ТЕХНОЛОГИЯ ДКПЛ


"DRAGON" Представляет ТЕХНОЛОГИЮ ДИФФУЗИОННОГО КАРБИДНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ (ДКПЛ)

Технология диффузионного карбидного поверхностного легирования (ДКПЛ) разработана 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).

tehnologija-dkpl-1
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.

tehnologija-dkpl-2
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.