состав для диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов
Классы МПК: | C23C10/54 диффузия по крайней мере хрома |
Автор(ы): | Паладин Н.М., Белов Е.И., Русин Е.Н., Гузанов Д.С. |
Патентообладатель(и): | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-12-09 публикация патента:
20.11.1995 |
Использование: изобретение относится к химико-термической обработке железоуглеродистых сплавов и может быть использовано для упрочнения изделий в металлургической, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: состав содержит, мас. хром 15 25; вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 10 30; хлористый аммоний 1 3; окись алюминия остальное. 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
СОСТАВ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ, содержащий хром, хлористый аммоний и окись алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 при следующем соотношении компонентов, мас. Хром 15 25Вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 10 30
Хлористый амоний 1 3
Окись алюминия Остальное
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к химико-термической обработке материалов и может быть использовано для упрочнения изделий в металлургической, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства. Уровень техники заявляемого объекта в области составов для диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов заключается в следующем. Известен состав (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник под ред. Л. С. Ляховича. М. Металлургия, 1971, 191 с.) для диффузионного хромирования, содержащий следующие компоненты, мас. Феррохром 50 Окись алюминия 45 Хлористый аммоний 5Хромирование изделий из модифицированного ковкого чугуна в этом составе при температуре 1050-1150оС и выдержке 4-8 ч позволяет достигать диффузионный слой толщиной 130-160 мкм. Недостатками данного состава являются его относительно низкая насыщающая способность и высокие температуры процесса хромирования, так как хромирование изделий из чугуна выше температуры 1050оС проводить нецелесообразно из-за возможного оплавления поверхности. Известен также наиболее близкий к заявляемому изобретению состав (прототип) для комплексной обработки стальных изделий (Дубинин Г. Н. Диффузионное хромирование сплавов. М. Машиностроение, 1964, 189 с.), который содержит следующие компоненты, мас. Хром 50 Хлористый аммоний 5 Окись алюминия 45
Хромирование изделий из стали 45 в этом составе при температуре 950-1150оС и выдержках от 4 до 12 ч позволяет достигать диффузионный слой толщиной 30-60 мкм. Недостатками данного состава являются его относительно низкая насыщающая способность и высокая температура процесса хромирования, а также образование обезуглероженного подслоя, что снижает износостойкость изделий. Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, мас. хром 50; хлористый аммоний 5; окись алюминия остальное. Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата, является низкая насыщающая способность состава, а также высокие температуры проведения процесса. П ри низкой температуре хромирования (950оС) на поверхности стали образуется тонкий слой карбида или карбонитрида с содержанием хрома около 25% далее следует зона твердого раствора хрома в железе, затем следует переходная зона, состоящая из двух фаз, и под этими слоями обезуглероженная зона, постепенно переходящая в типичную для стали 45 структуру, состоящую из феррита и перлита. При высоких температурах хромирования вследствие большой скорости диффузии углерода происходит обезуглероживание значительной зоны, а диффузия хрома ограничивается образованием на поверхности только одного слоя твердого раствора с содержанием хрома до 70-85%
Продолжительность процесса диффузионного хромирования является существенным фактором, так как приводит к увеличению диффузионного слоя. Однако задавать высокие температуры и большую выдержку процесса хромирования не следует, так как это приводит к увеличению обезуглероженного подслоя, укрупнение зерна, как поверхностной, так и внутренней зон. К тому же, перегрев приводит к образованию видманштеттовой структуры. Сущность изобретения заключается в следующем. В состав диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов в качестве наполнителя кроме окиси алюминия дополнительно входит вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 в количестве 10-30 мас. Изобретение направлено на решение задачи повышения насыщающей способности смеси за счет изменения фазового состава наполнителя путем введения в состав наполнителя вольфрамового концентрата марки ППВЗ-3 ГОСТ 48-1413-82, являющеягося побочным продуктом переработки оловянных руд Солнечного горнообогатительного комбината (Хабаровский край), при следующем соотношении компонентов, мас. Хром 15-25 Вольфрамовый концентрат 10-30 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное
Вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 содержит 18 химических элементов периодической системы и имеет сложный химический состав, мас. WO3 27,7; Sn 20,69; Cu 0,3; As 0,53; Pb 0,42; S 1,24; Bi 0,031; Zn 0,16; Mn 0,8; Co 0,008; Cr 0,001; Ag 0,003; Al 1,0; Mg 0,6; Sb 0,8; Ba 0,03; Ca 1,0. Указанные химические элементы находятся в концентрате в виде оксидов и различного рода минералов, сросшихся между собой. Вольфрамовый концентрат применяется в молотом виде зернистостью 5-10 мкм. Благодаря особенностям своего химического состава концентрат повышает диффузионную активность хрома, за счет чего возможно снижение температуры диффузионного упрочнения до 850-950оС и сокращение времени проведения процесса. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении толщины диффузионного слоя и снижении температуры процесса диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов за счет повышения диффузионной активности насыщающей среды. Изобретение характеризуется следующими существенными признаками. Ограничительные признаки, мас. Хром 50 Хлористый аммоний 5 Окись алюминия Остальное
Отличительные признаки, мас. Вольфрамовый концентрат марки ППВЗ-3 10-30
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что для снижения температуры и времени диффузионного насыщения железоуглеродистых сплавов, в состав смеси, содержащей порошки хрома, хлористого аммония, окиси алюминия, дополнительно вводят порошок вольфрамового концентрата марки ППВЗ-3 сложного химического и минералогического состава в количестве 10-30 мас. Для проверки заявленного состава для диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов были подготовлены 10 смесей. Первая и вторая смеси готовились по составу прототипа, остальные по предлагаемому составу. Различие заключалось в процентном соотношении входящих ингредиентов. Диффузионное насыщение образцов из стали 45 осуществляли в герметическом контейнере в электропечи при температуре 850-1150оС в течение 2-8 ч. На всех образцах, подвергнутых химико-термической обработке, определялись микротвердость покрытий и при 480-кратном увеличении на поверхности травленного шлифа толщина диффузионного слоя. Технические результаты диффузионного упрочнения стали 45 представлены в таблице. Для приготовления смесей использовались: хром марки ПХ М1 (ТУ 14-1-1474-75) зернистостью 10-50 мкм; хлористый аммоний ГОСТ 3773-72; окись алюминия безводная марки "Ч" МРТУ 6-09-426-75 зернистостью 10-50 мкм; вольфрамовый концентрат марки ППВЗ-3 ГОСТ 48-1413-82 продукт Солнечного ГОКа (Хабаровский край) зернистостью 10-50 мкм после размола. Анализ технических результатов показывает, что предлагаемый состав для диффузионного упрочнения железоуглеродистых сплавов позволяет существенно снизить температуру и сократить время проведения диффузионного насыщения поверхности при сохранении высоких значений микротвердости и увеличении толщины диффузионного слоя. При этом отмечается, что оптимальными по составу следует считать смеси, содержащие ингредиенты в следующих соотношениях, мас. Хром 15-25
Вольфрамовый концентрат ППВЗ-3 10-30 Хлористый аммоний 1-3 Окись алюминия Остальное.
Класс C23C10/54 диффузия по крайней мере хрома