RU2650661C1 - Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей - Google Patents
Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650661C1 RU2650661C1 RU2017103204A RU2017103204A RU2650661C1 RU 2650661 C1 RU2650661 C1 RU 2650661C1 RU 2017103204 A RU2017103204 A RU 2017103204A RU 2017103204 A RU2017103204 A RU 2017103204A RU 2650661 C1 RU2650661 C1 RU 2650661C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- cobalt
- melt
- bismuth
- chromium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C11/00—Alloys based on lead
- C22C11/08—Alloys based on lead with antimony or bismuth as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/18—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
- C23C10/26—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being diffused
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
- C23C2/10—Lead or alloys based thereon
Abstract
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости стальных деталей к механическим воздействиям и к воздействиям агрессивных рабочих сред за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса изделий, повышения их нагруженности, в частности для повышения стойкости пресс-форм, применяемых для литья под давлением. Способ включает диффузионное насыщение поверхности стальной детали в расплаве, содержащем свинец, висмут, литий, никель, хром и кобальт, при температуре от 650 до 1250°С. В способе используют расплав, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%: свинец 31,2 или 47,5 или от 32 до 47, висмут от 40 до 55, литий от 0,5 до 0,8, никель от 1 до 5, хром от 2 до 10, кобальт от 1 до 3. Изобретение обеспечивает повышение износостойкости и эксплуатационного ресурса стальных изделий в условиях воздействия на них высоких контактных напряжений и агрессивного воздействия рабочей среды. 1 табл., 3 пр.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости материалов изделий к механическим воздействиям и к воздействиям агрессивных рабочих сред за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса изделий, повышения их нагруженности, в частности для повышения стойкости пресс-форм, применяемых для литья под давлением.
Уровень техники
Известны способы повышения работоспособности материала изделий путем их азотирования, нитроцементации (Инструментальные стали. 5-е изд. Геллер Ю.А.: Металлургия, 1983, 527 с.). Недостатком этих видов химико-термической обработки является то, что они в недостаточной степени повышают стойкость материала изделия к образованию трещин и коррозионному воздействию рабочей среды.
Известен способ диффузионного насыщения поверхностных слоев материала изделий никелем из среды легкоплавких растворов (А.С. SU №1772215 А1 «Способ нанесения диффузионного покрытия на стальные изделия», МПК: С23С 10/22, опубликовано 30.10.1992). Нанесение покрытий данным способом осуществляется путем выдержки стального изделия в легкоплавком свинцовом расплаве, содержащем от 0,5 до 0,8% лития и 3% никеля. В результате выдержки стального изделия в расплаве происходит адсорбция никеля на его поверхности, диффузия никеля вглубь изделия. При этом, так как никель образует с железом твердые растворы, на поверхности изделия образуется диффузионное покрытие, представляющее собой сплав никеля и железа. Такое покрытие обладает высокой жаростойкостью, коррозионной стойкостью, а самое главное высокой вязкостью, что обеспечивает повышение трещиностойкости материала изделия. Недостатком образующихся на поверхностях изделий никелевых покрытий является их низкая твердость и, вследствие этого, склонность покрытия к эрозионному разрушению и износу, происходящим за счет механического воздействия на них рабочей среды.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ нанесения покрытий на стальные изделия (патент на изобретение №2312164, «Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия», МПК: С23С 2/08, опубликовано 10.12.2007), включающий диффузионное насыщение стальных изделий в расплаве, содержащем свинец, литий, никель, при температуре от 650 до 1250°C, при этом дополнительно в расплав вводится хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец от 84,2 до 96,5; литий от 0,5 до 0,8; никель от 1 до 5; хром от 2 до 10.
Введение хрома в расплав, в котором производится нанесение диффузионных покрытий, на поверхности изделий формируется двухслойное диффузионное покрытие. Наружный слой покрытия содержит карбиды хрома и, вследствие этого, обладает высокой твердостью. Высокая твердость карбидов хрома обеспечивает поверхности изделия высокую стойкость к абразивному износу и эрозионному воздействию рабочей среды. Помимо этого наличие хрома на поверхности изделия обеспечивает повышение жаростойкости и коррозионной стойкости материала изделия.
Под карбидным слоем в диффузионном покрытии формируется слой, представляющий собой твердый раствор никеля, хрома и железа. Такой твердый раствор обладает высокой вязкостью, которая обеспечивает повышение трещинностойкости материала изделия.
Недостатком прототипа является то, что образующийся в покрытии под карбидным слоем твердорастворный слой имеет низкую твердость, вследствие этого под внешним механическим воздействием карбидный слой может продавливаться и растрескиваться.
Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение стойкости поверхностных слоев материала изделий к механическому износу при воздействии на покрытие высоких контактных напряжений.
