способ хромирования стальных изделий в муфельных печах с воздушной атмосферой

Формула изобретения

Способ хромирования стальных деталей в муфельных печах с воздушной атмосферой, включающий приготовление насыщающей смеси, упаковку деталей в муфель с затвором и термообработку с выдержкой в муфельной печи, отличающийся тем, что для приготовления насыщающей смеси используют порошок, полученный предварительным восстановлением алюмотермического состава, содержащего Al 20-25 мас.% и Cr ₂O₃ 75-80 мас.%, гранулы размером не более 1-1,5 мм, полученные с использованием связующего из жидкого стекла или водного сахарного сиропа из алюмотермического состава, содержащего Al 25 мас.% и Cr₂O₃ 75 мас.%, хлористый аммоний в качестве активатора и отработанную шихту для хромирования при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

порошок	20-40
гранулы	20-40
NH 4Cl	1,5
отработанная шихта для хромирования	остальное

при этом термообработку проводят при температуре 950-980°С с выдержкой в печи в течение 2-3 ч с осуществлением в гранулах экзотермической реакции восстановления оксида хрома алюминием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу химико-термической обработки и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости изделий и технологической оснастки из конструкционных сталей в машиностроительной, приборостроительной, пищевой и химической отраслях промышленности.

Известен способ хромирования стальных деталей (Л.С.Ляхович и др. Металлотермический метод получения диффузионных покрытий. - В сб. «Структура и свойства металлов и сплавов», Минск, 1974), который включает приготовление насыщающей смеси путем предварительного восстановления и размола состава 75 мас.% Cr₂O₃ + 25 мас.% Al и добавления активатора, упаковку деталей в муфель с затвором и термообработку с выдержкой в муфельной печи при температуре 1100-1200°С в течение 4-6 часов. Недостатками данного способа является высокая температура процесса, значительно снижающая ресурс муфельных печей с воздушной атмосферой в камере, высокая продолжительность разогрева муфеля с деталями, накопление большого количества отработанной смеси (шихты).

Наиболее близким к предлагаемому является П/т РФ № 1356527 «Состав для комплексного насыщения стальных изделий», в котором процесс насыщения ведут в смеси, включающей 35-55 мас.% оловянистой бронзы (БрО-10), 2-3 мас.% оксида алюминия (Al₂O₃), в качестве активатора 1,5 мас.% смеси хлористого аммония и тетрафторобората калия в соотношении 1:3 и оксид хрома (Cr₂O₃) остальное, детали упаковывают в муфель с затвором, муфель помещают в горячую печь и выдерживают при температуре 930±20°С в течение 3-5 часов. Прототипу присущи следующие недостатки - низкая реакционная способность шихты из-за разделения оксида хрома и алюминия за счет дополнительного ведения оловянистой бронзы, спекаемость смеси при проведении ХТО.

Технический результат изобретения - сокращение времени выдержки и увеличение скорости нагрева муфеля за счет использования экзотермической реакции восстановления оксида хрома алюминием при проведении ХТО, исключение добавок, обеспечение сыпучести насыщающей смеси после термообработки, сокращение количества отходов за счет их частичного использования.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе хромирования, включающем приготовление насыщающей смеси, упаковку деталей в муфель с затвором и термообработку в муфельной печи при температуре 950-980°С в течение 2-3 часов, процесс насыщения ведут в смеси, включающей отработанную шихту для хромирования, порошок из предварительно восстановленного и размолотого алюмотермического состава, содержащего Al 20-25 мас.% и Cr₂O₃ 75-80 мас.%, гранулы, полученные с использованием связующего из жидкого стекла или водного сахарного сиропа из алюмотермического состава, содержащего Al 25 мас.% и Cr₂O₃ 75 мас.%, и хлористый аммоний в качестве активатора при следующем соотношении компонентов, вес. части:

гранулы	20-40
порошок	20-40
NH 4Cl	1,5
отработанная шихта для хромирования	остальное

Способ осуществляется следующим образом.

25 мас.% Al смешивается с 75 мас.% Cr₂O₃ до получения однородной по цвету массы. Готовится смесь на водном сахарном сиропе из расчета 1-2 мас.% сахара и 98-99 мас.% порошкового состава из алюминия и оксида хрома. Смесь замешивается до однородной массы и растирается через сито на горячий противень с получением гранул размером не более 1-1,5 мм. Гранулы можно получать иным способом.

В качестве разделительной смеси используется состав, состоящий из 50-70 мас.% отработанной шихты для хромирования и 30-50 мас.% предварительно восстановленного состава, который готовят следующим образом: 20-25 мас.% порошка алюминия смешивается с 75-80 мас.% Cr₂O₃ до получения однородной по цвету массы, приготовленная смесь засыпается и утрамбовывается в стальной контейнер, смесь поджигается электрической дугой сварочного аппарата для возбуждения реакции алюмотермического восстановления, затем контейнер охлаждается до комнатной температуры, смесь кусками выбивается, крошится и размалывается в шаровой мельнице.

В разделительную смесь вводится активатор. В состав с активатором добавляют 20-40 мас.% гранул и перемешивают с приготовлением насыщающего смеси для термодиффузионного хромирования.

Приготовленной смесью упаковывают в детали муфель с затвором и устанавливается в печь, разогретую до температуры 950-980°С, выдерживается при этой температуре в течение 2-3 часов. После термообработки муфель охлаждается на воздухе, вскрывается, шихта высыпается и выбираются детали. Шихта просеивается через сито для отделения спекшихся гранул, которые размалываются в шаровой мельнице и используются повторно в качестве восстановленного состава.

Способ хромирования, за счет экзотермической реакции гранул, позволяет сократить время разогрева тигля с 1-1,5 часов до 15-20 мин. Полученные на углеродистых сталях покрытия имеют толщину 15-20 мкм с микротвердостью 1,1-1,2 ГПа, высокую коррозионостойкость с содержанием хрома в карбидном покрытии до 70-75 мас.%, алюминия - менее 1 мас.%.