Способ упрочнения стальных деталей

Способ упрочнения стальных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ.преимущественно из высокохромистой стали, включающий высокотемпературную нитроцементацию, высокий отпуск, нагрев под закалку, закалку и низкий отпуск, отличающийся тем, чтр, с целью увеличения глубины диффузионного слоя и Г ж I & -:ssrew W требуемого распределения твердости по сечению, высокотемпературную нитроцементацию производят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу и мочевину, при следующем соотношении компонентов,мае.%: Карбоксиметилцеллюлоза 12,5-15,0 Мочевина 2,1-3,0 ВодаОстальное а нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 с ниже принятой . 2. Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что высокотемпературнуто нитроцементацию проводят при 3 760-1050°С. (Л 3.Способ поп,1,отличающ и и с я тем, что высокий отпуск ; осуществляют при 600-700 с в течение 1-2 ч. 4.Способ по П.1, отличающийся тем, что нагрев под закалку ведут в соляной ванне и в печи с защитной атмосферой.

(l9) (1 ° 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3590408/22-02 (22) 12.05. 83 (46) 30.06.85. Бюл. У 24 (72) Н.С.Салманов, Ф.M.Ìàìåäîâ, Г,Г.Садыгов, А.Н,Нуриев и Т.А.Бахишев ,(71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения (53) 621.785.79(088.8) (56) 1.Геллер Ю.А. Инструментальные стали. M. "Металлургия", 1975,с.295297, 493-814.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3623406/22-02, кл. С- 23 С 1 1/18, 1983. (54)(57) 1.СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫК

ДЕТАЛЕЙ. преимущественно из высокохромистой стали, включающий высокотемпературную нитроцементацию, высокий отпуск, нагрев под закалку, закалку и низкий отпуск, о т л и ч а юшийся тем, чтд, с целью увеличения глубины диффузионного слоя и

4<51> С 21 D 1/78; С 21 D 9/22;

С 23 С 8/76 требуемого распределения твердости по сечению, высокотемпературную нитроцементацию производят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу и мочевину, при следующем соотношении компонентов,мас.Ж:

Карбоксиметилцеллюлоза 12,5-) 5,0

Мочевина 2,1-3,0

Вода Остальное а нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 С ниже при о ня той.

2. Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что высокотемпературную нитроцементацию проводят при

760-1050 С.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что высокий отпуск осуществляют при 600-700 С в течение 1-2 ч.

4 ° Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что нагрев под закалку ведут в соляной ванне и в печи с защитной атмосферой, 1164290

Изобретение относится к машиностроенйю, в частности к упрочнению стальных деталей, преимущественно штампового инструмента из высокохромистой стали, например Х12М, 5

Известны- способы упрочнения штампового инструмента путем закалки и отпуска с применением предварительной химико-термической обработки: азотирования цианиро- 10 нанни, нитроцементации lg

Однако известные способы упрочнеиия не обеспечивают, высокие эксплуатационные свойства для штампового инструмента Йз высокохромистой стали, работающего в услови- ях холодной деформации .

Наиболее близким к предложенному по технической сути и достигаемому результату является способ упроч нения стальных деталей, включающий высокотемпературную нитроцементацию с выдержкой в начале при 800-900 С, а затем при 940-960 С с последующим о отцуском при 630+10 С, закалку и от- 25 пуск по принятым режимам E2) ..

После обработки стали 12ХНЗЛ упрочненный слой не превышает ),1 мм.

Однако известный способ характеризуется длительностью процесса нитроцементации и недостаточной глубиной упрочняемого слоя. Кроме того, применение известного способа для штампового инструмента из высокохромистой стали не обеспечивает требуемого распределения твердости.

Цель изобретения — увеличение глубины диффузионного слоя.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения

40 стальных деталей, включающему высокотемпературную нитроцементацию, высокий отпуск, нагрев под закалку, закалку и низкий отпуск, высокотемпературную нитроцементацию произво45 дят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу и мочевину, при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Карбоксилметипцеллюлоза 12,5-15,0

Мочевина 2, 1-3,0

Вода Остальное при этом нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 С ниже принятой.

Высокотемпературную нитроцементацию проводят при 760-1050 С.

Высокий отпуск осуществляют при

600-700 С в течение 1-2 ч.

Нагрев,под эакапку ведут в соляной ванне нли в печи с защитной атмосферой.

Способ осуществляют следующим образом.

