способ химико-термической обработки стальных изделий

Классы МПК:C23C12/00 Диффузия в твердом состоянии по крайней мере одного неметаллического элемента, иного, чем кремний, и по крайней мере одного металлического элемента или кремния в поверхность металлического материала
C23C8/80 последующая обработка
C21D9/10 ружейных стволов 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Тульский государственный технический университет АК "Туламашзавод"
Приоритеты:
подача заявки:
1994-07-25
публикация патента:

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к способам получения износо-и коррозионностойких покрытий на поверхности стальных изделий, преимущественно стволов орудий. Химико-термическую обработку стальных изделий осуществляют в две стадии: сначала проводят низкотемпературное газовое карбонитрирование, после чего осуществляют оксимолибденирование в атмосфере паров молибденовокислого аммония при температуре 550 - 620oС до толщины слоя покрытия, равного 2 - 3 мкм. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.
Рисунок 1

Формула изобретения

1. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий низкотемпературное карбонитрирование, отличающийся тем, что после карбонитрирования проводят оксимолибденирование.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксимолибденирование проводят в атмосфере паров молибденовокислого аммония при 550 - 620oС.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что оксимолибденирование проводят до толщины слоя покрытия 2 - 3 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий, в частности к способам получения коррозионно- и износостойких покрытий на поверхности стальных изделий, которые подвергаются сильному износу и коррозии в процессе функционирования, например, стволов орудий, и может быть использовано в машиностроении, химическом машиностроении и т.п.

Известен способ химико-термической обработки стальных изделий (а.с. N 1659527, кл. С 23 С 10/58, 1991), включающий порошковое борирование при 90-1050оС и последующее титанирование при 1000-1100оС с промежуточной выдержкой в воздушной среде при 850-950оС в течение 5-10 мин.

Недостатком известного способа является то, что при работе изделия, сопровождающейся силовым нагружением рабочих поверхностей, наблюдается нарушение сплошности защитного покрытия, что вызывает снижение коррозионной стойкости и износостойкости рабочих поверхностей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки [1] включающий химико-термическую обработку, в качестве которой используют низкотемпературное газовое карбонитрирование с получением способ химико-термической обработки стальных изделий, патент № 2055098-фазы на поверхности. Достоинством способа является то, что рабочие поверхности имеют высокую поверхностную твердость с сохранением мягкой сердцевины. Однако при этом на поверхностях детали образуется слой высокоплотного вещества в виде карбонитридов железа. Причем коррозионная стойкость достигается наличием на поверхности окислов, а износоустойчивость рабочих поверхностей определяется, в основном, оксидами железа (II, III) Fe3O4. Недостатком указанного способа является то, что в процессе эксплуатации изделий, подвергающихся экстремальным нагрузкам, например, каналов стволов орудий, отмечено частичное превращение оксида железа Fe3О4 в Fe2O3. Этим оксидам соответствуют гидрооксиды железа, которые усиливают коррозию, причем соли железа (III) гидролизуются, в результате чего коррозионная стойкость поверхности изделия снижается, снижается и усталостная прочность покрытия.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик изделий, поверхности которых подвергаются сильным нагрузкам, за счет получения покрытия, обеспечивающего уменьшение коэффициента трения на рабочих поверхностях при повышении их износостойкости и коррозионной стойкости.

Цель достигается тем, что в известном способе химико-термической обработки стальных изделий, включающем низкотемпературное газовое карбонитрирование, дополнительно осуществляют оксимолибденирование. Причем оксимолибденирование проводят в атмосфере паров молибденовокислого аммония при температуре 550-620оС на глубину слоя, не превышающую 2-3 мкм.

П р и м е р. Предлагаемый способ химико-термической обработки стальных изделий осуществляют следующим образом.

После полной механической обработки изделия, напримеp стволов орудий, осуществляют процесс нанесения покрытий.

Применение в качестве упрочняющей обработки низкотемпературного газового карбонитрирования при температуре 550-620оС позволяет получить прочный и твердый слой толщиной до 15 мкм при достаточной общей упругости и вязкости сердцевины. Для получения указанной толщины карбонитридного слоя процесс необходимо осуществлять в течение 2-2,5 ч. При этом происходит диффузионное насыщение поверхности материала изделия азотом и углеродом в газовой атмосфере эндогаза и аммиака или из смеси азота и паров карбамата аммония. Также могут быть применены и другие газовые способы, позволяющие насыщать поверхность металла азотом и углеродом с образованием на поверхности антифрикционного карбонитридного слоя. В результате протекания процесса химико-термической обработки происходит постепенная релаксация напряжений, созданных предшествующими обработками в теле изделия, например, стволов орудий, а в поверхностном слое возникают равномерно распределенные напряжения сжатия.

