Спосіб нанесення карбідних покриттів на поверхні сталей і сплавів

1 Спосіб нанесення карбідних покриттів на поверхні сталей та сплавів, що включає розміщення деталей в реакційній камері з порош ками карбідоутворюючих металів - ніобію та хрому, вакуумування, нагрів до температури насичення, наступне вакуумування, введення чотирихлористого вуглецю, ізотермічну витримку при температурі насичення та охолодження, який відрізняється тим, що карбідоутворюючі порошки перед поміщенням у реакційну камеру змішують у наступному співвідношенні, % мас хром 20-40, ніобій 60-80 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що додатково в реакційну камеру вводять деревне вугілля 26г/м2 Винахід відноситься до галузі металурги, а саме до хіміко-термічної обробки (ХТО) металів та може широко використовуватись для підвищення експлуатаційних характеристик виробів Відомий спосіб нанесення карбідних покриттів на поверхню сплавів при зниженому тиску, при якому виріб вміщують у камеру з порошком карбідоутворюючого металу, створюють у камері вакуум 10 1 мм рт ст, нагрівають виріб до температури 9501000°С, вводять чотирихлористий вуглець, та роблять витримку на протязі 2-4 годин (Кулиба Н А , Рева А Т Получение карбидных покрытий на сталях и чугунах при пониженном давлении с применением четыреххлористого углерода В кн «Защитные покрытия на металлах», - Киев Наукова думка, вып 5, 1971 - С 65) С23С 12/00, 12 04 1988) Недоліком зазначеного способу є недостатня ЗНОСОСТІЙКІСТЬ та висока мікрокрихкість отриманих карбідних покриттів В основу винаходу поставлено задачу удосконалити відомий спосіб нанесення карбідних покриттів на сталі та сплави (А С №15556133 С23С 12/00, 12 04 1988), шляхом введення в реакційну камеру карбідоутворюючих порошків хрому та ніобію у новому співвідношенні, що забезпечує підвищення кавітаційної та корозійної СТІЙКОСТІ металевих виробів Поставлена задача досягається тим, що в способі проводять розміщення деталей у реакційну камеру, яка містить хром та ніобій, вакуумування, нагрів до температури насичення, повторне вакуумування, заповнення камери чотирихлористим вуглецем, витримку при температурі насичення та охолодження , новим є те, що перед введенням порошків карбідоутворюючих металів у реакційну камеру, їх змішують у наступному співвідношенні, %мас хром 20-40 ніобій 60-80 крім того, для підвищення якості дифузійного шару, що формується, в реакційну камеру додат Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, є спосіб нанесення карбідних покриттів на сталі та сплави, який включає розміщення деталей у реакційну камеру, яка містить хром (80-85мас %) та ніобій (15-20мас%), вакуумування, нагрів до температури насичення, повторне вакуумування, заповнення камери чотирихлористим вуглецем, витримку при температурі насичення та охолодження (А С № 15556133 ю 54924 ково вводять деревне вугілля - 26г/м Винахід може застосовуватись у машинобудуванні для підвищення ЗНОСОСТІЙКОСТІ деталей машин Спосіб полягає в тому, що деталі розміщують у реакційній камері, яка містить хром (20-40мас %), ніобій (60-80мас %) та деревне вуплля(26г/м2), вакуумують до тиску 10 1 мм рт ст, нагрівають до температури