Состав для ниобийалитирования стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке в порошковых средах, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения стальных деталей машин. Цель изобретения - увеличение жаростойкости и износостойкости обработанных изделий. Состав для химико-термической обработки содержит порошки алюминия (AL), ниобия (NB), аммония кобальтинитрита [(NH<SB POS="POST">4</SB>)<SB POS="POST">3</SB>/CO(O<SB POS="POST">2</SB>)<SB POS="POST">6</SB>/<SP POS="POST">.</SP>1,5H<SB POS="POST">2</SB>O), хлористого аммония (NH<SB POS="POST">4</SB>CL) и окиси алюминия (AL<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">3</SB>) при следующем соотношении компонентов, мас.%: AL 25 - 30, NB 30 - 35, (NH<SB POS="POST">4</SB>)<SB POS="POST">3</SB>/CO(O<SB POS="POST">2</SB>)<SB POS="POST">6</SB>/<SP POS="POST">.</SP>1,5 H<SB POS="POST">2</SB>O 13 - 18, NH<SB POS="POST">4</SB>CL 3 - 5, AL<SB POS="POST">2</SB>O<SB POS="POST">3</SB> остальное. Обработку проводят при 900 - 1150°С в течение 2 - 10 ч. Использование данного состава обеспечивает повышение жаростойкости обработанных изделий в 1,7 - 2,1, а износостойкости - в 2,6 - 3 раза по сравнению с изделиями, обработанными в известном составе. 2 табл.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК (51) 5 С 23 С 10/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3-5

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4358881/23-02 (22) 05.01.88 ("6) 23.01.90, Бюл. 11 3 (72) В.Г.Артемчук и В.Н,Клюев. (53) 621.785.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 406698, кл. С 23 С 9/02, 1971 ° (54) СОСТАВ ДЛЯ НИОБИЙАЛИТИРОВАНИЯ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке в порошковых средах, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения стальных деталей машин.

Цель изобретения - увеличение жаростойкости и иэносостойкости обрабоИзобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к процессу диффузионного насыщения стальных изделий ниобием, алюминием, кобальтом и азотом, и может быть использовано для увеличения срока службы изделий, работающих в окислительных средах при повышенной температуре.

Цель изобретения - увеличение жаростойкости и износостойкости.иэделий.

Поставленная цель достигается тем, что состав для ниобийалитирования стальных изделий; содержащий порошок алюминия, ниобийсодержащее вещество, активатор и окись алюминия, дополнительно содержит аммоний кобальтинит- рит, в качестве ниобийсодержащего

„.,80„,,.15377Î7 А 1

2, танных изделий. Состав для химикотермической обработки содержит порошки алюминия (Аl), ниобия (Nb), аммония кобальтинитрита ((МН ) /Со(Од) /" х 1,5 Н О ), хлористого аммония (ИН С1) и окиси алюминия (А1 О,) при следующем соотношении компонентов, мас.ь: Аl 20-30; Nb 30-35;

KNH4) э/Со(02) < 1,5 Нгo ° 13-18;

ИН4С1 3-5; А1 0 > остальное. Обработку проводят при 900-1150 С в течение

2-10 ч. Использование данного состава обеспечивает повышение жаростойкости обработанных изделий в 1,72,1, а износостойкости - в 2,6 - 3 раза по сравнению с изделиями, обра1 ф ботанными в известном составе. 2 табл. вещества - порошок ниобия, а в качестве активатора - аммоний хлористый при следующем соотношении компонентов мас.Ф:

Порошок алюминия А1 25-30

Порошок ниобия Nb 30-35

Аммоний кобальтинитрит (ИН ) з i

« Со(ИО ) <) 1,5 Н О 13-18

Аммоний хлористый

ЫН Сl

Окись алюминия А1 0 з

Процесс ниобийалитирования осу ществляют при 900-1150 С в течение

2-10 ч. В результате обработки на поверхности изделий образуется диффузионный слой, состоящий из легированных азотом фаз Со А и Со А, име37707

13-18

3-5

Остальное з 15 ющих высокие жаростойкость и износостойкость.

Порошки алюминия и ниобия вводят с целью получения атомарных алюминия и ниобия, которые диффундируют в поверхностные слои. изделий, Аммоний хлористый является активатором.

При разложении кобальтинитрита образуются атомарные азот и кобальт, которые также диффундируют в поверхностные слои изделий. !

Окись алюминия вводят с целью предотвращения спекания частиц состава и их приваривания к поверхности иэделий, Процесс ниобийалитирования осуществляют следующим образом.