Технический результат - повышение износостойкости и эксплуатационного ресурса стальных изделий в условиях воздействия на них высоких контактных напряжений и агрессивного воздействия рабочей среды.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе получения износостойкого покрытия на поверхности стальной детали, включающем диффузионное насыщение поверхности стальной детали в расплаве, содержащем свинец, литий, никель и хром, при температуре от 650 до 1250°С, в расплав дополнительно вводят висмут и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец 31,2 или 47,5 или от 32 до 47; висмут от 40 до 55; литий от 0,5 до 0,8; никель от 1 до 5; хром от 2 до 10; кобальт от 1 до 3.
При нанесении диффузионных покрытий из заявляемого расплава, так же, как в прототипе, формируется двухслойное диффузионное покрытие. Наружный слой покрытия содержит карбиды хрома и, вследствие этого, обладает высокой твердостью, что обеспечивает ему высокую стойкость к абразивному износу и эрозионному воздействию рабочей среды, а также жаростойкость и коррозионную стойкость. При этом, в отличие от прототипа, введение в расплав кобальта обеспечивает формирование под карбидным слоем диффузионного твердорастворного слоя системы - Co+Ni+Cr+Fe+C. Наличие кобальта в этом слое обеспечивает получение взамен аустенитной структуры, свойственной прототипу, структуры высоколегированного феррита с карбидными включениями, обладающей более высокой твердостью, что обеспечивает возможность повышения стойкости поверхностных слоев материала изделий к механическому износу при воздействии на покрытие высоких контактных напряжений.
Введение в расплав висмута необходимо для осуществления селективного изотермического переноса кобальта на поверхность покрываемых изделий, т.е. является необходимым условием для формирования заявляемого многокомпонентного покрытия.
Таким образом, благодаря введению в расплав, в котором происходит формирование покрытий, висмута и кобальта на поверхности изделия образуются диффузионные покрытия, обеспечивающие повышение износостойкости и эксплуатационного ресурса стальных изделий в условиях воздействия на них высоких контактных напряжений и агрессивного воздействия рабочей среды.
Стойкость покрытий, получаемых по заявляемой технологии, к воздействию высоких контактных напряжений оценивалась путем проведения испытаний на стенде-имитаторе работы гидромеханического скважинного перфоратора ПГМЩ 146, применяемого для перфорации (разрезания) труб нефтяных скважин.
Испытаниям подвергались роликовые ножи, изготовленные из стали Х12МФ. Роликовые ножи обрабатывались по двум технологическим вариантам:
1-й вариант - роликовые ножи подвергались диффузионному насыщению никелем и хромом по режимам прототипа в легкоплавком расплаве (Pb+Li+Ni+Cr), не содержащем висмут и кобальт;
2-й вариант - роликовые ножи подвергались диффузионному насыщению по технологии заявляемого способа в легкоплавком свинцово-висмут-литьевом расплаве, содержащем никель, хром и кобальт.
Температура процессов была ровна 1050°С, длительность - 5 часов. При этом варьировались предельные значения диапазона концентрации кобальта и висмута в легкоплавком расплаве.
После нанесения покрытий роликовые ножи подвергались термической обработке на твердость 58,0…60,0 HRCэ.
Пример 1. Проводилось диффузионное насыщение роликовых ножей из стали Х12МФ по технологии прототипа в легкоплавком расплаве, содержащем 86,2% свинца, 0,8% лития, 3% никеля, 10% хрома, при температуре 1050°С, длительностью - 5 часов.
Пример 2. Проводилось диффузионное насыщение роликовых ножей из стали Х12МФ по заявляемому способу в легкоплавком расплаве, содержащем 31,2% свинца, 55% висмута, 0,8% лития, 5% никеля, 5% хрома, 3% кобальта, при температуре 1050°С, длительностью - 5 часов.
Пример 3. Проводилось диффузионное насыщение роликовых ножей из стали Х12МФ по заявляемому способу в легкоплавком расплаве, содержащем 47,5% свинца, 40% висмута, 0,5% лития, 1% никеля, 10% хрома, 1% кобальта, при температуре 1050°С, длительностью - 5 часов.
После нанесения покрытий роликовые ножи подвергались термической обработке на твердость 58,0…60,0 HRCэ. Испытания по оценке роликовых ножей проводились на обсадной трубе класса прочности D диаметром 146 мм гладкой и с отверстиями 80 мм, расположенными на расстоянии 200 мм. Твердость трубы составляла 18,0 HRCэ, а у отверстий в зонах термического влияния газовой резки -40,0 HRCэ. Перфорация гладкой трубы при нагрузке на ролик 20 тонн. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Как следует из результатов исследований, представленных в таблице 1.
Сравнительная оценка эффективности заявляемого способа повышения стойкости роликовых ножей показала, что после перфорации гладкой трубы была получена щель длиной 1,5 м роликовыми ножами, обработанными по технологии прототипа (пример 1), за 5 ходов перфоратора, роликовыми ножами, обработанными по заявляемому способу (примеры 2, 3), за 3 хода перфоратора. На режущей кромке и других поверхностях роликового ножа с Pb+Li+Ni+Cr (пример 1) наблюдалось притупление режущей кромки и налипание материала перфорируемой трубы. При этом на режущей кромке и других поверхностях роликового ножа с заявляемым покрытием (примеры 2, 3) разрушений, деформаций и налипания материала перфорируемой трубы не наблюдалось.