насичення 950-1050°С, повторно вакуумують до тиску 10 1 мм рт ст, заповнюють камеру чотирихлористим вуглецем, витримують при температурі насичення, вводять чотирихлористий вуглець (ССЦ), проводять ізотермічну витримку і охолоджують Приклади по ЗНОСОСТІЙКОСТІ пуансонів штампів із сталі Х12М із карбідними покриттями на основі ніобію і хрому для вирубки трансформаторних пластин типу "Ш", "ГГ, "Г" із матеріалу — трансформаторне залізо (Fe+3,8%Si) наведено у таблиці Приклади показують властивості покриттів, отриманих при використанні складу насичуючого середовища, що виходить за рамки запропонованого складу Спостерігається збільшення працездатності пуансонів штампів із сталі Х12М із комплексними карбідними покриттями, отриманими в запропонованому складі порошкової суміші, що відповідає 20-40мас % Сг, 60-80мас % Nb, для вирубки трансформаторних пластин типу "Ш", "П", "Г" із матеріалу - трансформаторне залізо (Fe+3,8%Si), як видно з даних, наведених у таблиці СТІЙКІСТЬ штампів із покриттями, отриманими в середовищі 20-40мас % Сг, 60-80мас % Nb, зростає, тому що КІЛЬКІСТЬ вирублених пластин до появи сколів на робочій поверхні пуансонів збільшується до 2000021000 одиниць (приклади 3, 4, 5) у порівнянні з 15000, отриманих при використанні пуансонів штампів з покриттями, отриманими в середовищі прототипу (приклад 1) КІЛЬКІСТЬ вирублених пластин за допомогою пуансонів штампів, оброблених у запропонованому складі порошкової суміші, зросла майже ВДВІЧІ в порівнянні з пуансонами штампів, оброблених тільки гартуванням з 1040°С та низьким відпуском при 180°С (приклад 7) При виході складу компонентів насичуючого середовища за вказані межі (приклади 2,6) КІЛЬКІСТЬ вирублених пластин до появи сколів на робочій поверхні пуансонів зменшується від 20000-21000 до 1500017000 одиниць Зростання СТІЙКОСТІ пуансонів штампів пов'язано з формуванням двофазної структури карбідних шарів (Nb,Cr)C на поверхні покриття та внутрішнього шару СГ7С3 Мікротвердість зовнішнього шару становить 23 ГПа, внутрішнього шару - 17 ГПа, що забезпечує високу ЗНОСОСТІЙКІСТЬ комплексних карбідних покриттів, отриманих з використанням порошків Сг і Nb у зазначених межах (2040мас % Сг, 60-80мас % Nb) В герметичну реакційну камеру вміщували суміш порошків хрому і ніобію у вказаних вище співвідношеннях Потім у камеру завантажували металеві вироби і за допомогою форвакуумного насосу формували в ній вакуум 10 мм рт ст, відключали насос і проводили нагрів до температури насичення (1000, 1050, 1100°С) Після повторного вакуумування до тиску 5x10 1мм рт ст , в реакційну камеру вводили чотирихлористий вуглець із розрахунку 1,5мл на 1м 2 насичуючої поверхні і проводили витримку при температурі насичення протягом 2, 4, 6 годин Після закінчення процесу ХТО деталі разом із реакційною камерою охолоджували до кімнатної температури, вироби вилучали із реакційної камери і, по мірі необхідності, піддавали термічній чи механічній обробці Підвищення ЗНОСОСТІЙКОСТІ карбідних покриттів обумовлено формуванням структури і фазового складу дифузійного шару Формування ВІДПОВІДНОГО фазового складу дифузійного шару при різних концентраціях ніобію і хрому в насичуючому