Пастой смазывают обрабатываемые детали, помещают в герметичный контейнер, производят сушку при

250-450 С с выдержкой 0,5-2,0 ч в зависимости от размеров контейнера, далее нагревают и выдерживают о в интервале температур 760-1050 С, Время выдержки зависит от необходимой глубины диффузионного слоя. При нагреве происходит разложение составляющих пасты с вьделением высокоактив— ных продуктов деструкции и диффузия последних в поверхностный слой деталей со средней скоростью, равной соответственно 0,175; 0,6;

0,865 и 1,17 мм/ч для температур

760, 920, 1000 и 1050 С.Такая скорость диффузии очевидно, обеспечивается высокой активностью компонентов, выделенных из пасты, и вторичной восходящей диффузией углерода и азота вглубь металла при дальнейшей закалке. Как показали сравнительные исследования, образующиеся в поверхностном .слое карбиды и карбонитриды повышают его микротвердость

H „= 1140 кгс/мм

Пример 1. Готовят пасту следующего состава, мас.7.:

Карбоксилметилцеллюлоза (КИЦ) 12,5

Мочевина 2,1

Вода Остальное

Указанные ингредиенты тщательно перемешивают.при комнатной температуре до однородной массы и наносят на поверхность образцов из сталей

Х12Ф! и Х12М толщиной 2-3 мм. Последние помещают в герметичный контейнер и просышивают при 300 С в о течение 45 мин, Варианты нагрева в селитовой печи Г-30 следующие: о температура нагрева 760 С, выдержка 2 и 4 ч; температура. нагрева 920 С, выдержка1,3и4ч; температура нагрева 1000 С, выдержка 1,3è4 ч; о температура нагрева 1050 С, выдержка l и 3 ч.

Пример 2, Готовят пасту следующего состава, мас. 7.:

1 164290 4

Кар боксиметилцеллюлоза 14

Мочевина 2,5

Вода Остальное

Технологические операции и варианты нагрева проводят аналогично примеру 1.

Пример 3. Готовят пасту следующего состава, мас. :

Карбоксилметил- l0 целлюлоза 15

Мочевина 3,0

Вода Остальное

Технологические операции и варианты нагрева проводят аналогично приме-11

1 °

Образцы после поверхностного насыщения охлаждали на воздухе вместе с контейнером, после чего производили отпуск при 650+10 С в течение 1,5 ч, О далее шлифовали с одного торца на глубину 3 мм. С целью получения высоких значений ударной вязкости и предела прочности нагрев под закалку производили в соляной ванне при температурах: сталь Х12Ф! 1000+10 С, сталь Х12М 960+10 С, что на 30-50 С о о ниже оптимальных, с выдержкой 15-30 с на 1 мм сечения. Предварительный подоо грев производили до 860 С, Детали охлаждали в масле. Температура отпуска

190+10 С, время отпуска 1,5 ч. Нагрев под закалку можно производить и в электрических печах с использованием защитных атмосфер, Результаты исследования образцов приведены в табл.1 и 2.

После термообработки матричная твердость деталей составляла НВС 5557, в поверхностных слоях микротвердость равнялась Н = 1140 кгс/мм

Я 40 и плавно уменьшалась до микротвердости матрицы, равной Н о= 613-644 кгс/мм, 2 что обуславливает прочную связь упрочненного поверхностного слоя с

45 матрицей.

После шлийования со снятием припуска в 5,4-0,5 мм микротвердость на шлифованной поверхности незначительно уменьшалась до Н = 890—

6о gO

940 кгс/мм и с увеличением глубины она плавно изменялась до Н о=

= 613-644 кгс/мм, что позволяет обеспечить высокие износостойкость, а н вязкость и очность. уд р ую IlP

Предложенный способ позволяет уве.личить глубину упрочненного слоя до 2,5 мм и одновременно повысить пластичность матрицы. Последнее достигается благожаря снижению темо пературы закалки на 30-50 С, Известна, что штамповые стали закаливаются на зерно !0-11 балла стали, что соответствует максимальной т вердости матричных слоев. Снижение о температуры закалки до 30 С не оказывает существенного влияния на размер зерна, которое соответствует 11 баллу. Твердость после отпуска составляет HRC 56-57. Дальнейшее снижение температуры на 30-50 С позволяет

О получить зерно 12-14 балла, а твердость равна НКС 53-56 (после отпуска при 200 С). Снижение температуры о закалки более, чем на 50 С значительно снижает твердость матричных слоев (HRC 52 и ниже), что резко уменьшает сопротивление пластическим деформациям.

Предельные значения концентраций

КМЦ и мочевины в пасте обоснованы с точки зрения. технологически и экономически.

Нитроцементация с пастой, содержание КМЦ в которой ниже 12,5Х, невозможна из-за ее мгновенного испарения при нагреве, требует длительной сушки, что затрудняет герметизацию муфеля,Концентрация КМЦ в пасте свыше 15 незначительно влияет на твердость и глубину диффузионного слоя, Добавка мочевины в пределах 2,13,0% обеспечивает диффузию азота в. металл вместе с углеродом, понижает температурную область существования аустенита и значительно влияет на ускорение диффузии углерода.

Дальнейшее повышение концентрации мочевины в пасте приводит к тому, что в процессе насыщения в поверхностных слоях образуются хрупкие карбонитридные фазы, что ухудшает шлифование.

Пример 4. Готовят пасту следующего состава, мас. :

Кар б ок сил ме тил— целлюло за 12

Мочевина 3

Вода С стальное

Технологические операции приводят аналогично примеру 1. Обнаружена недостаточная герметизация . Характерно, что с повышением времени выдержки происходит обезуглероживание поверхностных слоев образцов.

I 164290

Пример 5. Готовят пасту следующего состава, мас.7:

Карбок силметилцеллюло за 20

Мочевина 3

Технологические операции проводят аналогично примеру l.

Пример 6. Готовят пасту следующего состава, мас.X:

Карбоксиметилцел::" люлоза 20

Мочевина 4

Вода . Остальное

Результаты исследования образцов приведены в табл.2.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает высокую твердость поверхности на глубину до 2,5 мм с плавным уменьшением ее к сердцевине, что обеспечивает высокую эксплуатационную стой— кость.

Экономический эффект на единицу продукции от использования штампа для вырубки статорных и роторных листов электродвигателя составит до 40Х за счет повышения износостойкости в условиях эксплуатации.

Тa6ëtiца l

Глубина диффузионного слоя, мм

Режим обработки

Микротвердость упрочненного

Н5о кгс/мм 2

Пример 1 Пример 2 Пример 3

Насыщение при

760"С; выдержка

2 ч

О, 38-0,41

0,60-0,62

0,32-0, 35

0 55-0 58

О, 38-0,40

0,60-0,62

794-840

840-89О

4 ч

Насыщение при

920 С; выдержка

1 ч

3 ч

0,72-0,75

1,60- 1,70

890-10!О

940-1070

0,72-0,75

l 60-1,7О

0,70-0,75

l,50-1,ОО

1070-1140

2,00-2,10 2,05-2,10 2,05-2,15

4 ч

Насыщение при

1000 С; выдержка

1 ч

1010-1070

1140-1220

1140-1220

l,15 1,2О

2, 20-2, 30

2,4.5-2, 50

1,10-1,15

2,20-2,25

2,40-2,45

1, 15-1, 20

2, 20-2, 30

2э45 2150

3 ч

4 ч Насыщение при

1050 С; выдержка

1 ч

l,50-1,55 1,50-1,55 940-107()

2,40-2,50 2,40-2,50 1140-1220

1,45-1,50

2,40-2, 50

3 ч

Значение микротвердости указано на расстоянии 20-30 мкм от поверхности.

1164290

Таблица 2 олщина диффузионного слоя, мм по примерам ротвердость Н е, кгс/мм

Ф по примерам

Ревнм обработки

4 ч

Значение микротвердости указано на расстоянии 15-25 мкм от поверхности.

Обнарукен нетравленый карбонитрндный слой толщиной 10-15 мкм.

Появляется обезуглероживание поверхности на глубину О, 3-0,4 мм.

Составитель P.Êëûêîâà

Редактор Т. Колб Техред Л.Микеш Корректор И. Эрдейи

Закаэ 4157/25 Тираж 553 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород. ул.Проектная, 4

Ю

Насыщение прн

1000+10 С, вцдервка

1 ч 0,8-1,0

3 ч 0,55-0,6

1,05-(,10 1,15-1,25 794-840 840-890 890-940

2,25-2,30 2,20-2,35 713-. 752 1010-1070 940-1070

2,50-2,55 2,45-2,55 508-532 1010-1140 1070-1140