Непосредственно после карбонитрирования проводят оксимолибденирование всей поверхности ствола орудия в атмосфере паров молибденовокислого аммония при температуре 550-620оС. При этом происходит реакция замещения карбидных и нитридных фаз во внешней части карбонитридного слоя магнетиком, легированным молибденом (Fe2O4)Mo. Толщина полученного оксимолибденированного покрытия не превышает 2-3 мкм, что составляет 10-30% толщины слоя карбонитридов и обеспечивает повышенную износостойкость рабочей поверхности ствола и низкий коэффициент трения при работе, сопровождающейся большими нагрузками на поверхности изделия без нарушения сплошности покрытия.

Кроме того нерабочая наружная поверхность ствола орудия дополнительно защищается антикоррозионностойким покрытием, необходимым при работе изделий в экстремальных условиях, например, в случае повышенной влажности воздушной среды. Нанесение защитных покрытий на нерабочих наружных поверхностях осуществляют традиционными способами, например, путем фосфатирования с последующей пропиткой клеевыми составами с нигрозином.

По указанной технологии нанесения покрытий была изготовлена партия стволов орудий из стали марки 25Х3М3НБЦА с толщиной карбонитридного слоя 15 мкм и оксимолибденового покрытия 3 мкм.

Для испытаний в естественных условиях в качестве контрольной были взяты две партии стволов: одна партия стволов, канал которых хромирован по штатной технологии при толщине покрытий 18-60 мкм; другая партия стволов, у которых канал подвергнут карбонитрации, с толщиной покрытий 20 мкм (а.с. N 1488359, кл. С 23 С 8/32). Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Наряду с этим проводилась аттестация изделий на коррозионную стойкость для указанных трех типов покрытий. В качестве коррозионной среды при этом использовался 4% -ный раствор хлористого натрия. Образцы были выполнены из стали марки 25ХЗМЗНБЦА в виде пластин 150 х 20 х 1 мм, на которые были нанесены указанные покрытия. Результаты оценки защитных свойств покрытий представлены в табл. 2.

Кроме того отмечено отсутствие нарушения сплошности предлагаемых покрытий после проведения испытаний. В контрольных образцах отмечено наличие сетки трещин на рабочей поверхности и местные "выхваты" покрытия канала орудийного ствола.

Класс C23C12/00 Диффузия в твердом состоянии по крайней мере одного неметаллического элемента, иного, чем кремний, и по крайней мере одного металлического элемента или кремния в поверхность металлического материала

способ нанесения металлокерамического покрытия на стальную деталь с использованием электрической дуги косвенного действия -  патент 2510427 (27.03.2014)
способ нанесения защитного покрытия на изделия из стали или титана -  патент 2492281 (10.09.2013)
способ нанесения керамического покрытия на детали из чугунов и сталей -  патент 2482215 (20.05.2013)
способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля -  патент 2471887 (10.01.2013)
способ нанесения шликера металлокерамического покрытия на внутреннюю поверхность статора турбины -  патент 2433208 (10.11.2011)
способ нанесения покрытия -  патент 2413785 (10.03.2011)
способ борохромирования стальных изделий -  патент 2391441 (10.06.2010)
способ боросилицирования стальных изделий -  патент 2391440 (10.06.2010)
способ борохромирования стальных изделий -  патент 2391439 (10.06.2010)
способ термодиффузионного упрочнения стальных деталей -  патент 2384649 (20.03.2010)

Класс C23C8/80 последующая обработка

способ внутреннего азотирования ферритной коррозионно-стойкой стали -  патент 2522922 (20.07.2014)
способ упрочнения титановых сплавов в газовой среде -  патент 2365671 (27.08.2009)
способ химико-термической обработки сталей в порошковых смесях -  патент 2348736 (10.03.2009)
способ химико-термической обработки деталей пар трения из сталей -  патент 2330100 (27.07.2008)
способ термической и химико-термической обработки стальных изделий в вакууме -  патент 2324001 (10.05.2008)
способ азотирования изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода -  патент 2276201 (10.05.2006)
способ поверхностного упрочнения изделий из стали -  патент 2251594 (10.05.2005)
способ изготовления тонких, труднорастворимых покрытий (варианты) -  патент 2250932 (27.04.2005)
способ обработки стальных изделий -  патент 2221078 (10.01.2004)
способ комбинированного борирования углеродистой стали -  патент 2210617 (20.08.2003)

Класс C21D9/10 ружейных стволов 

Наверх