RU2679318C1 - Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей - Google Patents
Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2679318C1 RU2679318C1 RU2018110032A RU2018110032A RU2679318C1 RU 2679318 C1 RU2679318 C1 RU 2679318C1 RU 2018110032 A RU2018110032 A RU 2018110032A RU 2018110032 A RU2018110032 A RU 2018110032A RU 2679318 C1 RU2679318 C1 RU 2679318C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- increase
- products
- diffusion saturation
- wear resistance
- cementation
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 title description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 30
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 10
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- -1 chromium carbides Chemical class 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000016571 aggressive behavior Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
- C23C2/10—Lead or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C11/00—Alloys based on lead
- C22C11/02—Alloys based on lead with an alkali or an alkaline earth metal as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости изделий, изготовленных из аустенитных сталей, к механическим воздействиям и к воздействиям агрессивных рабочих сред за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса изделий, повышения их нагруженности, в частности, для повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий запорной арматуры. Предложен способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей, включающий диффузионное насыщение изделия в расплаве, содержащем свинец, литий, никель и хром, при температуре 650-1250°С, при этом перед диффузионным насыщением изделие подвергается цементации при температуре 850-900°С в течение 3-5 часов, а после диффузионного насыщения - повторной цементации при температурах 850-1050°С в течение 2-10 часов. Технический результат - предложенный способ позволяет повысить износостойкость изделий из аустенитных сталей и соответственно повысить износостойкость и эксплуатационный ресурс изделий, изготовленных из аустенитных сталей, в условиях воздействия на них высоких контактных напряжений и агрессивного воздействия рабочей среды. 1 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости изделий, изготовленных из аустенитных сталей, к механическим воздействиям и к воздействиям агрессивных рабочих сред за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса изделий, повышения их нагруженности, в частности, для повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий запорной арматуры.
Известны способы повышения износостойкости изделий из аустенитных коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей путем их азотирования, цементации, нитроцементации, обеспечивающих повышение твердости поверхностных слоев за счет формирования в них нитридных, карбидных, карбонитридных соединений с легирующими элементами стали.
Известен способ химико-термической обработки для образования высокопрочного аустенитного поверхностного слоя в нержавеющих сталях // 2127330 (http://www.findpatent.ru/patent/212/2124068.html).
В данном способе для повышения износостойкости изделие, изготовленное из аустенитной нержавеющей стали, подвергают азотированию в газовой атмосфере. Азотирование проводят при 1000-1200°С и последующее охлаждение ведут со скоростью, позволяющей избежать выделения нитрида. Повышение твердости поверхностного слоя достигается путем проведения последующего процесса старения при температуре 650°С (дисперсионное твердение).
Известно также применение для повышения износостойкости аустенитных сталей способов цементации и нитроцементации (Белякова В.И. Диффузионно-дисперсионный способ упрочнения поверхности аустенитной стали / В.И. Белякова, А.А. Верещагина, И.П. Банас // Металловедение и термическая обработка металлов - 1991. - №11. - С. 2-4) Цементация и нитроцементация проводились при температурах 950-1050°С). В результате на аустенитной стали получены высокопрочные слои до 1 мм толщиной, последующая термическая обработка позволила повысить HV до 700.
Существенным недостаткам азотирования, цементации и нитроцементации аустенитных сталей является снижения их коррозионной стойкости, что обуславливается связыванием хрома сталей в нитриды, карбиды, карбонитриды, приводящим к обеднению хромом аустенита.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ нанесения покрытий на стальные изделия [пат. №2312164], включающий диффузионное насыщение стальных изделий в расплаве, содержащем свинец, литий, никель, при температуре 650-1250°С, при этом дополнительно в расплав вводится хром при следующем соотношении компонентов, масс. %
Свинец - 84,2-96,5
Литий - 0,5-0,8
Никель - 1-5
Хром - 2-10
При введении хрома в расплав, в котором производится нанесение диффузионных покрытий, на поверхности изделий формируется двухслойное диффузионное покрытие. Наружный слой покрытия содержит карбиды хрома и, вследствие этого, обладает высокой твердостью. Высокая твердость карбидов хрома обеспечивает поверхности изделия высокую стойкость к абразивному износу и эрозионному воздействию рабочей среды. Помимо этого, наличие хрома на поверхности изделия обеспечивает повышение жаростойкости и коррозионной стойкости материала изделия. Однако образование карбидного слоя наблюдается только при диффузионном насыщении никелем и хромом среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей. При диффузионном насыщении никелем и хромом аустенитных малоуглеродистых коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей карбидный слой на базе карбида хрома не образуется, а происходит дополнительное легирование хромом аустенита.
Недостатком прототипа является то, что данный способ нанесения покрытий не обеспечивает повышение твердости и износостойкости поверхностных слоев изделий из аустенитных сталей ввиду отсутствия образования в них карбидного слоя.
