Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗОХРОМИСТЫХ ПОКРЫТИЙ ЦЕМЕНТАЦИЕЙ

Изобретение относится к области упрочнения электроосажденного железохромистого покрытия цементацией, 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 С 25 D 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 - цианированием (Патент на изобретение №2261939, МПК С 23 С 28/00, 8/74, Способ упрочнения металлических поверхностей. Авт. Серебровский В.И., Серебровская Л.Н., Серебровский В.В., Коняев Н.В., Колмыков В.И.). Цианирование выполняется с использованием пасты следующего состава, масс.%: желтая кровяная соль 30-45, углекислый натрий 8-10, углекислый кальций 5-10, сажа до 57 при температуре 600-650°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 - цементацией.

Новым является то, что цементации подвергается электроосажденный слой железохромистого покрытия с содержанием хрома 0,5-3%. В покрытии, содержащем 0,5% Cr, карбидные включения образовывались в виде сетки по границам зерен и корки на поверхности. В покрытии с содержанием хрома около (3,0%) карбидные включения имеют форму изолированных сферических включений и низкую глубину цементации. Хром, присутствующий в цементуемой стали, значительно влияет на форму образующихся при цементации карбидных включений. Растворяясь в цементите, хром увеличивает коэффициент поверхностного натяжения растущего карбидного зерна, искривляя межфазную границу и способствуя росту карбида в виде равноосного изолированного включения.

Температура цементации изменялась в пределах 800-900°С. Этот интервал обусловлен тем, что при температуре ниже 800°С не происходит образования карбидов, а выше температуры 900°С материал резко снижает прочностные характеристики из-за увеличения хрупкости. Длительность процесса составляет 3-4 часа. Она обусловлена глубиной образования карбидов. При данной температуре и длительности процесса до 3 часов образуется максимальная величина карбидного слоя, достигая 0,05 мм, при длительности процесса до 4 часов образуется величина карбидного слоя до 0,4 мм. Для цементации использовалась паста следующего состава (мас.%): газовая сажа ДГ-100 - 40%; углекислый барий ВаСО₃ - 20%; поливинилацетатная эмульсия (клей ПВА) - 40%. В качестве газовой атмосферы, подаваемой в цементационную печь для обеспечения углеродного подпора использовались продукты распада синтина. Данное содержание компонентов в пасте обеспечивает максимально возможную толщину как карбидной зоны, так и всего диффузного слоя, включающего зону карбидов и зону твердого раствора. Упрочненное электролитическое железохромистое покрытие имело микротвердость 12000-13000 МПа. Данное увеличение микротвердости объясняется тем, что в покрытии образуются карбиды железа, которые обладают высокой микротвердостью и износостойкостью.

Данный способ включает в себя следующие операции.

Для получения пасты хорошо перемешенные компоненты в соотношении (мас.%): газовая сажа ДГ-100 - 40%; углекислый барий ВаСО₃ - 20%; поливинилацетатная эмульсия (клей ПВА) - 40%., находящиеся в порошкообразном состоянии, разводятся поливинилацетатной эмульсией до консистенции густой сметаны. Детали, восстановленные электролитическим железохромовым покрытием, погружаются в сосуд с пастой, в результате чего на поверхности детали остается слой пасты толщиной 2-3 мм. После сушки при 60-80°С детали с сухим слоем пасты упаковываются в контейнер вплотную друг к другу, закрываются крышкой и загружаются в печь, разогретую до температуры цементации. Во внутреннее пространство муфеля (реторты) печи подается из бачка через капельницу жидкий карбюризатор (синтин) в количестве 20 капель в минуту в течение всего времени цементации 3-4 часа.

Охлаждение образцов после цементации проводится в нераспакованном контейнере на спокойном воздухе.

На основании проведенных исследований оптимальными условиями являются следующие: известное электроосаждение железохромистого покрытия на переменном асимметричном токе, цементация в пасте следующего состава (мас.%): газовая сажа ДГ-100 - 40%; углекислый барий ВаСО₃ - 20%; поливинилацетатная эмульсия (клей ПВА) - 40%. Цементация протекает при температуре 850°С. Время процесса цементации длится 4 часа. Глубина карбидного слоя достигает толщины электроосажденного покрытия (0,4 мм) при микротвердости до 13000 МПа.

Предлагаемый способ экономически эффективен. Покрытия обладают высокой микротвердостью и по износостойкости превышают показатели электролитического сплава железо-хром в 1,5-2 раза, что позволяет их использовать в народном хозяйстве для восстановления и упрочнения поверхностей деталей машин.