При перфорации трубы с отверстиями труба была вскрыта роликовыми ножами, обработанными по технологии прототипа (пример 1), за два прохода, в то время как роликовыми ножами, обработанными по заявляемому способу (примеры 2, 3) за один проход. После перфорации роликовым ножом с Pb+Li+Ni+Cr (пример 1) наблюдалась местная деформация режущей кромки. При этом на режущей кромке и других поверхностях роликового ножа с заявляемым покрытием (примеры 2, 3) повреждений режущей кромки не наблюдалось.
Таким образом, предложенный способ, включающий проведение диффузионного нанесения покрытий на стальные изделия из расплава, дополнительно содержащего висмут в количестве 31,2-47,5 мас.% и кобальт в количестве 1-3 мас.%, позволяет значительно повысить износостойкость и эксплуатационный ресурс изделий, испытывающих в процессе эксплуатации высокие контактные напряжения, в частности деформирующего инструмента, за счет исключения образования под твердым карбидным слоем мягкого подслоя, а также повысить производительность технологического процесса.
Claims (1)
- Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальной детали, включающий диффузионное насыщение поверхности стальной детали в расплаве, содержащем свинец, литий, никель и хром, при температуре от 650 до 1250°С, отличающийся тем, что в расплав дополнительно вводят висмут и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец 31,2 или 47,5 или от 32 до 47, висмут от 40 до 55, литий от 0,5 до 0,8, никель от 1 до 5, хром от 2 до 10, кобальт от 1 до 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103204A RU2650661C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017103204A RU2650661C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2650661C1 true RU2650661C1 (ru) | 2018-04-16 |
Family
ID=61977072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017103204A RU2650661C1 (ru) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2650661C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758506C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5669340A (en) * | 1979-11-09 | 1981-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Surface treating material for heat exchanger |
RU2312164C1 (ru) * | 2006-05-02 | 2007-12-10 | ГОУВПО Кубанский государственный технологический университет | Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия |
RU2590433C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов |
-
2017
- 2017-01-31 RU RU2017103204A patent/RU2650661C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5669340A (en) * | 1979-11-09 | 1981-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Surface treating material for heat exchanger |
RU2312164C1 (ru) * | 2006-05-02 | 2007-12-10 | ГОУВПО Кубанский государственный технологический университет | Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия |
RU2590433C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758506C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sedlaček et al. | Influence of geometry and the sequence of surface texturing process on tribological properties | |
Matthews et al. | Tribological coatings: contact mechanisms and selection | |
Selçuk et al. | An investigation on surface properties of treated low carbon and alloyed steels (boriding and carburizing) | |
Alsaran et al. | The investigation of mechanical properties of ion-nitrided AISI 5140 low-alloy steel | |
Pagano et al. | Laser remelting for enhancing tribological performances of a ductile iron | |
Gunes et al. | Investigation of adhesion and tribological behavior of borided AISI 310 stainless steel | |
Ilo et al. | Oxidative wear kinetics in unlubricated steel sliding contact | |
Winkelmann et al. | Wear mechanisms at high temperatures. Part 1: Wear mechanisms of different Fe-based alloys at elevated temperatures | |
Winkelmann et al. | Wear mechanisms at high temperatures. Part 3: Changes of the wear mechanism in the continuous impact abrasion test with increasing testing temperature | |
US20180015546A1 (en) | Method for the production of a sintered gear | |
RU2650661C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей | |
Ivanov et al. | Carbonitration of a tool for pressing stainless steel pipes | |
RU2312164C1 (ru) | Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия | |
RU2679318C1 (ru) | Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей | |
Karamiş et al. | An evaluation of the using possibilities of the carbonitrided simple steels instead of carburized low alloy steels (wear properties) | |
Pantazopoulos et al. | An Overview on the Tribological Behaviour of Nitro-Carburised Steels for Various Industrial Applications. | |
Nguyen Vinh et al. | Evaluating the effect of HVOF sprayed WC-10Co-4Cr and hard chromium electroplated coatings on fatigue strength of axle-shaped machine parts | |
Sandberg | Advanced low-friction tool steel for metal processing: properties and industrial experiences | |
Tokaji et al. | Corrosion fatigue behaviour and fracture mechanisms in nitrided low alloy steel | |
Skoblo et al. | Specific Features of Wear of Oil-Scraper Piston Rings with Tin Coatings in Bench Tests for Friction and Wear | |
JP2017088959A (ja) | 窒化部品の製造方法及び窒化部品 | |
Bayrak et al. | Dry Sliding Wear Characteristics of Plasma-Nitrocarburized Co–Cr–Mo Alloy | |
CIOFU et al. | SURFACE HARDENING HEAT TREATMENTS APPLIED TO CAST IRONS AND STEELS USED IN THE MANUFACTURE OF HEAT EXCHANGER SUBASSEMBLIES. | |
RU2758506C1 (ru) | Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей | |
Hernandez | High temperature wear processes |