Задачей заявляемого изобретения является повышение твердости и износостойкости поверхностных слоев изделий, изготовленных из аустенитных сталей к механическому износу при воздействии на покрытие значительных контактных напряжений.
Технический результат - повышение износостойкости и эксплуатационного ресурса изделий, изготовленных из аустенитных сталей, в условиях воздействия на них высоких контактных напряжений и агрессивного воздействия рабочей среды.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей, включающем диффузионное насыщение изделия в расплаве, содержащем свинец, литий, никель и хром, при температуре 650-1250°С, перед диффузионным насыщением изделие подвергается цементации при температуре 850-900°С в течение 3-5 часов, а после диффузионного насыщения - повторной цементации при температурах 850-1050°С в течение 2-10 часов.
Благодаря введению в заявляемом способе стадии предварительной цементации, обеспечивается повышение концентрации углерода в поверхностных слоях материала изделия, что вызывает на последующей стадии диффузионного насыщения его хромом и никелем торможение диффузии хрома вглубь материала изделия, в результате происходит повышение концентрации хрома в поверхностном слое от 30 до 85%. При этом, одновременно, в связи с тем, что углерод не блокирует диффузию никеля вглубь материала изделия, под верхним слоем, обогащенным хромом, в покрытии образуется вязкий слой, обогащенный никелем. На стадии повторной цементации углерод, диффундирующий в материал изделия, взаимодействуя с хромом, образует в поверхностных слоях изделия карбиды хрома, которые обеспечивают им высокую твердость. Таким образом, введение в технологический процесс предварительной цементации и цементации, проводимой после диффузионного насыщения никелем и хромом, на поверхности изделий, изготовленных из аустенитных сталей, формируется двухслойное диффузионное покрытие. Наружный слой покрытия содержит карбиды хрома и, вследствие этого, обладает высокой твердостью, что обеспечивает ему высокую стойкость к износу и эрозионному воздействию рабочей среды, а также жаростойкость й коррозионную стойкость, а нижний слой имеет повышенную вязкость, что обеспечивает прочную связь покрытия с материалом основы.
Пластинчатые образцы, изготовленные из аустенитной стали 12Х18Н10Т, по технологическим вариантам:
1-й вариант - пластины подвергались диффузионному насыщению никелем и хромом в легкоплавком расплаве - по технологии прототипа;
2-й вариант - пластины подвергались предварительной цементации, диффузионному насыщению никелем и хромом в легкоплавком расплаве и последующей цементации - по технологии заявляемого способа.
При этом выбирались одинаковые значения температуры и длительности процесса диффузионного насыщения изделия никелем и хромом, предельные значения диапазонов температур и длительности процессов предварительной и повторной цементации.
Пример 1. Пластины из стали 12Х18Н10Т подвергались насыщению по технологии прототипа - диффузионному насыщению никелем и хромом в расплаве, содержащем свинец (84,2 масс. %), литий (0,8 масс. %), никель (5 масс. %) и хром (10 масс. %), при температуре 1000°С, длительность выдержки 5 часов.
Пример 2. Пластины из стали 12Х18Н10Т подвергались: цементации при температуре 850°С, длительность выдержки 5 часов; диффузионному насыщению в расплаве, содержащем свинец (84,2 масс. %), литий (0,8 масс. %), никель (5 масс. %) и хром (10 масс. %) при температуре 1000°С, длительность выдержки 5 часов; повторной цементации при температуре 1050°С в течение 2 часов.
Пример 3. Пластины из стали 12Х18Н10Т подвергались: цементации при температуре 900°С, длительность выдержки 3 часов; диффузионному насыщению в расплаве, содержащем свинец (96,5 масс. %), литий (0,5 масс. %), никель (1 масс. %) и хром (2 масс. %) и температуре 1000°С, длительность выдержки 5 часов; повторной цементации при температуре 850°С в течение 10 часов.
Пример 4. Пластины из стали 12Х18Н10Т подвергались; цементации при температуре 875°С, длительность выдержки 4 часа; диффузионному насыщению в расплаве, содержащем свинец (90,35 масс. %), литий (0,65 масс. %), никель (3 масс. %) и хром (6 масс. %) при температуре 1000°С, длительность выдержки 5 часов; повторной цементации при температуре 950°С в течение 6 часов.
Сравнительная оценка эффективности заявляемого способа повышения износостойкости изделий из аустенитных сталей проводилась на основании анализа изменения микротвердости их поверхности Н50. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Как следует из результатов исследований, представленных в таблице 1, диффузионное легирование аустенитных сталей приводит к незначительному повышению твердости поверхности. Микротвердость поверхностного слоя составляет Н50 2800 МПа, что соответствует 39 HRC, которая не обеспечит материалу износостойкость в паре трения.
