oC в течение 8-15 ч и охлаждение. Недостатками известного способа являются повышенный расход насыщающих элементов, а также сравнительно большая длительность процесса, что повышает его энергоемкость и понижает производительность ХТО. Эти недостатки устранены в способе получения комбинированных покрытий на стальных изделиях, выбранном в качестве прототипа, сущность которого заключается в насыщении поверхности изделий бором из борирующей обмазки и хромом в хромирующей смеси, причем на изделие сначала наносят борирующую обмазку, а затем проводят отжиг в хромирующей смеси по ступенчатому режиму: при 850.900^oC 1.2 ч и при 950.1050^oC - 2.4 ч.A known method of applying combined coatings on steel products, including placing the products in a working chamber, evacuating, heating to a processing temperature and holding in a gaseous carburetor at 900-1100 ^o C for 0.7-1 h for preliminary cementation of the surface, re-evacuation, introduction carbon tetrachloride and simultaneously halides various metal carbide, carbide coatings application from among halides carbide forming metals at the processing temperature 900-1100 ^o C for 8-15 hours and oh azhdenie. The disadvantages of this method are the increased consumption of saturating elements, as well as the relatively long duration of the process, which increases its energy intensity and reduces the productivity of CTO. These disadvantages are eliminated in the method of producing combined coatings on steel products, selected as a prototype, the essence of which is to saturate the surface of the products with boron from boron coating and chromium in the chromium mixture, moreover, the boron coating is first applied to the product and then annealed in the chromium mixture using step mode: at 850.900 ^o C 1.2 h and at 950.1050 ^o C - 2.4 h.

Недостатками такого способа являются сравнительно невысокая эксплуатационная стойкость изделий, вследствие того, что у покрытия получается недостаточно мелкозернистая структура по причине высокой температуры процесса, даже при проведении последующей термоциклической обработки, вследствие чего снижаются показатели пластичности, вязкости и разгаростойкости покрытия при одновременном увеличении показателей прочности, наблюдаются неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда при применении насыщающих элементов в порошкообразном виде, а также снижение чистоты поверхности изделия вследствие непосредственного соприкосновения насыщающих элементов с обрабатываемой поверхностью. The disadvantages of this method are the relatively low operational durability of the products, due to the fact that the coating does not have a sufficiently fine-grained structure due to the high process temperature, even during subsequent thermocyclic processing, as a result of which the ductility, viscosity and heat resistance of the coating are reduced while the strength indicators are increased, poor sanitary and hygienic working conditions when using saturating elements in pores in a bug-like form, as well as a decrease in the surface cleanliness of the product due to direct contact of saturating elements with the surface being treated.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости стальных изделий путем получения более мелкозернистой структуры покрытия, улучшение санитарно-гигиенических условий труда при нанесении комбинированных покрытий посредством исключения применения насыщающих элементов при ХТО в виде мелкодисперсных порошков и повышение чистоты поверхности изделия за счет предотвращения контакта с насыщающей средой. The aim of the invention is to increase the operational stability of steel products by obtaining a finer-grained coating structure, to improve the sanitary and hygienic working conditions when applying combined coatings by eliminating the use of saturating elements in XTO in the form of fine powders, and increasing the surface cleanliness of the product by preventing contact with a saturating medium.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе получения комбинированных покрытий, включающем насыщение поверхности стальных изделий из порошковой смеси различными элементами по ступенчатому режиму, в предлагаемом способе нанесения многокомпонентного покрытия предварительно проводят вакуумирование, цементацию, например, при температуре 930^oC в течение 1 ч, с применением газообразного карбюризатора, повторное вакуумирование, причем насыщение проводят при температуре каждой ступени, соответствующей температуре сублимации насыщающего элемента, например, сначала бором при температуре 900^oC в течении 4ч, а затем хромом при температуре 1100^oC в течении 4 ч, причем насыщающие элементы, например бор и хром, диффундируют из мелкодисперсных порошков, состоящих, например, из карбида бора и феррохрома, которые предварительно спрессованы по форме насыщаемой поверхности таким образом, чтобы между этой поверхностью и насыщающей смесью оставался зазор порядка 0,5 мм. Отличительной особенностью предлагаемого способа является также совмещение процесса химико-термической обработки с одновременным постоянным термоциклированием и последующей термической обработкой, например, закалкой при температуре 1150^oC в течение 0,5 ч и отпуском при температуре 560^oC в течение 1 ч.This goal is achieved by the fact that in the known method for producing combined coatings, including saturation of the surface of steel products from a powder mixture with various elements in a stepwise mode, in the proposed method of applying a multicomponent coating, vacuumization, cementation, for example, at a temperature of 930 ^o C for 1 h using a gaseous carburizer, re-evacuation, and saturation is carried out at a temperature of each stage corresponding to the sublimation temperature at a saturating element, for example, first with boron at a temperature of 900 ^o C for 4 h, and then with chromium at a temperature of 1100 ^o C for 4 h, and saturating elements, for example boron and chromium, diffuse from fine powders consisting, for example, of boron carbide and ferrochrome, which are pre-pressed to form a saturable surface so that a gap of about 0.5 mm remains between this surface and the saturating mixture. A distinctive feature of the proposed method is the combination of the process of chemical-thermal treatment with simultaneous continuous thermal cycling and subsequent heat treatment, for example, quenching at a temperature of 1150 ^o C for 0.5 h and tempering at a temperature of 560 ^o C for 1 h

