(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl.5: C23C 14/24 (54)Sposób chromowania próżniowego stall (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 19/89 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/92 (72) Twórcy wynalazku: Ewa Kasprzycka, Warszawa, PL Jan Tacikowski, Warszawa, PL Jan Zyśk, Warszawa, PL Piotr Jarzyński, Warszawa, PL PL B1 (57) 1. Sposób chromowania próżniowego stali, prowadzony w parach chromu, w warunkach obniżonego ciśnienia i podwyższonej tem peratury polegający na nagrzewaniu wsadu składającego się z chromowanej stali i rozdrobnionych substratów będących źródłem par chromu, a następnie chromowaniu przez wygrzewanie wsadu, znamienny tym, że nagrzewanie wsadu stali i źródła par chromu stanowiącego rozdrobniony chrom lub żelazo-chrom metaliczny do temperatury procesu chromowania prowadzi się przy próżni dynamicznej o ciśnieniu od 10-1 Pa do 10-2 Pa, natom iast po osiągnięciu tem peratury procesu, chromowanie przez wygrzewanie prowadzi się przy próżni statycznej o ciśnieniu od 1 Pa do 4 103Pa, przy czym osiągnięcie próżni statycznej realizuje się przez wyłączenie urządzeń do osiągania próżni po osiągnięciu przez wsad temperatury procesu, natomiast wysokość ciśnienia próżni skokowo zmniejsza się, ustalając je na określonym stałym poziomie w zakresie pomiędzy 1Pa i 4 103Pa.

2 Sposób chromowania próżniowego stali Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób chromowania próżniowego stali, prowadzony w parach chromu, w warunkach obniżonego ciśnienia i podwyższonej temperatury polegający na nagrzewaniu wsadu składającego się z chromowanej stali i rozdrobnionych substratów będących źródłem par chromu, a następnie chromowaniu przez wygrzewanie wsadu, znamienny tym, że nagrzewanie wsadu stali i źródła par chromu stanowiącego rozdrobniony chrom lub żelazo-chrom metaliczny do temperatury procesu chromowania prowadzi się przy próżni dynamicznej o ciśnieniu od 10-1 Pa do 10-2 Pa, natomiast po osiągnięciu temperatury procesu, chromowanie przez wygrzewanie prowadzi się przy próżni statycznej o ciśnieniu od 1 Pa do Pa, przy czym osiągnięcie próżni statycznej realizuje się przez wyłączenie urządzeń do osiągania próżni po osiągnięciu przez wsad temperatury procesu, natomiast wysokość ciśnienia próżni skokowo zmniejsza się, ustalając je na określonym stałym poziomie w zakresie pomiędzy 1 Pa i 4 103Pa. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się do procesu rozdrobniony chrom lub żelazochrom metaliczny o wielkości ziarna od 0,05 do 5 mm zależnej od tem peratury procesu. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nagrzewanie wsadu prowadzi się wstępnie w zakresie tem peratur C w czasie 1-5 godzin. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces chromowania prowadzi się w zakresie tem peratur C, przy czym tem peratura wygrzewania jest stała lub zmienna w czasie. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces prowadzi się przy aktywacji elektrycznej gazowego środowiska chrom ow ania, przy czym wysokość próżni ustala się na poziomie niezbędnym dla prawidłowego przebiegu zjawisk elektrycznych w środowisku gazowym. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób chromowania próżniowego stali. Sposób dotyczy chromowania dyfuzyjnego stali prowadzonego w parach chromu w warunkach próżni. Chromowaniu poddaje się stale węglowe, narzędziowe, nierdzewne i inne. Sposobem według wynalazku można również chromować przedmioty z żeliwa i spieków. Chromowanie dyfuzyjne stali stosuje się do wytwarzania warstw chromowanych odpornych na zużycie przez tarcie, jak i również warstw chromowanych odpornych na korozję. Odporność na korozję wykazują przede wszystkim warstwy dyfuzyjne o strukturze roztworu stałego chromu w żelazie, które można wytwarzać na niskowęglowych stopach żelaza. W przypadku dyfuzyjnego chromowania utwardzającego narzędzi i części maszyn na powierzchni stali średnio- lub wysokowęglowej wytwarza się warstwę dyfuzyjną złożoną z węglików chromu. W procesach chromowania dąży się do wytwarzania monofazowych warstw roztworowych lub też monofazowych warstw węglikowych, które charakteryzują się optymalną strukturą z punktu widzenia własności użytkowych. Chromowanie dyfuzyjne stali można prowadzić metodą gazową, proszkową i kąpielową. Znana jest metoda chromowania próżniowego polegająca na wygrzewaniu stali w parach chromu w warunkach próżni. Warstwy chromowane roztworowe i węglikowe wytwarzane metodą próżniową odznaczają się wysokim stopniem czystości i jednorodności, co wpływa korzystnie na ich własności eksploatacyjne. Zaletą chrom ow ania próżniowego, w odróżnieniu od innych m etod chromowania, jest możliwość wytwarzania na zwykłych stalach niskowęglowych warstw chromowanych roztworowych odznaczających się wysoką odpornością na korozję, żaroodpornością oraz plastycznością. W przypadku innych metod, to jest gazowej i proszkowej, konieczne jest stosowanie do chromowania specjalnych niskowęglowych stali zawierających dodatki pierwiastków silnie węglikotwórczych, takich jak Ti, Nb, V. Pierwiastki te, wiążąc węgiel w stali w trwałe węgliki uniemożliwiają jego dyfuzję ku powierzchni i zabezpieczają przed tworzeniem się węglików chromu na granicach ziarn, niekorzystnych z punktu widzenia odporności na korozję międzykrystaliczną. W procesach tych nie wykorzystywana jest możliwość oczyszczania powierzchni stali i chromu z gazów oraz szkodli-

3 wych domieszek, przez zastosowanie wstępnego wygrzewania wsadu w próżni przed rozpoczęciem właściwego procesu chromowania. Znany proces chrom owania próżniowego prowadzi się w parach chrom u w zakresie tem peratur od 1100 C do 1400 C w warunkach próżni dynamicznej Pa, przy czym jako źródło par chromu stosuje się rozdrobniony żelazochrom lub chrom metaliczny. Chromowanie w próżni dynamicznej polega na tym, że przez cały czas procesu piec próżniowy połączony jest z zespołem pracujących pomp próżniowych, usuwających pary i gazy, przy czym wysokość próżni zwiększa się stopniowo w miarę upływu czasu trwania procesu. Istotnym elementem procesu chromowania próżniowego jest zapewnienie wysokiej koncentracji par chrom u w piecu, niezbędnych dla tworzenia się warstw dyfuzyjnych. W ysoką koncentrację par chromu można uzyskać przez dobór odpowiedniej próżni podczas chromowania, taki aby nie zachodziło nadmierne usuwanie par chromu z pieca próżniowego. Wysoką koncentrację par chromu można również uzyskać przez zapewnienie odpowiednio dużej powierzchni parowania, co w praktyce realizuje się przez rozdrobnianie substratów stanowiących źródło p ar chromu. Ograniczenie w stosowaniu w wysokich temperaturach zbyt rozdrobninych substratów stanowi spiekanie się ich oraz przywieranie do chromowanej powierzchni, co wpływa niekorzystnie między innymi na równomierność wytwarzanych warstw. Tem peratura spiekania chromu ze stalą zależy m. in. od stopnia jego rozdrobnienia. W znanych procesach chromowania próżniowego stosowano rozdrobniony chrom lub żelazochrom o wielkości ziarna około 5 mm dobranej w taki sposób, aby przy temperaturze