SU1659527A1 - Способ химико-термической обработки стальных изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано в машиностроении , пищевой промышленности и химическом машиностроении Цель изобретени  - повышение коррозионной стойкости и снижение пористости поверхностного сло  В известном способе химико-термической обработки , включающем порошковое бориро- вание при 900-1050°С и последующее титанирование при 1000-1100°С после бо- рировани  издели  выдерживают в воздушной среде при 850-950°С 5-10 мин, а последующее титанирование провод т в порошке титана с подачей в реакционное пространство печи четыреххлористого углерода Применение способа позвол ет в 2-2,5 раза повысить коррозионную стойкость деталей в 3% водном растворе NaCI и в О 1 н растворе HhSO, а также в 5-7 раза снизить пористость поверхностного сло  1 абл

Description

Изобретение относитс  к области металлургии , в частности к химико-термической обработке материалов.и может быть использовано в машиностроенииДсельхоз- маш и построении, автомобилестроении), пищевой промышленности, химическом ма- шиностронии дл  повышени  эксплуатационных характеристик изделий,

Целью изобретени   вл етс  снижение пористости и увеличение коррозионной стойкости поверхностного сло .

В известном способе химико-термической обработки, включающем порошковое борирование при 900-1050°С с последующим титанированием при 1000-1100°С, после борировани  издели  выдерживают в воздушной среде при 850-950°С в течение 5-10 мин, а последующее титанирование провод т в порошке титана с подачей в реакционное пространство печи четыреххлористого углерода

При изотермической выдержке бориро- ванных сталей происходит окисление поверхности с образованием окисла В20з и окислов железа, содержание последних в зоне окислов незначительно так как диффу зионна  подвижность атомов железа на 2-3 пор дка ниже диффузионной подвижности атомов бора. Кроме того, больша  часть атомов железа, диффундиру  вглубь покрыти  от зоны окислени , образует борид Fe2B Таким образом, процесс окислени  борид- ного сло  при изотермической выдержке в воздушной среде можно представить в виде следующих реакций

FeB + В,

В + 02 ВаОз ,

Fe+ FeB .

О

ел о

(Л

КЗ

VI

Наиболее интенсивно процесс окислени  происходит в местах с повышенной концентрацией пор, которые заполн ютс  после изотермической выдержки борным ангидридом (ВаОз). При последующем тита- нировании на поверхности стали формируетс  покрытие сложного состава.

Рентгеноструктурным фазовым анализом установлено, что образующийс  слой состоит из фаз TIBj и Fe2B. Проведенные исследовани  показали, что пористость полученных по предлагаемому,способу покрытий в 5-7 раз ниже, а коррозионна  стойкость в 2-2,5 раза выше, чем сталей, обработанных по способу прототипа.

Высока  пористость и низка  коррозионна  стойкость покрытий, полученных по прототипу, обусловлена услови ми формировани  покрыти  на этапе титанировани . В этом случае в диффузионной зоне наблюдаетс  образование участков с повышенной концентрацией железа, избыток которого обусловлен распадом боридов железа и образованием боридов титана по следующей схеме:

Ti + + Fe.

Железо, в свою очередь, взаимодействует с хлором газовой среды с образованием хлоридов железа в газообразном состо нии (хлор выходит в состав насыщающей среды при титанировании и образуетс  при диссоциации ССЦ).

Таким образом, формируетс  диффузионной слой, дл  которого характерна высока  пористость (45-50%) и низка  коррозионна  стойкость в воде и водных растворах хлористого натри  и серной кислоты .

При насыщении по предложенному способу в процессе титанировани  происходит взаимодействие титана с борным ангидридом по следующей схеме:

TI+ В2Оз + ТЮ2.

Наиболее интенсивно процесс образовани  борида титана происходит в местах с повышенной концентрацией борного ангидрида , т.е. бывших пор боридного сло . Это приводит к полному залечиванию пор и формированию практически бездефектного диффузионного сло .

Процесс ХТО по предложенному способу включает в себ  борирование, изотермическую выдержку в воздушной среде при 850-950°С в течение 5-10 мин борированных образцов и титанирование.