Способ нанесения многокомпонентного покрытия на стальные изделия, включающий насыщение поверхности стальных изделий из порошковой смеси различными элементами по ступенчатому режиму, причем предварительно проводят вакуумирование, цементацию и повторное вакуумирование, а затем насыщение при температуре каждой ступени, соответствующей температуре сублимации насыщающего элемента; порошковую смесь предварительно спрессовывают по форме поверхности обрабатываемого стального изделия таким образом, чтобы между спрессованной смесью и обрабатываемой поверхностью оставался зазор; насыщение поверхности при повторном вакуумировании проводят при термоциклировании; после насыщения поверхности проводят термическую обработку без дополнительного нагрева. A method of applying a multicomponent coating to steel products, comprising saturating the surface of steel products from a powder mixture with various elements according to a stepwise mode, whereby evacuation, cementation and re-evacuation are preliminarily carried out, and then saturation at each stage temperature corresponding to the sublimation temperature of the saturating element; the powder mixture is pre-pressed according to the shape of the surface of the processed steel product so that there is a gap between the pressed mixture and the surface to be treated; surface saturation during repeated evacuation is carried out during thermal cycling; after saturation of the surface, heat treatment is performed without additional heating.

Использование изобретения позволит получить комбинированное покрытие, например, на основе углерода, бора и хрома, отличающееся мелкозернистой структурой, а следовательно, наряду с высокой твердостью и прочностью, обладающее высокими показателями пластичности, а следовательно, и ударной вязкости, износостойкости и разгаростойкости, способное работать в сложных условиях эксплуатации при циклических изменениях температуры и напряжений, высокой степени износа поверхности и разъедающем воздействии агрессивных сред. Кроме того, применение насыщающей смеси не в виде мелкодисперсного порошка, а в виде тела, спрессованного по форме, повторяющей поверхность насыщаемого изделия, но таким образом, чтобы спрессованная смесь не касалась обрабатываемой поверхности, будет способствовать улучшению санитарно-гигиенических условий труда рабочих, занимающихся химико-термической обработкой поверхности стальных изделий нередко с применением вредных для человеческого организма вещества, а также способствовать повышению качества поверхности изделия за счет исключения контакта между смесью насыщающих элементов и обрабатываемой поверхностью, за счет того, что при высокой температуре в вакууме насыщающие элементы будут испаряться по рабочей поверхности. The use of the invention will allow to obtain a combined coating, for example, based on carbon, boron and chromium, characterized by a fine-grained structure, and therefore, along with high hardness and strength, with high ductility and, therefore, impact strength, wear resistance and heat resistance, capable of working in difficult operating conditions with cyclic changes in temperature and stress, a high degree of surface wear and corrosive effects of aggressive environments. In addition, the use of a saturating mixture not in the form of fine powder, but in the form of a body pressed in a form that repeats the surface of the saturated product, but in such a way that the pressed mixture does not touch the surface to be treated, will improve the sanitary and hygienic working conditions of chemical workers -thermal treatment of the surface of steel products often with the use of substances harmful to the human body, and also contribute to improving the quality of the surface of the product due to the claim contact between the mixture of saturating elements and the surface to be treated, due to the fact that at high temperature in vacuum, the saturating elements will evaporate along the working surface.

Спрессованная смесь насыщающих элементов расходуется незначительно и может быть использована многократно, что способствует экономии смеси. Снижение расхода смеси достигается также в результате того, что при насыщении внутренней рабочей поверхности с применением спрессованных вставок из смеси насыщающих элементов, осаждение этих элементов на наружную поверхность практически не происходит. A compressed mixture of saturating elements is negligible and can be used repeatedly, which helps to save the mixture. The reduction in the flow rate of the mixture is also achieved as a result of the fact that when the inner working surface is saturated using pressed inserts from the mixture of saturating elements, the deposition of these elements on the outer surface practically does not occur.

Постоянное, одновременное с насыщением различными элементами поверхности стального изделия термоциклирование приведет не только к измельчению зерна структуры поверхности, но к существенной активации процесса насыщения, возможности сокращения длительности и температуры обработки, что будет способствовать снижению энергоемкости процесса и повышению производительности химико-термической обработки. The constant, simultaneous saturation with various surface elements of the steel product, thermal cycling will lead not only to grinding grain of the surface structure, but to a significant activation of the saturation process, the possibility of reducing the duration and temperature of the treatment, which will reduce the energy intensity of the process and increase the productivity of chemical-thermal processing.

Постепенное насыщение поверхности стального изделия сначала, например, углеродом, а затем бором и хромом приведет к образованию карбидов бора в подслое и твердых растворов на самой поверхности, которые пластифицируют и связывают эти карбиды, предотвращают трещинообразование и способствуют лучшей обрабатываемости поверхности: шлифованию и полированию. The gradual saturation of the surface of the steel product first, for example, with carbon, and then with boron and chromium will lead to the formation of boron carbides in the sublayer and solid solutions on the surface itself, which plasticize and bind these carbides, prevent cracking and contribute to better surface workability: grinding and polishing.

Claims

1. The method of applying a multicomponent coating on steel products, comprising saturating their surface from a powder mixture with various elements according to a stepwise mode, characterized in that they are pre-evacuated, cemented and re-evacuated, and saturation is carried out at a temperature of each stage corresponding to the sublimation temperature of the saturating element, the powder mixture is pre-pressed according to the shape of the surface of the processed steel product so that between the pressed mixture and the clearance remained, and saturation of the surface during repeated evacuation was carried out during thermal cycling.

2. The method according to p. 1, characterized in that after saturation of the surface conduct heat treatment without additional heating.