середовищі пов'язано з фізико-хімічними умовами зародження і росту покриття Після вводу в реакційну камеру чотирихлористого вуглецю формується вільний хлор, який взаємодіє з порошковою сумішшю хрому та ніобію, а також із металевою поверхнею виробів, які піддаються насиченню В цьому випадку можливе формування хлоридів хрому (СгСІ2) та ніобію (МЬСЬ, NbCIs), хлоридів заліза (FeCI2) На поверхні сплавів, які піддають насиченню, можливі наступні обмінні реакції між хлоридами та металевими матеріалами основи 1) NbCI 5 +27,67CrCl4+63,83Fe+COCI 2 =NbC+Cr 2 3 C 6 +63, 83FeCI 2 +2,33Cr 2 0 3 , 2) 2NbCI 5 +27,67CrCl4+55,33Fe+7COCI 2 =Nb 2 C+Cr 2 3 C 6 + 55,33FeCI 2 +2,33Cr 2 O 3 3) NbCI 5 +9,67CrCI 4 +25,83Fe+4COCI 2 =NbC+Cr 7 C 3 +28,3 33FeCI 2 +1,333Cr 2 0 3 , 4) 2NbCI 5 +9,667CrCI 4 +28,333Fe+4COCI 2 =Nb 2 C+Cr 7 C 3 +55,33FeCI 2 +2,33Cr 2 O 3 5) 3,8NbCI 5 +23CrCl4+62,5Fe+7COCI 2 =NbC+Cr 2 3 C6+62, 5FeCI 2 +1,4Nb 2 0 5 6) 4,8NbCI 5 +23CrCl4+65Fe+7COCI 2 =Nb 2 C+Cr 2 3 C6+65F eCI 2 +1,4Nb 2 0 5 7) 2,6NbCI 5 +7CrCI 4 +24,5Fe+4COCI 2 =NbC+Cr 7 C3+24,5 FeCI 2 +0,8Nb 2 O 5 , 8) 3,6NbCI 5 +7CrCI 4 +27Fe+4COCI 2 =Nb 2 C+Cr7C 3 +27Fe CI 2 +0,8Nb 2 O 5 При цьому проходять реакції між вуглецем, що осідає на стальній поверхні, і хлоридними сполуками хрому чи ніобію з формуванням карбідів Сг 7 С 3 , Сг 2 3 С 6 , NbC Збільшення вмісту ніобію в складі насичуючого середовища до 60-80 мас % і хрому 20-40 мас % призводить до формування наступних фаз на поверхні (Nb,Cr)C, під ним - (Сг 23 Сє, Сг 7 С 3 ) Поверхневий шар (Nb,Cr)C має більш високу твердість до 20ГПа, порівняно з нижчерозташованим шаром (Сг 2 3 Сб,Сг 7 С 3 ) - 16,5-17ГПа Таке розташування шарів зумовлює більш високу ЗНОСОСТІЙКІСТЬ 54924 Таблиця СТІЙКІСТЬ пуансонів штампів із сталі ХІ2М з карбідними покриттями на основі Nb, Cr для вирубки трансформаторних пластин типу "Ш", "П", "Г" (виготовлених із трансформаторного заліза Fe+3,8%Si), (хіміко-термічна обробка при Т=1050°С, т=4 год, гартування при Т=1040°С + низький відпуск при Т=180°С) Компоненти насичуючого середовища та IX вміст, %мас Товщина покриття, мкм Мікротвердість, ГПа 1) прототип хром - 8 0 ніобій-20 18 17 0,27 2) хром - 10 ніобій-90 14 23 0,26 3) хром - 40 ніобій-60 18 21 0,20 4) хром - ЗО ніобій-70 15 22 0,20 5) хром - 20 ніобій-80 17 19,5 0,20 6) хром - 50 ніобій-50 16 20 26 7) гартування СтХ12М Т=1040°С+ низький відпуск Мікро крихкість, ум од Фазовий склад дифузійного шару 1 ЗОВНІШНІЙ шар, 2 внутрішній шар 1 (Cr,Nb) 2 3 C 6 , Сг 7 С 3 2 1 (Nb,Cr)C 2 КІЛЬКІСТЬ вирубле них пластин до появи сколів на ровочій поверхні пуансонів, од 12500-13000 15000-16000 1 (Nb,Cr)C Примітка вміст деревного вугілля у реакційній камері для прикладів 2, 3, 4, 5, 6 становив26г/м 2 Розроблений спосіб нанесення на поверхню заліза, сталей та твердих сплавів карбідного по 2 (Nb,Cr) 2 3 C 6 , (Nb,Cr) 7 C 3 1 (Nb,Cr)C 2 Сг 23 Сб, Сг 7 Сз 1 (Nb,Cr)C 2 Сг 2 3 С 6 , Сг 7 Сз 1 (Cr,Nb) 2 3 C 6 , Сг 7 С 3 2 20000-21000 20000-21000 20000-21000 16000-17000 9000 12000 криття дозволяє збільшити ЗНОСОСТІЙКІСТЬ покриттів на виробах в 1,5-2 рази порівняно з прототипом Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24