Изделия, предназначенные для химико-термической обработки, обезжиривают в горячем (80-g0 С) 53-ном щелочном растворе и сушат при 100

150 С. Остывшие иэделия укладывают в контейнеры с плавкими затворами, послойно пересыпают смесью, указанного выше состава, загружают в электропечь, нагревают до 900-1150 С и выдерживают при этой температуре 210. ч. Вместе с иэделиями химико-тер" мической обработке подвергают образцы, изготовленные из той же марки стали, что и изделия, пс которым определяют толщину диффузионного слоя и его свойства.

Пример 1, Образцы, изготовленные из стали марки 45, подвергают ниобийьлитированию ь составах, массовое процентное содержание которых представлено в табл. 1. Температура процесса 1000 С, а продолжительность выдержки ч ч. После обработки образцы подвергают испытаниям на износ на машине трения марки "ИИ", определяю-г толщину диффузионного слоя, его твердость и испытывают на жаростойкость при 800 С в течение

50 ч. Иаростойкость оценивают по привесу образцов.

Полученные результаты представлены в табл. 1.

Оптимальным является предлагаемый состав для ниобийалитирования. При содержании активных компонентов менее нижних предельных значений жаростойкость и износостойкость образцов увеличиваются незначительно по сравнению с известными образцами, а при содержании активных компонентов Goлее верхних предельных значений жаростойкость и износостойкость образ, цов не увеличиваются.

Пример 2. Образцы, изготовленные из сталей марок ч0Х, ч5Г2, 35ХГСА, ШХ 15 и 9ХС, подвергают ниобийалитированию описанным способом. Температура процесса 1150 С, а продолжительность выдержки 2 ч. После обработки образцы подвергают испытаниям на износ и жаростойкость, определяют толщину диффузионного слоя и его твердость.

Результаты испытания представлены в табл. 2.

Как видно из табл, 2, жаростой" кость образцов после обработки в предлагаемом составе в 1,7-2,1 раза, а износостойкость в 2,6 «3,0 раза выше, чем жаростойкость и износостойкость образцов, обработанных в известном составе.

Формула изобретения

Состав для ниобийалитирования . стальных изделий, содержащий порошок алюминия, ниобийсодержащее вещество, активатор и окись алюминия, о т л ич а ю шийся тем„ что, с целью увеличения жаростойкости и износостойкости обработанных изделий, он дополнительно содержит аммоний ко40 бальтинитрит, в качестве ниобийсодержащего вецества содержит порошок ниобия, а в качестве активатора - knoристый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.4:

Порошок алюминия 25-30

Порошок ниобия 30-35

Аммоний кобальтинитрит

Хлористый аммоний

Окись алюминия

1537707

Износ, г/см . и

Твердость слоя, МПа

Привес, гlм

Тогпцина

/ слоя, мкм

Состав

330 9500

7,8

350 11200

4,8

0,92

3.70 12100

0,87

0,80

380 12500

4,0

0,80

380 12500

4,0

Известный

7000 8,3

2,36

Содержание компонентов, мас.Ф

Предлагаемый

1 Порошок алюминия 20

Порошок ниобия 25

Аммоний кобальтинитрит 10

Аммоний хлористый 2

Окись алюминия 43

2 Порошок алюминия 25

Порошок ниобия 30

Аммоний кобальтинитрит 13

Аммоний хлористый 3

Окись алюминия .29

3 Порошок алюминия 28

Порошок ниобия 32

Аммоний кобаль" тинитрит 15

Аммоний хлористый 4.

Окись алюминия 21

4 Порошок алюминия 30

Порошок ниобия 35

Аммоний кобальтинитрит 18

Аммоний хлористый 5

Окись алюминия 12

5 . Порошок алюминия 32

Порошок ниобия 38

Аммоний кобальтинитрит 20

Аммоний хлористый 6

Окись алюминия 4

Окись алюминия 35 320

Окись ниобия 35

Алюминий фтористый 5

Алюминий 25

Т а б л и ц а 1

1537707

Т а б л и ц а 2

Износ, rIñì2 и

Привес, г/м2

Состав среды

Сталь

Опыт йс»

160 9000

40Х

4,2

1,2

Известный

152 8500

155 9000

110 8700

120 8300

190 12500

Предлагаемый

183 12000

188 12600

150 12200

152 12100

Составитель И.Петров

Редактор Н.Рогулии Техред Л»Сердюкова Корректор Л.Патай

Заказ 146 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,101

4

7

10

45Г2

35ХГСА

ШХ15

9ХС

40Х

45r2

35ХГСА

ШХ15

9ХС

I 1,»

I I н н

11

Il

I l»

«1I»

Толщина

t слоя, мкм

Твердость слоя, ИПа

4,1

3,8

3,8

4,0

2,0

1,8

1,7

1,7

1,8

1,1

0,9

0,8

1,0

0,4

0, ь

0,3

0,3

0,4