procesu około 1400 C ziarna substratów nie spiekały się z powierzchnią chromowanej stali. W procesach prowadzonych przy temperaturach niższych od 1400 C można stosować substraty o znacznie większym stopniu rozdrobnienia, gdyż wzrost stopnia rozdrobnienia substratu powoduje obniżenie temperatury spiekania się z powierzchnią stali. Stosowanie rozdrobnionych substratów o wielkości ziarna około 5 mm podczas chromowania próżniowego nie zapewnia odpowiednio dużej powierzchni parow a- nia, a więc wysokiej koncentracji par chromu, w szczególności dla procesów prowadzonych przy niższych tem peraturach takich jak np C, gdy szybkość parow ania chrom u jest niewielka. Prowadząc proces chromowania próżniowego znanym sposobem trudno jest zapewnić wysoką koncentrację par chromu niezbędnych dla zapewnienia szybkiego wzrostu warstw chromowanych. W rezultacie grubości warstw chromowanych otrzymywanych przy stosunkowo niskich temperaturach procesów wynoszących około 1100 C są rzędu 0,01 mm a więc niewielkie, zaś stężenie chrom u w tych warstwach wynosi zaledwie około 15% Cr. Sposób chromowania według wynalazku umożliwia otrzymywanie warstw o trzykrotnie większej grubości, przy czym stężenie chromu w tych warstwach jest około 1,5 razy wyższe, niż w warstwach wytwarzanych znanych sposobem. Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że wygrzewanie wsadu w zakresie temperatur C w procesie chromowania dyfuzyjnego prowadzi się przy próżni statycznej od 1 do Pa, zamiast przy dotychczas stosowanej próżni dynamicznej od 10-1 do 10-2 Pa, przy czym źródło par chrom u stanowi chrom lub żelazochrom o regulowanej wielkości ziarna od 0,05 do 5 mm w miejsce dotychczas stosowanego dla całego zakresu temperatur chromu lub żelazochromu o wielkości ziarna około 5 mm. Wielkość ziarna rozdrobnionych substratów, chromu lub żelazochromu dobiera się w zależności od temperatury procesu w taki sposób, aby uniknąć spiekania się substratów z powierzchnią stali ale jednocześnie zapewnić możliwie jak największą powierzchnię parowania. Chromowanie w próżni statycznej polega na tym, że po osiągnięciu przez wsad wymaganej tem peratury procesu wyłącza się zespół pracujących pomp próżniowych, powodujących nadmierne usuwanie par chromu z pieca, przy czym wysokość próżni ustala się na stałym poziomie w zakresie od 1 do Pa. Wygrzewanie wsadu w próżni statycznej od 1 do 4-103Pa, zgodnie z istotą wynalazku oraz stosowanie substratów o regulowanej wielkości ziarna dobieranej w zależności od temperatury procesu zapewnia wysoką koncentrację par chromu niezbędnych dla szybkiego wzrostu warstw chromowanych. Sposób chromowania próżniowego stali, prowadzony w parach chromu przy obniżonym ciśnieniu i podwyższonej temperaturze, polegający na nagrzewaniu wsadu składającego się z

4 chromowanej stali i rozdrobnionych substratów będących źródłem par chromu a następnie chromowaniu przez wygrzewanie wsadu, według istoty wynalazku charakteryzuje się tym, że nagrzewanie wsadu stali i źródła par chromu stanowiącego rozdrobniony chrom lub żelazochrom metaliczny do tem peratury procesu chromowania prow adzi się przy próżni dynamicznej o ciśnieniu od 10-1 Pa do 10-2 Pa, natomiast po osiągnięciu temperatury procesu, chromowanie przez wygrzewanie prowadzi się przy próżni statycznej o ciśnieniu od 1 Pa do 4 103Pa, przy czym osiągnięcie próżni statycznej realizuje się przez wyłączenie urządzeń do wytwarzania próżni po osiągnięciu przez wsad temperatury procesu, natom iast wysokość ciśnienia próżni skokowo zmniejsza