Способ парооксидирования изделия из порошковых материалов на основе железа

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПАРООКСИДИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Дьячкова Лариса Николаевна Пащук Сергей Евгеньевич Сыроежко Геннадий Сергеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ парооксидирования изделия из порошковых материалов на основе железа,включающий предварительный нагрев изделия в печи, выдержку и нагрев до 400-570 С в среде водяного пара, отличающийся тем, что предварительный нагрев изделия осуществляют до 350 С в среде калиевой селитры или до 320 С в среде натриевой селитры, а выдержку осуществляют в течение 30-40 мин. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам химико-термической обработки порошковых материалов на основе железа, применяемых в машиностроении, с целью повышения их коррозионной стойкости и износостойкости. Известен способ оксидирования материалов на основе железа, включающий нагрев изделий в водяном паре при температуре 400-550 С, выдержку и охлаждение 1, 2. Однако этот способ является длительным (6-8 ч) и не обеспечивает получения плотной пленки оксида 34 вследствие наличия повышенного количества рыхлого оксида 23. Известен также способ парооксидирования порошковых изделий в кипящем псевдоожиженном слое 3, при котором применяется скоростной нагрев. Недостатками этого способа являются большой расход электроэнергии, применение специального оборудования и недостаточная толщина оксидной пленки. В качестве прототипа выбран способ парооксидирования изделий из порошковых сплавов на основе железа, включающий предварительный нагрев изделий до 100-200 С в слое инертного материала, псевдоожиженного воздухом, последующий нагрев до температуры 400-570 С в печи и окисление водяным паром путем подачи воды непосредственно в газораспределитель печи 4. Недостатком данного способа является использование в качестве инертной среды корунда, который в процессе обработки налипает на поверхность изделия, приводя к образованию тонкой неоднородной оксидной пленки с пониженными триботехническими свойствами и коррозионной стойкостью изделий. 10758 1 2008.06.30 Задача изобретения - повышение триботехнических свойств и коррозионной стойкости изделий из порошковых материалов на основе железа. Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе парооксидирования изделия из порошковых материалов на основе железа, включающем предварительный нагрев изделия в печи, выдержку и нагрев до 400-570 С в среде водяного пара, предварительный нагрев изделия осуществляют до 350 С в среде калиевой селитры или до 320 С в среде натриевой селитры, а выдержку осуществляют в течение 30-40 мин. Для получения точных размеров и повышенных механических свойств порошковые изделия подвергают калибровке. При этом для снижения износа прессовой оснастки при калибровке спеченные изделия перед калибровкой пропитывают маслом. Вследствие этого при нагреве в процессе парооксидирования масло, находящееся на поверхности изделий, сгорает, образуя слой сажи. Наличие сажи на поверхности при окислении в процессе парооксидирования приводит к созданию в поверхностном оксидном слое большого количества рыхлого оксида 23, снижающего триботехнические характеристики и коррозионную стойкость порошковых изделий. Известно 5, что углерод растворяется (вернее, окисляется и сгорает) в расплавленной натриевой или калиевой селитре. Температура плавления калиевой селитры (3) 336 С, натриевой селитры (3) - 306,8 С. Предварительный нагрев в процессе парооксидирования калиброванных (предварительно пропитанных маслом) изделий в среде калиевой селитры и выдержка при температуре 350 С или натриевой селитре при температуре 320 С в течение 30-40 мин обеспечивают растворение поверхностного слоя сажи. Применение температуры 320 С в случае натриевой селитры, а 350 С в случае калиевой селитры обеспечивает полное расплавление селитры. Выдержка в течение 30-40 мин обеспечивает полное очищение поверхности изделия от сажи. При последующем нагреве селитра растворяется в воде, не вызывая налипания ее на поверхность изделия и не снижая ее качество, а при парооксидировании образуется плотный равномерный большей толщины оксидный слой из оксида 34, имеющий повышенные триботехнические свойства и коррозионную стойкость. Пример. Согласно предлагаемому способу проводили обработку деталей амортизаторов из порошковой стали ПК 40 Д 3 с плотностью 6,0-6,4 г/см 3. Детали нагревали в печи в слое натриевой селитры до температуры 320 С или калиевой селитры до температуры 350 С и выдерживали 30-40 мин, после чего нагрев производили в среде перегретого пара до температуры 550 С и выдерживали в течение 40 мин и последующем охлаждении на воздухе. Металлографическим способом определяли толщину оксидной пленки, а рентгеноструктурным - фазовый состав. Проведенный анализ показал, что образуется равномерный оксидный слой, состоящий из 34 и 0,423 толщиной 50-55 мкм. На машине трения МТ-3 определяли триботехнические характеристики парооксидированных изделий. Коэффициент трения составил 0,029-0,044, износ 0,51 мкм/км предельное усилие схватывания 6,3 МПа. Скорость коррозии в 3 - ном растворе азотной кислоты в спирте составила 1,5-2 г/м 2 ч. Сравнительные эксперименты по способу-прототипу при нагреве в среде корунда показали, что образуется оксидный слой, состоящий из 34 и 3,223 толщиной 4045 мкм. Коэффициент трения при этом составил 0,056-0,074, износ 1,18 мкм/км предельное усилие схватывания 5,4 МПа. Скорость коррозии в 3 - ном растворе азотной кислоты в спирте составила 4,5-5,2 г/м 2 ч. Таким образом, предлагаемый способ парооксидирования изделий из порошковых материалов на основе железа позволяет получить повышенные триботехнические свойства и коррозионную стойкость коэффициент трения 0,029-0,044, износ 0,51 мкм/км предельное усилие схватывания 6,3 МПа, снизить скорость коррозии в 2,6-3 раза. 10758 1 2008.06.30 Источники информации 1. Гусев В.И., Гладкова Е.Н. Оксидирование пористого железа в атмосфере водяного пара. Производство, эксплуатация и долговечность машин и их деталей, 1966. - 21 с. 2. Гладкова Е.Н. Паротермическое оксидирование. - Саратов, 1965. - 66 с. 3.2222411, МПК 22 3/24, С 23 С 8/16, 2004. 4.2190687, МПК С 23 С 8/16, 8/18, 2002 (прототип). 5. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / Под ред. В.Н. Бакуля. - М. Машиностроение, 1975. - С. 11. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3