Способ получения диффузионного хромированного покрытия на железоуглеродистых сплавах

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроительной , приборостроительной и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение износостойкости железоуглеродистых сплавов за счет повышения пластичности хромированного покрытия . Способ включает нанесение на поверхность никелькобальтфосфорного химического покрытия толщиной 5-8 мкм и последующее диффузионное хромирование при 950 - 1050°С в течение 6 - 7 ч. Это позволяет повысить износостойкость при высоком удельном давлении в узле трения и предотвращает возникновение трещин в покрытии. 4 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{sl)5 С 23 С 10/02

ГОСУДАРСТВЕI+IblA КОМИТЕТ

lIO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821897! 02 (22) 05.03.90 (46) 07.05.92. Бюл.%17 (71) Украинский полиграфический институт им. И.Федорова (72) О.П.Стецькив, А.В.Манька и P.(;.Àðàáский (53) 621.785.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 578363, кл. С 23 С 10/28, 1976. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИФФУЗИОННОГО ХРОМИРОВАННОГО ПОКРЫТИЯ НА

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВАХ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам химико-термической обработки (ХТО) для повышения эксплуатацион н ых характеристик изделий и может быть использовано в машиностроительной, металлургической и приборостроительной промышленности для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента.

Целью способа является повышение износостойкости диффузионного, хромированного покрытия за счет повышения пластичности хромированного слоя.

Указанная цель достигается тем, что в способе поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента, который заключается в нанесении на упрочняемую поверхность химического покрытия с последующим диффузионным хромированием. на упрочняемую поверхность изделия путем химического осаждения наносят трехкомпо,, Ы,, 1731870 А1 и может быть использовано в машиностроител ь ной, и риборостроител ь ной и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение износостойкости железоуглеродистых сплавов за счет повышения пластичности хромированного покрытия. Способ включает нанесение на поверхность никелькобальтфосфорного химического покрытия толщиной 5 — 8 мкм и последующее диффузионное хромирование при 950 — 1050 С в течение 6 — 7 ч. Это позволяет повысить износостойкость при высоком удельном давлении в узле трения и предотвращает возникновение трещин в покрытии. 4 табл. нентное никелькобальтфосфорное покрытие толщиной 5 — 8 мкм, после чего осуществляют диффузионное хромирование для образования хромированного слоя с внешней композиционной зоной из карбидов хрома и твердого раствора хрома в а — железе.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что химическим осаждением наносят никелькобальтфосфорное покрытие определенной толщины, а в процессе хромирования формируют слой с внешней композиционной зоной. Толщина никелькобальтфосфорного покрытия менее-5 мкм не оказывает заметного влияния на строение хромированного слоя при последующем диффузионном насыщении. В этом случае образованное хромированное покрытие аналогично образцам без предварительной обработки химическим способом, При толщине химического покрытия более 8 мкм

1731870

40

50 образуется хромированный слой с внешней карбидной зоной. С увеличением толщины никелькобальтфосфорного покрытия до 20 мкм толщина сплошной карбидной зоны достигает 70 мкм.

Хромирование на протяжение менее 6ч приводит к образованию внешней эоны из твердого раствора хрома в а-железа. Износостойкость подобного хромированного слоя существенно 1(2 — 3 раза) ниже иэносостойкости слоя с карбидной или композиционной внешней зоной. Увеличение времени выдержки (более 7 ч) обуславливает нежелательное возрастание шероховатости насыщаемой поверхности. Снижение температуры хромирования (менее 950 С) нецелесообразно из-за резкого уменьшения толщины внешней композиционной зо. ны. Температура более 1050 С связана с интенсивным ростом зерен серцевины.

Образование хромированного слоя с внешней карбидной зоной или с внешней зоной из твердого раствора хрома в а-железе не обеспечивает необходимой износостойкости при высоком удельном давлении в узле трения. В случае. использования предлагаемого диффузионного покрытия нагрузки, возникающие в узле трения, воспринимаются в первую очередь более пластичным компонентом диффузионного слоя, а именно твердым раствором хрома в а — железе. Релаксация деформационных напряжений в указанной структурной составляющей внешней зоны способствует сохранению собственно карбидных зерен, а следовательно, высокой износостойкости покрытия. Сохранению диффузионного слоя способствует и то, что столбчатые карбидные зерна не поддаются выкрашиванию в силу прочного сцепления с твердым раствором, В результате действия перечисленных факторов изменяется характер разрушения диффузионного хромированного покрытия.

Если в случае формирования внешней карбидной зоны рост удельного давления приводит к образованию трещин в этой зоне, то после создания внешней композиционой зоны увеличение связано лишь с увеличением износа за счет истирания. Интенсивность истирания с ростом давления выше допустимых значений резко увеличивается по параболической зависимости.

Диффузионное хромированное покрытие состоит из внешней композиционной зоны, представляющей собой столбчатые карбиды хрома Сг7Сз, пронизывающие объем твердого раствора хрома в а-железе перпендикулярно к насыщаемой поверхности, сплошной зоны твердого раствора хрома в а -; эвтектоидной зоны, далее следует серцевина, Предлагаемый способ получения диффузионного карбидного покрытия реализован следующим. образом.

Проводят обработку отверстия 20 в деталях иэ углеродистой качественной конструкционной стали 45. Последовательность обработки следующая: химическое осаждение, диффузионное хромирование.

Химическое осаждение никелькобальтфосфорного покрытия на изделие осуществляют в растворе, содержащем, г/л: углеродистый кобальт 7; сернокислый никель 15; лимоннокислый натрий 84; гипофосфит натрия 30. Плотность нагрузки составляет 7,2 дм /л, Длительность осаждения сплава при 80 — 90 С 150 мин, рН раствора 8 — 9. Значение рН корректируют добавлением раствора аммиака.

Толщину химического покрытия контролируют на приборе Т1К2-ПУГ-3 ГОСТ

10717-75 при увеличении х487. Погрешность измерения определяют ценой .наименьшего деления шкалы винтового окуляра микрометра и для предлагаемого диапазона значений толщины химического покрытия (5 — 8 мкм) составляет 3,8 — 6,0.

Диффузионное хромирование проводят газовым способом в порошковой смеси из

60 $ ф еeр р оoхxр оoмMаe, 33 $ оксида алюминия и.

7 хлористого аммония. Процесс насыщения ведут при 1050 С на протяжении 6 — 7 ч в реторте с плавким затвором. После насыщения реторту охлаждают с печью до комнатной температуры. В результате образуется диффузионный слой указанной структуры. Образцы типа втулок имеют толщину стенки 10 мкм, что исключает возможность сквозной диффузии.

Износостойкость образцов исследуют на стенде одностороннего движения в усло. виях трения скольжения. Частота вращения

2 с, удельное давление изменяют от 2 до 7

МПа, диаметр образцов типа вал-втулка 20 мм (предлагаемым способом обрабатывают втулку, вал изготавливают из стали 45 с последующим диффузионным борированием), диаметральный зазор находится в пределах

0,05 — 0,07 мм P — 8 квапитет.точности), база испытаний-10 циклов. Промывкуобразцов, взвешивание и подачу смазочного масла производятчерез каждые2 10 циклов. Величину уменьшения массы образцов определяют как разницу двух смежных значений массы. Погрешность полученных значений уменьшения массы образца определяют как квадратичную сумму погрешностей отдель5 1 7 31870

Формула и э обретен ия

Способ получения диффузионного хромированного покрытия на жвлезоуглеродистых сплавах, включающий нанесение на

5 поверхность химического покрытия с последующим диффузионным хромированием в порошковой среде, отличающийся тем, что, с целью повышения иэносостойкости эа счет повышения пластичности хромирован10 ного покрытия, в качестве химического покрытия наносят никелькобальтфосфорное покрытие толщиной 5 — 8 мкм, а диффузионное хромирование проводят при 950—

1050 С в течение 6 — 7 ч.

Таблица 1

Толщина Фазовый состав внешхимическо- ней зоны хромированного покры- го слоя тия, мкм

Уменьшение массы образца, мг

Удельное дав-. ление при испытаниях на изнашивание, МПа

Толщина внешней зоны хромированного слоя, мкм

3

10-15

Карбиды СпзСа

Сг7Сз и СгзСг

Карбид СгтСз + твердый раствор Cr в a-Fe

60-70

То же

То же

20-30

Карбид СгуСз

П р и меч а н и е. Обработка при постоянных времени 6,5ч, при 1000ОС хромирования. ных измерений. Для полученных значений уменьшения массы (92-344 мг) она не превышает 1 $, Результаты проведенных измерений представлены в табл.1 — 4.

Использование предлагаемого cllGc008 получения диффузионного хромированного покрытия обеспечивает по сравнению с известными способами повышение износостойкости при высоком удельном давлении в узле трения, что увеличивает долговечность упрочненных деталей.

Таким образом, заявляемое изобретение позволит расширить область применения диффузионного хромирова ния.

3

5

3

5

2

4

° 5 .6

3

5

7

3

98

120 Трещины в покрытии

106

134

166

102

127

158

201

278 .

97

123

152

126

187

249, 331

92

112

138

Трещины в пок ытии

Таблица 2

* Возрастание шероховатости поверхности при данном времени хромирования приводит к увеличению приработачного износа и, как следствие, к изменению зазора в паре трения, Таблица 3

1731870

Продолжение. табл. 3

П р им е чан и е. Толщина химического покрытия 6 мкм, время хромирования 6,5ч.

Таблица 4

Время выдержки при хромировании, ч

Уменьшение массы образца, мг

Температура хромирования, ОС

Фазовый состав внешней зоны хромированного слоя

Карбид СгуСз + твердый раствор

Cr в а-Fe

То же

108

40-50

950

6,0

80-90

1050

7,0

Составитель И. Дашкова

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор М. Бланар

Заказ 1560 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская на0„4!5

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

Толщина химического покрытия, мкм.

Толщина внешней зоны хромированного слоя, мкм

Удельное давление при испытаниях на изнашивание. МПэ

3

5

92

148

181

233

296