Процесс борировани  сталей заключаетс  в следующем: в контейнер из нержавеющей стали засыпают порошок технического карбида бора, затем в контейнер помещают издели  и засыпают оставшейс  частью порошка технического карбида бора.

Дл  отделени  реакционного пространства контейнера от печной атмосферы и проникновени  в него воздуха контейнер закрывают листом асбеста и засыпают на- тросиликатное стекло, При нагреве сталей Х12М, 45 и У8 до температуры борировани 

950°С продолжительностью 2 ч натросили- катное стекло расплавл етс  (750-800°С) и герметизирует контейнер.

По окончании изотермической выдержки контейнер с детал ми извлекают из печи.

После охлаждени  контейнера застывший силикат разбивают, контейнер распаковывают и извлекают детали. После чего осуществл ют изотермическую выдержку в воздушной среде при 850-950°С в течение

5-10 мин.

Титанирование в предложенном способе осуществл ют следующим образом.

В герметичную реакционную камеру помещают порошок титана.

Затем в камеру загружают издели ,

предварительно подвергнутые борирова- нию и изотермической выдержке в воздушной среде при 850-950°С в течение 5-10 мин При помощи вакуумного насоса в камере

создают разрежение, отключают насос, осуществл ют нагрев до температуры насыщени , повторно вакуумируют, ввод т в камеру четыреххлористый углерод, производ т выдержку и охлаждают до комнатной температуры .

Пористость диффузионных слоев измер ют на приборе Квантимет-720, При этом определ ют процент площади поверхности шлифа, зан той порами, в 20 пол х зрени .

Коррозионную стойкость боридных покрытий на стали 45 и У8, Х12М определ ют по потере массы за 10 сут в 3%-ном водном растворе NaCI и 0,1 н.водном растворе

H2SCM.

В таблице приведены характеристики боридных покрытий, полученных по предлагаемому способу и прототипу.

Оптимальный способ боротитанирова- ни : борирование при 975°С в течение 3 ч;

изотермическа  выдержка в воздушной среде при 900°С в течение 7 мин; титанирование при 1050°С в течение 3 ч.

При оптимальном способе обработки коррозионна  стойкость диффузионных покрытий максимальна, а пористость минимальна .

При использовании режимов обработки , выход щих за пределы за вл емых, наблюдаетс  уменьшение коррозионной

стойкости и увеличение пористости бороти- танированных покрытий.

Claims (1)

1. Из данных, приведенных в таблице, видно, что при боротитанировании по предложенному способу наблюдаетс  увеличение коррозионной стойкости в 3%-ном водном растворе NaCI и в 0,1 н.растворе HaSCM в 2,0-2,5 раз, снижение пористости в 5-7 раз по сравнению с прототипом. Формула изобретени  Способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий порошко0

   вое борирование при 900-1050°С и последующее титанирование при 1000-1100°С, отличающийс  тем, что, с целью повышени  коррозионной стойкости и снижени  пористости поверхностного сло , после бо- рировани  издели  выдерживают в воздушной среде при 850-950°С в течение 5-10 мин, а последующее титанирование провод т в порошке титана с подачей в реакционное пространство печи четыреххлористого углерода .

   Титанирование 4 (прототип)

   Борирование 2 ч

   Изотермическа  выдержка 10 мин

   Титанирование 4

   Борирование 2 ч

   Изотермическа  выдержка 7 мин

   Титанирование 4 ч

   Борирование 2 ч

   Изотермическа  выдержка 5 мин

   Титанирование

   Борирование 2 ч

   Изотермическа  выдержка 5 мин

   Титаиирование 4 Борирование 2 ч

   Изотермическа  выдержка 8 мин

   Титанирование 4 Борирование 2 ч

   Изотермическа  выдержка 10 мин

   Титанирование 4

   45

   У8 Х12М 45

   У8

   1,6

   1,5 1,6 1,9

   1,8

   0,024

   0,023 0,024 0,023

   0,025

   0,0018

   0,0018 0,0018 0,0019

   0,0019

   Продолжение таблицы