После обработки поверхности аустенитной стали по заявляемому способу, включающему три последовательно выполняемые стадии: предварительную цементацию, диффузионное насыщение никелем и хромом и повторную цементацию, микротвердость поверхностного слоя увеличивается до Н50 7500 МПа, что соответствует 63 HRC, которая равна твердости шарикоподшипниковых и инструментальных сталей и превышает исходную твердость аустенитной стали в 7 раз.
Таким образом, предложенный способ, включающий проведение предварительной цементации, диффузионное насыщение в расплаве, содержащем свинец, литий, никель и хром, и последующую цементацию поверхности, позволяет повысить износостойкость изделий из аустенитных сталей, решить техническую задачу заявляемого изобретения и добиться поставленного технического результата - повышения износостойкости и эксплуатационного ресурса изделий, изготовленных из аустенитных сталей, в условиях воздействия на них высоких контактных напряжений и агрессивного воздействия рабочей среды.
Claims (1)
- Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей, включающий диффузионное насыщение изделия в расплаве, содержащем свинец, литий, никель и хром, при температуре 650-1250°С, отличающийся тем, что перед диффузионным насыщением изделие подвергается цементации при температуре 850-900°С в течение 3-5 часов, а после диффузионного насыщения - повторной цементации при температурах 850-1050°С в течение 2-10 часов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110032A RU2679318C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110032A RU2679318C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2679318C1 true RU2679318C1 (ru) | 2019-02-07 |
Family
ID=65273804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018110032A RU2679318C1 (ru) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2679318C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758506C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей |
RU2768647C1 (ru) * | 2021-10-15 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" | Способ формирования износостойкого покрытия и коррозионно-стойкого покрытия на поверхности изделий из стали |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3313660A (en) * | 1963-07-15 | 1967-04-11 | Crucible Steel Co America | Cutting articles and stock therefor and methods of making the same |
RU2312164C1 (ru) * | 2006-05-02 | 2007-12-10 | ГОУВПО Кубанский государственный технологический университет | Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия |
RU2590433C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов |
-
2018
- 2018-03-21 RU RU2018110032A patent/RU2679318C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3313660A (en) * | 1963-07-15 | 1967-04-11 | Crucible Steel Co America | Cutting articles and stock therefor and methods of making the same |
RU2312164C1 (ru) * | 2006-05-02 | 2007-12-10 | ГОУВПО Кубанский государственный технологический университет | Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия |
RU2590433C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758506C1 (ru) * | 2020-12-01 | 2021-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей |
RU2768647C1 (ru) * | 2021-10-15 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" | Способ формирования износостойкого покрытия и коррозионно-стойкого покрытия на поверхности изделий из стали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Leyland et al. | Low temperature plasma diffusion treatment of stainless steels for improved wear resistance | |
JP4668214B2 (ja) | 成形用金型 | |
Sahin et al. | Investigation of the effect of boronizing on cast irons | |
US20080277031A1 (en) | Surface-carbonitrided stainless steel part excellent in wear resistance and its manufacturing method | |
Habig et al. | Wear behaviour of boride layers on alloyed steels | |
RU2007147337A (ru) | Защитная броня для защиты от обстрела, а также способ ее изготовления | |
RU2679318C1 (ru) | Способ диффузионного насыщения изделий из аустенитных сталей | |
CN102803539A (zh) | 面疲劳强度优异的气体渗碳钢部件、气体渗碳用钢材以及气体渗碳钢部件的制造方法 | |
JP2005531694A (ja) | 表面改質ステンレス鋼 | |
Hakami et al. | Chromizing of plasma nitrided AISI 1045 steel | |
JP5878699B2 (ja) | 鋼製品およびその製造方法 | |
EP3660180A1 (en) | Sliding member and piston ring | |
RU2367716C1 (ru) | Способ обработки стальных изделий в газообразной среде | |
RU2758506C1 (ru) | Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей | |
JP2008240157A (ja) | 成形用冶工具用硬質皮膜被覆部材および成形用冶工具 | |
JP4505246B2 (ja) | 耐食・耐摩耗性オーステナイトステンレス鋼の表面硬化層の形成方法 | |
RU2768647C1 (ru) | Способ формирования износостойкого покрытия и коррозионно-стойкого покрытия на поверхности изделий из стали | |
RU2293792C1 (ru) | Способ повышения износостойкости стальных изделий | |
Triwiyanto et al. | Low temperature thermochemical treatments of austenitic stainless steel without impairing its corrosion resistance | |
RU2650661C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей | |
FR2483468A2 (fr) | Perfectionnement dans la chromisation des aciers par voie gazeuse | |
Bartkowska et al. | Effect of diffusion borochromizing on microstructure, microhardness and corrosion resistance of tool steel with different carbon content | |
RU2781715C1 (ru) | Способ формирования коррозионно-стойкого износостойкого покрытия на сталях | |
JPWO2019225464A1 (ja) | 鍛造品の製造方法 | |
RU2618289C1 (ru) | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов |