Способ низкотемпературного азотирования сталей

Способ низкотемпературного азотирования сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении для упрочнения изделий. Цель изобретения - повышение износостойкости изделий за счет повышения микротвердости упрочненного слоя, а также за счет равномерного распределения легирующего элемента в слое, нитридобразующие элементы наносят на поверхность стали в виде обмазки толщиной 100-300 мкм, а затем воздействуют лучом лазера плотностью мощности 1,2х10<SP POS="POST">5</SP> Вт/см<SP POS="POST">2</SP>. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g g С 23 С 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГНКТ СССР

1 (21) 4305457/31-02 (22) 1 7. 09, 87 (46) 23,09,89, Бюл. Р 35 (71) Московский автомобильно-дорожный институт (72) Ю.M.Ëàõòèí, Я.Д.Коган и О.В.Чудина (53) 621,793,669,586.5 (088.8) (56) Шарлат Е,С. Свойства комбинированных покрытий на сталях. — Сборник научных трудов МАДИ: Новые методы ХТО в машиностроении, 1982, .с. 83-89.

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения металлов и может найти применение в современном машиностроении при изготовлении прецизионных деталей, работаю- . щих в условиях знакопеременных нагрузок и изнашивания, а также при обработке поверхностей сложной конфигурации, коробление которых должно быть минимальным.

Целью изобретения является повышение износостойкости деталей за счет повышения микротвердости, а также за счет равномерного распределения микротвердости на глубине упрочненного слоя, Проводят поверхностное легирование нитродообраэующими элементами с помощью луча лазера и обмазки, нано.симой на поверхность в количестве

50-100 мг/см . Азотирование проводят

„„SU„„3509420 А1

2 (54) СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО А30ТИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении для упрочнения изделий. Цель изобретения — повышение износостойкости изделий за счет повышения микротвердости упрочненного слоя, а также за счет равномерного распределения легирующего элемента в слое, нитридообразующие элементы наносят на поверхность стали в виде обмазки толщиной 100-300 мкм, а затем воздействуют лучом лазера плотностью мощности 1,7 10 Вт/см .

1 ил., 1 табл. в печи в течение 3-5 ч, Поверхностное легирование из обмазки, наносимой на поверхность в количестве 50—

100 мг/см,.позволяет получить зону с равномерным распределением легирующего элемента, а азотирование в течение 3-5 ч обеспечивает формирование устойчивых против коагуляции нитридов легирующих элементов, при этом происходит равномерное повышение твердости по всей зоне легирования, что и обеспечивает повышение износостойкости.

Рекомендуемый интервал количества

° обмазки 50-100 мг/см обусловлен требованиями к концентрации легирующих нитридообразующих элементов, расворенных в материале матрицы при лазерном легировании, Исследования показывают, что концентрация легирующего элемента, достигаемая при обмазке

3 15094 менее 50 мг/см, дает незначительное повышение микротвердости по сравнению с известной технологией., В этом случае в зоне легирования не образуются мелкодисперсные устойчивые против коагуляции нитриды легирующих элементов, благодаря которым повьппается микротвердость и износостойкость упрочненных споев. 10

Увеличение количества наносимой обмотки (более 100 мг/см ) приводит к уменьшению зоны легирования, вследствие поглощения большей части энергии обмазкой, а следовательно, и к 15 снижению эксплуатационных характеристик, Рекомендуемый интервал времени азотирования 3-5 ч обусловлен оптимальными условиями для наиболее пол- 20 ного формирования эоны внутреннего азотирования в зоне легирования.

Азотирование с меньшей продолжительностью насьпцения .нежелательно, так как в этом случае происходит не- ?5 полное развитие зоны внутреннего азотирования, рентгеноструктурный анализ фиксирует наличие лишь о -фазы.

Увеличение времени азотирования 30 (свыше предлагаемого значения) нецелесообразно, так как приводит к укрупнению нитридов легирующего элемента, а на поверхности образуется хрупкая нитридная зона, снижающая характеристики долговечности.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение износостойкости мало- и среднеуглеродистых сталей, так как при легировании с помощью луча ла- 40 зера легирующий компонент равномерно распределяется по глубине упрочненной эоны с одновременным повышением микротвердости, а в процессе азотирования образуются мелкодисперсные нитриды легирующих элементов, также равномерно распределенные по всей глубине упрочненной зоны и повышающие микротвердость в 1,,5-2 раза по сравнению с технологией диффузионного насьпцения стали легирующим элементом с последующим азотированием.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

На поверхность металлов наносится обмазка в количестве 50-100 мг/см, 55 содержащая легирующий нитридообразую- щий элемент, например ванадий, и свя зующее вещество — клей ВФ-2, Затем

20 поверхность нагревают лучом лазера с длительностью импульса 3 мс и с энергией излучения 16 >(ж на установ ке "Квант- 16", что достаточно для расплавления, но не приводит к испарению металла, а следовательно, и к нарушению геометрии-поверхности образца или детали, После этого снимают остатки обмазки и обезжиривают поверхность в ацетоне, загружают в контейнер для азотирования. Нагрев ведут о. до 570 С в атмосфере аммиака, выдерживают при этой температуре в течение

3-5 ч, затем охлаждают с печью.

Предлагаемый способ опробован на образцах из армко-железа, легирование

,осуществляют из обмазки, содержащей ванадий.

Пример 1. Обработку армкоФ железа по известному способу проводят следующим образом.

Ванадирование осуществляют из порошкообразнбй смеси V + Alz03 +NH4C1 наносимой в количестве 150 мг/cM, в контейнере по плавким затвором при

1000 С в течение 6 ч, Азотирование ведут в среде аммиака при 600 С в течение 6 ч, затем охлаждают с печью.

Значения максимальной микротвердости и износостойкости представлены в таблице, На чертеже представлено распределение микротвердости по глубине уп,рочненного слоя, Пример 2. Обработку армкожелеза по предлагаемому способу проводят с помощью луча лазера из обмаэки, наносимой в количестве 75 мг/см, содержащей порошок ванадия и связующее вещество — клей БФ2, азотирование проводят в среде аммиака в течение 4,5 ч при 570 С, затем охлаждают с печью.

Сравнение результатов, полученных после обработки армко-железа по предлагаемому и известному способам показывает, что твердость упрочненного слоя повышается в 1,5 раза, износостойкость — в 12 раз, а длительность процесса сокращается в 2,7 раза.

П р,и м е р 3. Обработку армкожелеза проводят по предлагаемой технологии из обмазки, содержащей ванадий и клей ВФ-2, которую наносят на поверхность образца в количестве

10 мг/см, азотирование проводят в течение 2 ч. Эти параметры ниже предельных значений рекомендуемого

Формула изобретения

Количество, мг/см

Итоговое

Износостойкость

«10 мм объем вытертой лунки

Максимальная

Длитель- Длительность ность

Пример время, порошкообразной смеси обмазки

1 твердость, мПа азотирования, ч ле гирования

i 150 6 6 13500

2 75 3 мс* 4,5 21000

3 10 3 мс 2 14000

4 50 3 мс 3 20000

5 100 3 мс 5 20000

6 120 3 мс 7 18000

12

4,5

3

12

16

* Длительность одного лазерного импульса. Для обработки образца диаметром

10 мм со 1007-ным заполнением. требуется 1 мин, 5 1509 интервала. Микротвердость и износостойкость в этом случае находятся на уровне значений, получаемых по известной технологии, 5

Л р и м е р 4. Обработку армкожелеза проводят из обмазки, содержащей порошок ванадия и клей БФ-2, которую наносят на поверхность в количестве 50 мг/см, азотирование про- 10 водят в течение 3 ч. Эти параметры соответствуют нижнему пределу рекомендуемого интервала. Твердость повышается более„ чем в 1,4 раза, износостойкость в 7,5 раз, а длитель- 15 ность процесса сокращается в 4 раза по сравнению с известной технологией.

Пример 5. Обработку армко- 20 железа проводят из обмазки,. наносимой в количестве 100 мг/см, а азотирование ведут в течение 6 ч, Эти режимы соответствуют верхнему пределу предлагаемых интервалов и позволяют 25 получить значения твердости в 1,4 раза, износостойкости более, чем в 9 раз превышающие значения, полученные по известной технологии, при этом длительность процесса сокращается в 30

2,4 раза, Пример 6 . Обработку металла осуществляют из обмазки, наносимой на поверхность в количестве 120 мг/eM, . а азотирование проводят в течение

420 6

7 ч, Эти параметры выше предельных значений рекомендуемого интервала.

Уровень износостойкости и твердость как и в примере 3, невысокие по сравнению с уровнем свойств металла, обработанного по рекомендуемым режимам.

Таким образом, из приведенных примеров в таблице видно, что обработка мало- и среднеуглеродистых сталей по предлагаемому способу повышает износостойкость в 7,5 раз, при этом твердость повышается равномерно по всей глубине упрочненного слоя более, чем в 1,5 раза. Кроме того, сокращается длительность как процесса насыщения поверхности легирующим элементом, так и процесса аэотирования, Способ низкотемпературного азотирования сталей, включающий поверхностное легирование нитридообразующими элементами и последующее азотирование, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости деталей за счет повышения микротвердости, а также за счет равномерного распределения легирующего элемента в слое, нитридообразующие элементы наносят на поверхность стали в виде обмазки толщиной 100-300 мкм, а затем воздействуют лучом лазера с плотностью мощности 1,2 10 Вт/см .

1509420

HE кйа3

6000

ГИ Ег е .7

Составитель И.Петров

Техред И.Верес Корректор И.Муска

Редактор Н.Гунько

Заказ 5766/23 Тираж 942 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г..ужгород, ул, Гагарина, 101