Спосіб нанесення карбонітридних дифузійних покриттів на поверхню сталей та твердих сплавів

Спосіб нанесення дифузійних покриттів, який включає завантаження до камери зразків, карбюризатора та порошку титану, герметизування реакційної камери, вакуумування, нагрів до температури насичення 1000-1050 °С, повторне вакуумування, введення чотирихлористого вуглецю 4-5 мл/м2, ізотермічну витримку при температурі насичення протягом 2-4 годин, який відрізняється тим, що перед процесом титанування зразки підлягають азотуванню в середовищі аміаку. (19) (21) u200713004 (22) 23.11.2007 (24) 25.02.2008 (72) ХИЖНЯК ВІКТОР ГАВРИЛОВИЧ, UA, КУРИЛО НАДІЯ АНАТОЛІЇВНА, UA, ШАХРАЙЧУК МАРІЯ МИКОЛАЇВНА, UA, ЛЕЩЕНКО СЕРГІЙ МИХАЙЛОВИЧ, UA, ЧУРИКОВ МАКСИМ ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ", UA (56) 3 проазотовані зразки та насичуючу суміш, яка складається з 125-135г/м2 Ті та карбюризатора у співвідношенні на 8 частин Ті 1 частина карбюризатора, розміщують в герметичній реакційній камері. Камеру з вмістом вакуумують до тиску 10-1мм.рт.ст., нагрівають до температур насичення 1050°С, ще раз вакуумують до тиску 10 1 мм.рт.ст., вимикають насос, вводять чотирихлористий вуглець із розрахунком 4-5 мл/м2 робочої поверхні та здійснюють ізотермічну витримку. Загальний час процесу обробки сталей 4 години, твердих сплавів - 2 години. Охолодження виробів до кімнатної температури повільне, разом з камерою. В Таблиці 1 приведені результати аналізу сталей та твердих сплавів після азотування, титанування та азототитанування, в Таблиці 2 наведено вплив азототитанування на стійкість багатогранних непереточувальних твердосплавних пластин (БНТГІ) при точінні. Приклад Попередньо проазотовані в атмосфері аміаку при температурі 520°С протягом 36 годин зразки зі сталі 45, У8А, Х12М, армко залізо та тверді сплави ВК8 та Т15К6 завантажують до реакційної камери, в якій розміщають карбюризатор (16г\м2) та порошок титану (128г/м2). Камеру герметизують, вакуумують до тиску 10-1мм. рт. ст., нагрівають до температури 1050°С, вакумують повторно, вводять чотирихлористий вуглець (5мл/м2) та здійснюють ізотермічну витримку. Загальний час процесу обробки сталей - 4 години, твердих сплавів - 2 години. Вироби охолоджують в реакційному середовищі до кімнатної температури. В результаті чого на поверхні зразків зі сталі та армко заліза утворюються покриття, які складається зі внутрішнього шару нітриду титану TiN товщиною 2-3мкм, з мікротвердістю 27-30ГПа та зовнішнього шару карбіду титану ТіС товщиною 6-12мкм з мікротвердістю 32-38ГПа. На поверхні твердих сплавів ВК8 та Т15К6 - одношарові покриття TiCN, товщиною 6,5мкм та 5,5мкм, мікротвердістю 31,5-32,5ГПа відповідно (Таблиця 1). Був проведений рентгеноструктурний аналіз, результати якого представлені в Таблиці 1. Більш досконале вивчення процесу азототитанування за запропонованим методом дало підстави говорити про те, що при нагрівання азотованих виробів в середовищі титану нітриди заліза та легуючих елементів дифундують за двома напрямками всередину зразка та до поверхні, при цьому відбувається процес утворення нітриду титану. Після цього утворюється карбід титану. Триботехнічні випробування зразків з покриттями на основі азоту, титану та вуглецю в умовах абразивного зношування (ГОСТ 17367-71) вказують на збільшення стійкості в 2,0-2,5 рази. Результатом випробувань БНТП після азототитанування при точінні є підвищення стійкості в 0,9-4,7 рази в порівнянні з вихідними (Таблиця 2). 30506 4 Запропонований метод простий та економічний, завдяки використанню традиційного обладнання, відносно низьких робочих температур, обслуговуючий персонал не високої кваліфікації, вибухобезпечний. Не вимагає ретельного приготування поверхні перед обробкою. При титануванні зразки, карбюризатор, порошок титану завантажували до камери, герметизували, вакуумували, нагрівали до температури 1050°С, повторно вакуумували, вводили чотирихлористий вуглець, проводили ізотермічну витримку при температурі насичення протягом 4 годин. Процес титанування був проведений з метою порівняння результатів запропонованого способу з відомим (Таблиця 1) Джерела інформації: 1. Лоскутов В.Ф., Хижняк В.Г. Нанесение карбида ниобия на поверхность инструментальных сталей. Изв. вузов Чер. металлургия, 1979 №4, с.91-93. 2. Диффузионные карбидные покрытия. В.Ф.Лоскутов, В.Г.Хижняк, Ю.А.Куницкий, М.В.Киндрачук, К.:Техника, 1991 -168с. Результати аналізу сталей та твердих сплавів після азотування, Сталь ХТО Фазовий склад поверхні Fe2-3N Азотування Fe4N a -Fe Fe2Ti Технічне залізо Титанування FeTi a -Fe TiN Азототитанування Fe2Ti FeTi Fe2-3N Азотування Fe4N Титанування Fe3O4 TiC TiC Сталь У8А Азототитанування Азотування Сталь 45 Титанування Азототитанування TiN Fe2-3N Fe4N Fe3O4 TiC TiC Період ґр a 11,1987 2,8691 4,3158 4,7983 2,9755 4,7977 8,4128 4,3396 4,4234 4,7982 8,3983 4,3409 4,3584 5 30506 Азотування Сталь Х12М Титанування Азототитанування* ВК8 Т15К6 Азототитанування Азототитанування TiN Fe2-3N Fe4N Fe3O4 CrN TiC TiC TiN TiCN TiCN 6 4,7919 8,3853 4,1517 4,3322 4,2371 4,4215 8 8 8 6 2 6,5 5,5 6,3 13,6 32,0 38,4 30,4 31,5 32,5 *- наведено фазовий склад зони сполук Таблиця 2 Вплив азототитанування на стійкість БНТП при точінні Твердий сплав Т15К6 ВК8 Оброблюваний Режими різання матеріал Швидкість, м/хв Подача, мм/об Глибина, мм 20 150 0,126 1,0 45 100 0,75 1,5 40Х 40 0,11 1,0 3Х2В8 95 0,75 1,5 9ХС 200 0,036 1,0 У8А 200 0,43 1,0 40X13 150 0,434 1,0 ВТ6 80 0,128 1,0 Коефіцієнт збільшення стійкості 3,3 4,0 4,7 4,2 2,0 2,9 4,7 0,9