Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗОХРОМИСТЫХ ПОКРЫТИЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИЕЙ

Изобретение относится к области упрочнения электроосажденного железохромистого покрытия нитроцементацией, применяемого для восстановленных поверхностей стальных деталей.

Известен способ электролитического осаждения сплава железо-хром из электролита, содержащего хлорид железа, соль хромовой кислоты, лимонную кислоту.

Процесс осаждения покрытия на изношенные поверхности проходит на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии 1,2-6 при температуре 20-40°С и интервале катодных плотностей тока 20-40 А/дм² (Патент на изобретение №2285065, МПК С25D 3/56, Электролит для осаждения покрытия. Авт. Серебровский В.И., Коняев Н.В. и Колмыков Д.В.). Недостатком данного способа является недостаточно высокая микротвердость поверхности, не превышающая 8500 МПа, что в ряде случаев является причиной низкой износостойкости покрытий. Повышение микротвердости, износостойкости и других эксплуатационных свойств покрытий может быть достигнуто их химико-термической обработкой.

За прототип взят способ упрочнения поверхностей стальных деталей химико-термической обработкой - твердым цианированием (Прженосил Б. Нитроцементация. - М.: Машиностроение, 1969. - 212 с). Твердое цианирование выполняется с использованием желтой кровяной соли K₄Fe(CN)₆ при температуре 450-800°С. Полученные упрочненные слои обладают высокой микротвердостью и износостойкостью.

Для получения повышенной твердости и износостойкости восстановленных поверхностей стальных деталей на уровне среднеуглеродистой закаленной стали предлагается способ упрочнения электролитического железохромистого покрытия химико-термической обработкой - нитроцементацией.

Новым является то, что нитроцементации подвергается электроосажденный слой железохромистого покрытия. Температура цианирования изменялась в пределах 600-650°С. Этот интервал обусловлен тем, что при температуре ниже 600°С не происходит образования карбонитридов хрома, а выше температуры 650°С материал резко снижает прочностные характеристики из-за увеличения хрупкости. Длительность процесса составляла 1-4 часов. Она обусловлена глубиной образования карбонитридов хрома. При данной температуре и длительности процесса до 1 часа образуется максимальная величина карбонитридного слоя, достигая 0,05 мм, при длительности процесса до 4 часов образуется величина карбонитридного слоя до 0,4 мм. Для нитроцементации использовалась паста следующего состава (мас.%): желтая кровяная соль 40%; углекислый натрий 10%; углекислый кальций 5%; сажа до 45%. Данное содержание компонентов в пасте обеспечивает максимально возможную толщину как карбонитридной зоны, так и всего диффузного слоя, включающего зону карбонитридов и зону твердого раствора. Упрочненное электролитическое железохромистое покрытие имело микротвердость 11000-12000 МПа. Данное увеличение микротвердости объясняется тем, что наряду с карбонитридами железа в покрытии образуются карбонитриды хрома, которые обладают высокой микротвердостью и износостойкостью.

Данный способ включает в себя следующие операции: Для получения пасты хорошо перемешанные компоненты, находящиеся в порошкообразном состоянии, разводятся крахмальным клейстером до консистенции густой сметаны. Детали, восстановленные электролитическим железохромистым покрытием, погружаются в сосуд с пастой, в результате чего на поверхности детали остается слой пасты толщиной 1,5-2 мм. После сушки при 60-80°С детали с сухим слоем пасты упаковываются в контейнер для нитроцементации. Для засыпки деталей применяется нейтральный порошковый наполнитель, назначение которого - плотная изоляция деталей друг от друга, а также от стенок, дна и крышки контейнера. Наполнителем служит смесь следующего состава (мас.%): кварцевый песок 70; сажа 20; древесноугольная зола 10. Наполнитель выполняет роль песочного затвора, удерживающего продукты распада K₄Fe(CN)₆ у нитроцементируемой поверхности, а также препятствующего их выходу из контейнера. Закрытый крышкой контейнер вместе с деталями, упакованными для нитроцементатации, помещают в электропечь, разогретую до температуры нитроцементации. После прогрева контейнера до 600-650°С и выдержки при этой температуре контейнер извлекают из печи, снимают с него крышку и высыпают содержимое на решетку. Наполнитель просыпается вниз через отверстия, а детали остаются на решетке. Их вместе с решеткой по возможности быстро погружают в емкость с холодной водой с целью закалки.

На основании проведенных исследований оптимальными условиями являются следующие: известное электроосаждение железохромистого покрытия на переменном асимметричном токе, нитроцементация в пасте следующего состава (мас.%): желтая кровяная соль 40; углекислый натрий 10; углекислый кальций 5; сажа 45. Нитроцемнтация протекает при температуре 600°С. Время процесса нитроцементации длится 4 часа. Глубина карбонитридного слоя достигает толщины электроосажденного покрытия (0,4 мм) при микротвердости до 12000 МПа.

Предлагаемый способ экономически эффективен. Покрытия обладают высокой микротвердостью и по износостойкости, превышают показатели электролитического сплава железо-хром в 2,5-3 раза, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.