Подпишитесь на обновления сайта. Получайте новые статьи на почту:

Технология ДКПЛ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ХПИ».

 

Представляет

 

ТЕХНОЛОГИЮ ДИФФУЗИОННОГО КАРБИДНОГО
ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ (ДКПЛ)

 

 Технология диффузионного карбидного поверхностного легирования (ДКПЛ) разработана в Национальном Техническом Университете «ХПИ» на основе открытия №368 от 13.07.89 (реестр СССР) и не имеет аналогов в мире.

Изначально, она разрабатывалась с целью замены объемно легированных (нержавеющих) ста­лей, работающих в самых агрессивных средах химической и добывающей промышленности, на поверхностно легированные. Первые детали, защищенные по технологии ДКПЛ – крыльчатки насосов содового производ­ства, запорная арматура превенторов нефтедобывающих скважин, производства азотной, серной кислот и содового по ресурсу работы превзошли незащищен­ные в 4-6 раз. При этом было установлено, что коррозионная стойкость желе­зоуглеродистых сплавов, при поверхностном легировании активными карбидообразователями, увеличивается, по мере повышения концентра­ции углерода в легируемом сплаве. Обнаруженная закономерность и явилась су­тью зарегистрированного открытия, послужив толчком к научному и  техноло­гическому развитию ДКПЛ.

Физической сутью технологии ДКПЛ является самоорганизующийся процесс образования сплошного карбидного слоя на поверхности легируемого сплава, из атомов углерода, диффундирующего из матрицы,  и карбидообра­зующего элемента, диффундирующего из насыщающей среды. Карбидный слой является продуктом их химической реакции. Встречный характер взаимодействия способствует формированию сплошной фазы, дефекты которой автоматически закупориваются, проникаю­щими навстречу друг другу реагирующими элементами. Механизм формирования карбидного слоя объясняет его сплошность, минимальную дефектность структуры и химическую чистоту (рис. 1, 2).

Рис. 1. Структура карбидного слоя, при легировании стали 45 карбидом хрома по технологии ДКПЛ: 1) внешняя зона, образованная кар­бидами Cr23C6, 2) внутренняя карбидная зона, состоящая из Cr7C3, 3) переход­ная низколегированная хромом зона, 4) матрица стали. х750.

Рис. 2. Микрофотография того же образца на растровом электронном микроскопе.

Для легирования по технологии ДКПЛ используются такие элементы как Cr, Ti, Zr, V, а также B, Si, Mo, W, Nb, Ta и т.д. При этом, всем видам карбидных слоев, получаемых по технологии ДКПЛ, независимо от их химического состава и толщины, присущи следующие свойства:

-         отсутствие пор и дефектов в карбидном слое, обеспечивающее постоянство свойств по всей поверхности детали;

-         термодинамическая стабильность карбидов, наследуемая карбидным слоем, обеспечивает коррозионную стойкость и предотвращает взаимодействие с матрицей легированной детали при высоких температурах;

-         высокая микротвердость карбидного слоя: до 2000 НV для Cr3C2; до 2500 НV для  VС;  до 2800 НV для ZrС; и до 4000 НV для TiС (в зависимости от степени насыщения углеродом), обеспе­чивает стойкость к абразивному и комплексному эрозионному износу;

-         когезионная (химическая) связь с металлом основы, и подбор систем карбид – переходная зона – матрица с высоким соответствием коэффициента термического расширения, исключает отслаивание карбидного слоя, в том числе, при деформации защищенных изделий и термоударах;

В то же время назначение конкретного состава карбидного слоя производится на основании физико-химических и технологических свойств индивидуальных карбидов и их комбинаций.

Главная техническая новизна ДКПЛ состоит в том, что она является технологией получения деталей и сплавов с заданным (необходимым) градиентом химического состава и механических свойств. Другими словами, в зависимости от эксплуатационных требований к конкретной детали, находятся оптимальные параметры карбидного слоя, переходной зоны, и матрицы сплава. После чего рассчитывается технологический режим их получения и производится химико-термическая обработка.

Наиболее полно, технология ДКПЛ реализуется на деталях, изготовленных из железоуглеродистых сплавов: углеродистых сталях; конструкционных низколегированных сталях; высокопрочных низко и среднелегированных сталях; практически на всех видах инструментальных сталей; а также на сером, ковком и высокопрочном чугуне.

Кроме железоуглеродистых сплавов, технология ДКПЛ применяется на некоторых специальных материалах и сплавах, таких как спеченные твердые сплавы, графит, плотные углерод-углеродные композиты.

Геометрический диапазон применения ДКПЛ – толщина карбидного слоя 5-50 мкм, минимальное сечение детали 0.5 мм, максимальное сечение и размеры детали – не лимитируются.

Технологически, карбидное легирование осуществляется путем химико-термической обработки с использованием порошковых насыщающих смесей. При необходимости, непосредственно за карбидным легированием, следует стадия финишной термообработки, для получения требуемых свойств переходной зоны и сердцевины детали.

Технология ДКПЛ – ресурсосберегающий, безотходный, экологически чистый процесс. Насыщающие смеси, необходимые для карбидного легирования, используются циклически неограниченное количество раз (в течение всего срока работы технологической линии). Необходимый  химический потенциал смесей поддерживается регулярными корректировками. В качестве основного  компонента насыщающих смесей обычно используются не чистые химические элементы – карбидообразователи, а их ферросплавы, что дополнительно удешевляет обработку. При массовом производстве технология позволяет использовать печи с рекуперацией до 70% тепла.

Номенклатура изделий, которые выгодно легировать по технологии ДКПЛ, огромна и продолжает пополняться. Поэтому конкретный перечень деталей подробно обсуждается непосредственно с заказчиком в зависимости от его специализации.

 

 

 

Понравилась статья? Расскажите друзьям.
Общайтесь с нами:

Добавить комментарий