SU1733198A1 - Способ поверхностного упрочнени изделий из порошков на основе железа - Google Patents

Abstract

Использование: в машиностроении дл  повышени  эксплуатационных свойств порошковых изделий. Сущность изобретени : издели  из порошков на основе железа пропитывают в вакууме в растворе, содержащем 46-52% кубовых остатков производства а-пирролиддона, 24-28% карбамида и 20-30 % воды, и осуществл ют их виброгалтовку , после чего издели  размещают в термической печи, где провод т в течение 1-2 ч их диффузионное насыщение при 580- 620°С в атмосфере, создаваемой пиролизом азотсодержащего карбюризатора, содержащего 30-40% карбамида и 60-70% кубовых остатков производства «-пирролиддо- на. При таком способе поверхностного упрочнени  повышаетс  износостойкость изделий, их ударна  в зкость и коррозионна  стойкость. 3 :абл. сл С

Description

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к поверхностному упрочнению порошковых изделий химико-термической обработкой, и может быть использовано в машиностроении дл  повышени  эксплуатационных свойств порошковых изделий на основе железа.

Известен способ обработки порошковых изделий, заключающийс  в выдержке их в насыщающей атмосфере, содержащей азот- и углеродсодержащий газы, как правило , аммиак с добавкой природного газа.

Недостатком данного способа обработки  вл етс  необходимость непрерывной подачи извне в печь насыщающей атмосферы , в св зи с чем используют баллонное

хранение соответствующих газов, системы соединений, смесители, что усложн ет технологию ведени  процесса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  способ обработки, предусматривающий помещение деталей в термическую печь, обладающую возможностью герметизации, при 580-620°С, выдержку деталей в насыщающей атмосфере, создаваемой непосредственно в печи с помощью пиролиза азотсодержащего вещества , равномерно подаваемого в печь, и извлечение деталей из печи.

Данный способ обработки позвол ет избежать необходимость непрерывной подvi со

Сл

Ч) 00

ачи извне в печь насыщенной атмосферы вследствие ее создани  непосредственно в печи.

Однако при его применении дл  диффузионного насыщени  порошковых изделий на поверхности пор материала происходит образование окислов, характеризующихс  повышенной хрупкостью, что приводит к снижению износостойкости обрабатываемых изделий.

Образование окислов объ сн етс  воздействием на металл кислорода воздуха, содержащего в порах издели  до начала проведени  процесса обработки. Данный способ обработки не устран ет проникновение насыщающей среды по порам в глубь материала, что приводит к насыщению основы азотом, в свою очередь способствующим образованию нитридных фаз по всему объему и, соответственно, уменьшению ударной в зкости издели  в целом.

Кроме того, наличие открытой пористости , т.е. низка  плотность поверхности обработанных изделий, способствует снижению их коррозионной стойкости, особенно в услови х воздействи  внешней агрессивной среды, в частности воздействию атмосферы.

Цель изобретени  - повышение износостойкости , ударной в зкости и коррозионной стойкости порошковых изделий.

Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу поверхностного упрочнени  изделий из порошков на,основе железа, включающему размещение изделий в термической печи, диффузионное насыщение их при 580-620°С в атмосфере, создаваемой в печи пиролизом азотсодержащего карбюризатора, равномерно подаваемого в печь, и извлечение изделий из печи, перед размещением изделий в термической печи осуществл ют их вакуумную пропитку в растворе , содержащем 46-52% кубовых остатков производства а-пирролиддона, 24-28% карбамида и 20-30% воды, и виброгалтовку, а диффузионное насыщение провод т в течение 1-2 ч, при этом азотсодержащий карбюризатор содержит карбамид и кубовые остатки производства а-пирролиддона при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидл30-40

Кубовые остатки

производства а-пирролиддона 60-70

Пропитка порошковых изделий водным раствором карбюризатора, содержащего 24-28% карбамида, 46-52% кубовых остатков производства а-пирролиддона и 20- 30% воды, проводима  на первой стадии

процесса обработки, способствует вытеснению атмосферного воздуха из пор материала и заполнению их пропитывающей жидкостью.

На второй стадии процесса осуществл ют виброгалтовку изделий, что позвол ет резко уменьшить и практически свести к минимуму количество открытых пор на поверхности изделий. При химико-термической обработке, заключающейс  в изотермической выдержке изделий в азот- и углеродсодержащей атмосфере, создаваемой непосредственно в печи при пиролизе жидкого карбюризатора, происход т следующие процессы. Вследствие закрыти  поверхностных пор проникновение насыщающей атмосферы по порам в глубь издели  практически исключено, что в значительной степени увеличивает долю

объемной диффузии в общем диффузионном потоке и способствует формированию равномерного по толщине диффузионного сло , в то врем  как основа материала воздействию насыщающей атмосферы не подвергаетс  и поэтому сохран ет исходный уровень в зкости. В то же врем  в объеме материала происходит пиролиз пропитывающей жидкости, наход щейс  в порах, при этом наличие в ее составе воды способствует повышению жидкотекучести и заполнению максимального числа пор, а также приводит при пиролизе пропитывающей жидкости к образованию на поверхности пор коррозионно-стойкой оксикарбонитридной пленки. Толщина этой пленки незначительна , так как вследствие локальности рассматриваемого объема и невозможности проникновени  насыщающей атмосферы из внешней среды на ее образование расходуетс  только та жидкость, котора  была в данной поре до начала проведени  процесса ХТО. Вследствие незначительности толщины образующейс  пленки она не оказывает вли ни  на механические свойства издели  в целом, но существенно повышает его коррозионную стойкость.

Пример. Образцы размером 10x10x55 мм, изготовленные из порошкового материала ЖГр1 плотностью 6,8 г/см3, подвергали вакуумной пропитке в течение 20 мин в карбюризаторе , содержащем 50% кубовых остатков производства а-пирролиддона, 25% карбамида и 25% воды, затем подвергали

виброгалтовке с помощью виброгалтовочной установки УГВ-2х60 в течение 1 ч с последующей химико-термической обработкой в продуктах пиролиза карбюризатора , содержащего 35% карбамида и 65%

кубовых остатков производства а-пирро- лиддона при 580°С в течение 1 ч.

Результаты насыщени  оценивали по микроструктуре, фазовому составу, износостойкости , ударной в зкости упрочненных образцов. При этом использовали металле- графический микроскоп МИМ-8, рентгеновский дифрактометр ДРОН-ЗМ, машину трени  МИ-1М. Герметичность обработанных образцов провер лась на специально изготовленном стенде, при этом наличие герметичности считалось установленным, если при давлении масла 20 атм не наблюдалось его проникновени  сквозь образец.

Аналогичным образом были обработаны образцы с использованием 5 различных составов дл  пропитки, а также подвергнут диффузионному насыщению образец в соответствии со способом обработки, описанном в прототипе, после чего проводилс  сравнительный анализ свойств образцов.

Результаты сравнительных испытаний представлены в табл. 1 и 2.

Определение оптимального состава пропитывающей жидкости показано в табл. 1.

Из табл. 1 следует, что оптимальной  вл етс  пропитка порошковых изделий в составе , содержащем 24-28% карбамида, 46-52% кубовых остатков производства а- пирролиддона и 20-30% воды. При содер- жании воды менее 20%, а карбамида и кубовых остатков соответственно более 28% и 52% наблюдаетс  недостаточна  степень заполнени  пор пропитывающим составом, что приводит к низкой коррозиен- ной стойкости обработанных изделий. При содержании воды более 20%, а карбамида и кубовых остатков соответственно менее 24% и 46% количество азотсодержащих компонентов недостаточно дл  формирова- ни  оксинитридной пленки на поверхности пор, что также приводит к снижению коррозионной стойкости.

Определение оптимальной продолжительности диффузионного насыщени  пока- зано в табл. 2.

При изучении процесса диффузионного насыщени  установлено, что дл  выбранного состава пропитывающей жидкости наиболее целесообразна его продолжи- тельность в течение 1-2 ч.

При продолжительности процесса менее 1 ч насыщение поверхности издели  недостаточно и не приводит к существенному повышению износостойкости, а при про- должительности процесса более 2 ч вследствие пересыщени  азотом в диффузионном слое наблюдаетс  по вление высокоазотистой к-фазы, обладающей повышенной хрупкостью, что приводит к снижению износостойкости обработанных изделий, а также существенному снижению ударной в зкости. Однако наблюдаемые значени  ударной в зкости превышают значени  ударной в зкости дл  образцов, обработанных по способу-прототипу.

Результаты экспериментов по определению состава карбюризатора дл  проведени  процесса диффузионного насыщени  приведены в табл. 3.

Как следует из табл. 3, наиболее рациональным  вл етс  содержание карбамида в составе карбюризатора в количестве 30- 40%, кубовых остатков производства а- пирролиддона 60-70%.

При содержании в карбюризаторе кубовых остатков производства «-пирролиддо- на менее 60% и, соответственно, карбамида более 40% в составе присутствуют нерастворимые компоненты, в диффузионном слое наблюдаетс  Ј-фаза, расположенна  по границам зерен. При концентрации кубовых остатков более 70% и соответственно карбамида менее 30% в диффузионном слое

образуетс  главным образом у -фаза, расположенна  в объеме зерен. Содержание кубовых остатков производства а-пирро- лиддона менее 60% хоть и обеспечивает повышенную микротвердость, приводит к его повышенной хрупкости, что обусловливает пониженную износостойкость по сравнению с сло ми, полученными при более высоком содержании в карбюризаторе кубовых остатков. В то же врем  при содержа- нии кубовых остатков в составе карбюризатора более 70% происходит такое существенное снижение азотного потенциала атмосферы, что оно не обеспечивает необходимого насыщени  материала азотом. Это приводит к понижению микротвердости диффузионного сло  и износостойкости упрочненных изделий.

Анализ приведенных данных позвол ет сделать вывод о том, что предлагаемый способ обработки обладает необходимой технологичностью , а упрочненные издели  отличаютс  повышенной износостойкостью , коррозионной стойкостью и ударной в зкостью при наличии их герметичности.

Использование способа позволит существенно повысить износостойкость, коррозионную стойкость и ударную в зкость порошковых изделий при обеспечении их герметичности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ поверхностного упрочнени  изделий из порошков на основе железа, включающий размещение изделий в термической печи, диффузионное насыщение их при 580-620°С в атмосфере, создаваемой в печи пиролизом азотсодержащего карбюризатора , равномерно подаваемого в печь, и извлечение изделий из печи, отличающийс  тем, что, с целью повышени  изностойкости, ударной в зкости и коррозионной стойкости, перед размещением изделий в термической печи осуществл ют их вакуумную пропитку в растворе, содержащем 46-52% кубовых остатков производст0

   ва а-пирролиддона, 24-28% карбамида и 20-30% воды, и виброгалтовку, а диффузионное насыщение провод т в течение 1-2 ч, при этом азотсодержащий карбюризатор содержит карбамид и кубовые остатки производства а-пирролиддона при следующем соотношении компонентов, мас.%:

   Карбамид30-40

   Кубовые остатки

   производства а-пирролиддона 60-70

   Примечание. Коррозионна  стойкость образца, обработанного по известному способу (прототипу), прин та за 1.

   Примечание. Герметичность образцов отмечалась при всех режимах обработки.

   Таблица 1

   15

   Таблица 2

   Таблица 3