Спосіб вакуумного дифузійного хромоалітування сталі

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к диффузионному хромоалитированию в вакууме с применением порошков хрома и алюминия, и может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности для поверхностного упрочнения инструментов, технологической оснастки и деталей машин. Известен способ хромоалитирования в вакууме стальных изделий, который может быть взят в качестве прототипа, включающий использование порошковой смеси, состоящей из 94,5-96,0 мас.% хрома и 4,0-5,5 мас.% алюминия. Обработанные предлагаемым способом образцы из стали 4Х4ВМФС (Ди 22) по режиму: температура 1120°С, вакуум с остаточным давлением 0,133 Па, выдержка 4,5 часа, имеют диффузионный слой общей толщиной 158 мкм. При этом последний состоит из двух зон: карбидной зоны с толщиной 8 мкм и микротвердостью 13000 МПа и зоны твердого раствора хрома и алюминия в альфа-железе с толщиной 150 мкм и микротвердостью 2340-2150 МПа. Обработанные по этому способу пресс-формы для литья под давлением медных сплавов обеспечивают повышение их стойкости в 2,5-3 раза. Недостатками этого способа являются: узкий диапазон применения в смеси алюминия - 1,5%, что приводит к необходимости очень тщательного перемешивания ее во избежание неоднородности» приводящей к неравномерному диффузионному слою; большой рост аустенитного зерна из-за высокой температуры, что снижает пластические свойства стали. - Задачей изобретения является усовершенствование способа вакуумного диффузионного хромоалитирования стали, в котором за счет подбора соотношения компонентов обеспечивается создание равномерного диффузийного слоя, большая толщина покрытия, повышение пластических свойств стали. Способ технологичен и экономичен. Указанная задача достигается тем, что хромоалитирование осуществляется с применением порошковой смеси, состоящей из 90-94 мас.% хрома и 6-10 мас.% алюминия в вакууме с остаточным давлением не более 1,33 Па при температуре 1080-1100°С и времени выдержки 3,4-4,5 часа. Хром использован в виде особо чистого микропорошка, изготовленного серийно гидридно-кальциевым методом (с содержанием примесей не более 1,0 мас.%), а алюминиевый порошок марки АП с зернистостью близкой к зернистости порошка хрома (50-100 мкм). Перед загрузкой в вакуумную печь поверхность изделия засыпается хромоалюминиевой смесью с обеспечением плотного ее прилегания путем применения элементарных стальных заглушек, упоров, прижимов. Указанный способ использовался при хромоалитировании формообразующих частей пресс-форм из стали типа 4Х4ВМФС (Ди 22) в вакуумной печи типа СЭВ 3,3/11,5 по вышеуказанному режиму. Обработанные по этому способу пресс-формы литья под давлением медных сплавов обеспечивают повышение стойкости в 2,5-3 раза. Величина аустенитного зерна составляет №№ 5-6 (в известном способе №№ 6-7). Чистота поверхности после хромоалитирования практически не изменяется, приобретая матовый оттенок. Многочисленные натурные испытания и анализ статистических данных показали, что по сравнению со способом-прототипом стойкость пресс-форм получилась одинаковая благодаря увеличению общей толщины диффузионного слоя (из-за увеличения содержания алюминиевого порошка) при снижении толщины карбидной зоны. Дополнительное объяснение этому явлению дало тщательное изучение данных рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа (РСЭМА) и металлографических исследований. Согласно этим данным в диффузионном слое между карбидной зоной и зоной твердого раствора хрома и алюминия в альфа-железе имеется еще промежуточная зона, равная по толщине карбидной зоне с высоким содержанием хрома (25%), алюминия (1,5%) и углерода (7%). Благодаря такому химическому составу промежуточная зона обладает высокими физико-механическими свойствами более близкими к свойствам карбидной зоны. В таблице приведены сравнительные данные для известного и предлагаемого способов. Приведенный способ позволяет: снизить требование к тщательности перемешивания порошковой хромоалюминиевой смеси; заменить некоторое количество дорогостоящего хрома на алюминий; уменьшить величину аустенитного зерна после проведения хромоалитирования и повысить стойкость электронагревателей вакуумной печи благодаря снижению температуры нагрева.