się, ustalając je na określonym stałym poziomie w zakresie pomiędzy 1 Pa i Pa. Zgodnie z wynalazkiem wprowadza się do procesu rozdrobniony chrom lub żelazochrom metaliczny o wielkości ziarna od 0,05 do 5 mm zależnej od temperatury procesu. Korzystnie jest nagrzewanie wsadu prowadzić wstępnie w zakresie temperatur C w czasie 1-5 godzin. Zgodnie z wynalazkiem proces chromowania prowadzi się w zakresie temperatur C, przy czym temperatura wygrzewania jest stała lub zmienna w czasie. Proces można prowadzić przy aktywacji elektrycznej gazowego środowiska chromowania, przy czym wysokość próżni ustala się odpowiednio dla prawidłowego przebiegu zjawisk elektrycznych w środowisku gazowym. Sposób chromowania według wynalazku zapewnia dużą szybkość wzrostu warstw dyfuzyjnych oraz umożliwia otrzymywanie warstw chromowanych o regulowanej budowie, to jest monofazowych warstw roztworowych lub węglikowych lub warstw o złożonej budowie - węglik + roztwór. Podczas prowadzenia procesu chromowania sposobem według wynalazku stosuje się temperaturę nie mniejszą niż 1000 C i ciśnienie nie większe niż 104 Pa, przy czym ciśnienie i temperatura zakresu zależy od pożądanych parametrów warstwy dyfuzyjnej takich jak struktura warstwy, stężenie chromu, grubość warstwy. Sposobem według wynalazku mogą być obrabiane wyroby ze stali węglowych, narzędziowych, nierdzewnych, jak również wyroby ze spieków i żeliwa. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania. Przykład. Do pieca próżniowego o pojemności około 50 dm3 załadowano śruby o wymiarach Ø 10X35 mm i nakrętki o wymiarach Ø 10X8 mm ze stali 10, przy czym substratem był rozdrobniony chrom metaliczny. Proces chromowania prowadzono w temperaturze 1050 C w czasie 10 godzin przy ciśnieniu regulowanym w zakresie od 10-2 do 100 Pa. W wyniku chromowania na śrubach i nakrętkach utworzyły się antykorozyjne chromowane warstwy roztworowe o stężeniu powierzchniowym chromu 21% i grubości 0,039 mm. Na wykresie fig. 1 pokazano zależność grubości warstwy chromowanej od czasu chromowania. Chromowanie prow adzono w temperaturze 1050 C na stali 10. Krzywa 1 odpow iada chrom o- waniu według projektu wynalazczego w warunkach próżni statycznej, natomiast krzywa 2 odpowiada chromowaniu sposobem znanym w warunkach próżni dynamicznej. Grubości warstw chromowanych wytwarzanych na stali 10 w temperaturze 1050 C w czasie np. 5 godzin i 10 godzin, w warunkach próżni dynamicznej sposobem znanym wynoszą zaledwie, odpowiednio 0,009 i 0,013. Zastosowanie w tym samym czasie 5 i 10 godzin próżni statycznej zgodnie z wynalazkiem umożliwiło otrzymanie warstw chromowanych o grubościach odpowiednio 0,028 i 0,039 mm, a więc trzykrotnie większych. Stężenie powierzchniowe chromu w warstwach wytwarzanych sposobem według wynalazku było o 4-7% Cr wyższe od stężenia powierzchniowego w warstwach otrzymywanych sposobem znanym. Np. różnica stężenia powierzchniowego chromu pomiędzy warstwami wytwarzanymi na stali 10 w temperaturze 1050 C w czasie 10 h w próżni statycznej oraz dynamicznej wynosiła około 7%, przy czym stężenie to w obu przypadkach wynosiło odpowiednio 21 i 14% Cr. Czas wytwarzania warstw chromowanych na powierzchni stali podczas chromowania w próżni statycznej jest krótszy niż w przypadku chromowania w próżni dynamicznej. Np. w temperaturze 1050 C w próżni statycznej warstwy na powierzchni stali 10 utworzyły się już po 1godzinie trwania procesu, natomiast w próżni dynamicznej dopiero po trzech godzinach.

5

6 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł