Спосіб обробки сталевих виробів у газових середовищах

Винахід відноситься до металургії, конкретно до способу прискорення хіміко-термічної обробки (ХТО) сталей, і може бути застосований при короткочасному азотуванні сталевих виробів. Відомий спосіб ХТО металевих виробів, що включає попереднє нанесення на поверхню виробів шаруючи оксидів металу і насичення їхньої поверхні азотом у газовому середовищі при температурі 500-800°С /І/. Недоліком цього способу є необхідність попереднього готування оксидів металу і суміші оксиду заліза чи суміші заліза з оксидами алюмінію чи калію, погіршення екології, дестабілізації пічної атмосфери і, як наслідок, скорочення терміну служби нагрівальних і інших елементів пічного устаткування. Зазначений процес не забезпечує корозійну стійкість зразка і не може бути застосованим у масовому виробництві. Найбільш близьким до пропонованого за технічним рішенням, обраним як прототип, є спосіб азотування сталевих виробів після попереднього окислювання 121. Попереднє окислювання зразків робили в інтервалі температур 550-620°С протягом 5-10 хв. в атмосфері пару води безпосередньо перед азотуванням. Глибину зміцненого шару на зразках з попередньо окисленою поверхнею одержують більше, ніж на зразках з неокисленою поверхнею /2/. Недоліком цього способу є недостатня товщина одержуваного шару, його характеристики на міцність. В основу винаходу поставлена задача створення способу обробки сталевих виробів у газових середовища х перед короткочасною ХТО, який би забезпечував одержання дифузійного шару більшої товщини з підвищенням його твердості. Поставлена задача вирішується тим, що в способі обробки сталей у газових середовищах, що включає попереднє окислювання поверхні протягом 10 хв. і наступну хіміко-термічну обробку при температурі 550-600°3, попереднє оксидування ведуть у потоці повітря. Вибір зазначеної атмосфери дозволяє збільшити товщину ди фузійного шару в 1,5-2 рази для сталевих виробів при прийнятих умовах. Приклад 1: Досліджували зразки Ст10 діаметром 10 мм і довжиною 25 мм після короткочасного попереднього оксидування в потоці повітря. Обробку здійснювали при температурі 700°С протягом 5,10,20,30 хвилин в атмосфері повітря. Після оксидування в піч подавався аміак і проводили азотування зразків. При роботі з киснем трубчасту камеру протягом 1 хв. продували аргоном. Потім зразки витягалися з печі, виготовлялися металографічні шліфи, травлення їх здійснювалося в 3%-му розчині азотної кислоти в етиловому спирті (3 мл кислоти на 97 мл спирту). Фотографії мікроструктури одержували на приладі "Neophot-2". Для оцінки механічних властивостей, застосовувався метод виміру мікротвердості приладом "ПМТ-3" (навантаження 50 г). На фіг. 1 і 2 представлені результати розподілу мікротвердості і мікроструктури зразків, отримані в результаті короткочасного оксидування при різній тимчасовій витримці і наступного азотування протягом 3 годин, де як окислювач використовували потік повітря: 1 - чисте азотування; 2-5 хвилин; 3-10 хвилин; 4-20 хвилин; 5-30 хвилин. Технічним результатом запропонованого способу є збільшення товщини дифузійного шару в 1,5 рази і збільшення мікротвердості, при цьому в якості робочої атмосфери обране повітря, що подають під невеликим тиском величиною 0,2кгс/см 2. Приклад 2: Досліджували зразки Ст10 діаметром 10 мм і довжиною 25 мм після короткочасного попереднього оксидування в різних газових середовищах (кисень, потік повітря, пари води). Обробку здійснювали при температурі 550-600°С протягом 10 хвилин у наступних середовища х: - кисень (подавався під невеликим тиском з балона); -у потоці повітря (застосовувався компресор, що забезпечував тиск до 10 кПа); - пари води (подача здійснювалася за рахунок власного тиску водяної пари). Обробка і дослідження зразків проводилися аналогічно прикладу 1. На фіг. 3 і 4 подані результати впливу різних киснемістких атмосфер після попередньої обробки протягом 10 хв. і наступного азотування протягом 3 годин при температурі 600°С, на мікротвердість і мікроструктуру азатованого шаруючи, де як окислювач використовувалися: 1 - чисте азотування; 2 - потік повітря; 3 - пари води; 4 - кисень. Ці дані свідчать про те, що після попереднього окислювання на повітрі спостерігається збільшення мікротвердості зразка приблизно на 80%, а після попередньої обробки киснем - на 30-40%. Таким чином, попередня обробка потоком повітря протягом 10 хвилин веде до збільшення товщини дифузійного шару в 1,5-2 рази. Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 Джерела інформації, використовувані при складанні заявки: 1. а.с. 1740491 СССР, МКИ С 23 С 8. Способ ХТО металлических изделий. 2. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Кольцов В.Е., Бойназаров У.Р. Влияние предварительного оксидирования на процесс кратковременного азотирования. //МиТОМ, 1993. №3. С.31-33 (прототип).