Состав для химико-термической обработки нержавеющих сталей

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Кухарева Наталья Георгиевна Стасевич Георгий Викторович Петрович Светлана Николаевна(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Состав для химико-термической обработки нержавеющих сталей, содержащий древесный уголь и железистосинеродистый калий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит окись хрома, окись алюминия, гидрокарбонат натрия и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.древесный уголь 5,0-10,0 железистосинеродистый калий 4,0-6,0 окись хрома 70,0-74,0 окись алюминия 10,0-15,0 гидрокарбонат натрия 2,0-4,0 хлористый аммоний 1,0-3,0.(56) Прокошкин Д.А. Химико-термическая обработка металлов - карбонитрация. - М. Машиностроение, 1984. - С. 197-199.2078848 1, 1997.4818351, 1989. Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии диффузионных процессов химико-термической обработки (ХТО) в порошковых насыщающих средах для получения на поверхности нержавеющих сталей износостойких углерод- и азотосодержащих (карбонитридных) поверхностных слоев, и может быть использовано при изготовлении высокопроизводительного инструмента и высокопрочных деталей. Известен состав для карбонитрации из порошковых насыщающих сред на основе древесного угля и железистосинеродистого калия 46 1, содержащий компоненты в мас.древесный уголь 60 46 40. Нагрев железистосинеродистого калия в смеси с древесным углем сопровождается разложением соли и окислением продуктов распада, т.е. получение активных атомов азота 6453 1 и углерода, которые взаимодействуют с обрабатываемым металлом и диффундируют в его поверхность, в данном случае достигается за счет образования цианата калия и его окисления. Скорость формирования диффузионного слоя в зависимости от температурновременных параметров процесса составляет от 0,01 до 0,02 мм/час. Использование известного состава для карбонитрации отличает универсальность и простота. Однако его использование при обработке нержавеющих сталей приводит к образованию сетки выделившихся карбидов и нитридов по границам бывших зерен аустенита, прилегающей к карбонитридному слою и ухудшающей эксплуатационные свойства упрочненного инструмента. Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является состав для проведения процесса карбонитрации в порошковой среде 2, содержащей следующие компоненты, мас.древесный уголь 60,0 железистосинеродистый калий 30,0 карбонат калия 10,0. Применение известного состава для упрочнения изделий из легированных сталей обеспечивает значительное повышение их прочности и эксплуатационной надежности в работе за счет повышения твердости и износостойкости рабочих кромок изделий путем создания на их поверхности карбонитридных диффузионных слоев. Карбонитрация, например, стали 40 Х при 560580 С создает на ее поверхности диффузионную зону, состоящую из двух слоев наружного в виде карбонитрида (е,С)3(,С) и внутреннего гетерофазного, переходящего в сердцевину - основу стали. Структурные составляющие слоя,получаемые при карбонитрации, и их соотношение имеет большое практическое значение для повышения эксплуатационных свойств инструмента. Однако использование известного состава для повышения стойкости инструмента, изготовленного из нержавеющих сталей и работающего в условиях высоких динамических и знакопеременных нагрузок, не всегда обеспечивает инструменту требуемые эксплуатационные свойства в виду наличия карбонитридной сетки в структуре твердого раствора, увеличивающей его хрупкость, и образования на поверхности изделий зоны гематита (2 О 3) и магнетита (34) с низкой твердостью. В основу изобретения положена задача увеличения твердости и износостойкости инструмента, изготовленного из нержавеющей стали. Поставленная задача достигается тем, что состав для химико-термической обработки нержавеющих сталей, содержащий древесный уголь и железистосинеродистый калий, дополнительно содержит окись хрома, окись алюминия, гидрокарбонат натрия и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.окись хрома 70,0-74,0 железистосинеродистый калий 4,0-6,0 гидрокарбонат натрия 2,0-4,0 уголь древесный 5,0-10,0 окись алюминия 10,0-15,0 хлористый аммоний 1,0-3,0. Используемые компоненты, их химические формулы окись хрома - 23 - вводится в состав для повышения газопроницаемости порошковой насыщающей смеси и является катализатором поверхностно-активных процессов,препятствующих образованию карбонитридной сетки в структуре твердого раствора железистосинеродистый калий - К 4 е(С)6 - введен в качестве источника активных атомов азота для насыщения поверхностного слоя изделия гидрокарбонат натрия - 3 - способствует созданию в реакционном пространстве науглераживающей атмосферы древесный уголь - источник активного углерода для насыщения поверхности 2 6453 1 окись алюминия - А 2 О 3 - препятствует спеканию порошковой смеси хлористый аммоний - 4 - инициирует создание газовой фазы в порошковой смеси и активизирует процесс химико-термической обработки. Использование окиси хрома, окиси алюминия и хлористого аммония в сочетании в древесным углем, железистосинеродистым калием и гидрокарбонатом натрия предотвращает формирование на поверхности нержавеющих сталей зоны гематита (е 2 О 3) и магнетита (е 34) с низкой твердостью и сетки выделившихся карбидов и нитридов в подслое полученные на поверхности изделий карбонитридные слои обладают меньшей хрупкостью, повышенной твердостью и износостойкостью по сравнению со слоями, полученными из известных составов. Состав по изобретению использовали на примере проведения химико-термической обработки путем карбонитрации образцов из стали 12 Х 18 Н 10 Т при температуре 540 С в течение 6 ч, глубина упрочненного слоя составляла не менее 100 мкм. Проводили сравнительные испытания образцов после ХТО с использованием известного состава и состава по изобретению. Данные испытаний сведены в таблицы. Таблица 1 Составы насыщающих сред Ингредиенты, мас.состава 1 2 3 4 5 Микротвердость верхней зоны Износостойкость (мм) за 1 час исслоя, МПа пытаний. Р 50 кг 1 прототип 2500 16,85 2 1 3000 15,78 3 2 11500 6,15 4 3 11800 6,80 5 4 11400 6,30 6 5 2800 14,66 Составы 1 и 5, выходящие за пределы оптимальных соотношений компонентов,т.е. выше верхнего и ниже нижнего пределов, приводят к формированию на поверхности нержавеющих сталей зоны гематита (2 О 3) и магнетита (е 34) с низкой твердостью. Из приведенных данных следует, что карбонитрация в порошковых насыщающих средах с использованием предлагаемого состава является эффективным средством для повышения твердости и износостойкости нержавеющих сталей. Получение аналогичного эффекта при использовании известных составов невозможно. Промышленное освоение состава готовится на территории СНГ. Национальный центр интеллектуальной собственности. 4 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.