Способ упрочнения стальных изделий

Способ упрочнения стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении в инструментальном производстве для повышения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей формообразующего инструмента, преимущественно пресс-форм для литья под давлением цветных сплавов. Цель - повышение разгаростойкости рабочей поверхности изделий и их долговечности. Способ включает диффузионное никелирование при насыщении в порошковой смеси, содержащей, мас.%: никель 10-15

окись алюминиия 20-35

хлористый аммоний 2-4

железо 46-48, химико-термическую обработку, закалку и отпуск. Отжиг осуществляют в течение времени, необходимого для получения на поверхности изделий слоя повышенной вязкости и пластичности глубиной (Δ), равной или большей суммы глубин диффузионного слоя (δ) и зоны повышенной вязкости и пластичности (S), образующейся под диффузионным слоем после проведения химико-термической обработки. Глубина зоны S должна удовлетворять условию S≥1/2φ(K<SB POS="POST">1C</SB>/Σ<SB POS="POST">0,2</SB>)<SP POS="POST">2</SP>. Обработка по предлагаемому способу позволяет увеличить разгаростойкость стальных изделий по сравнению с известным в 1,8-2,0 и более раз, долговечность пресс-форм при литье латуни ЛКС 80-3-3 увеличивается в 2,5-3,5 раза, а при литье алюминиевого сплава АЛ-32 - в 1,8 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (50 4 С 23 С 12/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И СПИРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4295108/31-02 (22) 10. 08, 8 7 (46) 23. 09. 89. Бюл. У 35 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.А.Стефанович и Е.И.Панкратии (53) 621.793.669.586.5 (088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР

Ф 779442, кл. С 23 С 8/80, 15.11.80. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении в инструментальном производстве для повышения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей формообразующего инструмента, преимущественно пресс-форм для литья под давлением цветных сплавов, Цель — повышение разгаростойкости рабочей поверхности изделий и их долговечности. Способ включает диффузионное ниИзобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении в инструментальном производстве для повышения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей формообразующего инструмента, например пресс-форм для

;литья под давлением цветных сплавов.

2 келирование при насыщении в порошкоI вой смеси, содержащей, мас.7: никель

10-15; окись алюминия 20-35; хлористый аммоний 2-4; железо 46-48, химико †термическ обработку, закалку и отпуск. Отжиг осуществляют в течение времени, необходимого для получения на поверхности изделий слоя повышенной вязкости и пластичности глубиной (h) равной или большей суммы глубин диффузионного слоя (О ) и зоны повышенной вязкости и пластичности (s), образующейся под диффузионным слоем после проведения химико-термической обработки. Глубина эоны s должна удовлетворять условию

1 Клс

s > — (— — ) . Обработка по пред о, лагаемому способу позволяет увеличить раэгаростойкость c÷ альных изделий по сравнению с известным в 1,82,0 и более раз, долговечность прессформ при литье латуни ЛКС 80-3-3 увеличивается в 2,5 — 3,5 раза, а при литье алюминиевого сплава АЛ-32— в 1,8 раза. 2 табл, Цель изобретения — повышение разгаростойкости рабочей поверхности изделий и их долговечности.

Способ включает диффузионное никелирование при насыщении в порошковой смеси при следующем соотноше нии компонентов, мас.7:

Никель

Окись алюминия

1509422

Лммоний хлористый 2-4

Железо 46-68 химико-термическую обработку, закалку и отпуск, Диффузионное никелирование осуществляют в течение времени, необходимого для получения на поверхности изделий слоя повышенной вязкости и,пластичности глубиной 10 (й), равной или большей суммы глубин диффузионного слоя (й) и зоны повышенной вязкости и пластичности (S), образующейся под диффузионным слоем после проведения химико-термической 15 обработки. Глубина зоны должна удов1 Клс летворять условию S — (=-.— ) °

С ог

В з аимодействие компонентов смеси 20 со стальной поверхностью приводит к образованию обезуглероженного поверхностного слоя с одновременным насыщением никелем, который повышает ударную вязкость поверхностного обезуг- 25 лероженного слоя. После химико-термической обработки на поверхности обРазуется диффузионный слой заданной глубины затем инструмент закаливают и подвергают отпуску. После такой 30 обработки изделий образуются 3 эоны: зона 1 — диффузионный слой, обладающий повьппенной твердостью, тепло- и износостойкостью глубиной 3, зона

2 повышенной вязкости и пластичности глубиной 8, зона 3 — основной металл с высокой твердостью, прочностью и теплостойкостью.

Наличие зоны повьппениой вязкости и пластичности задерживает распространение возникающих в диффузионном слое трещин.

Локализация трещин в зоне повышенной вязкости и пластичности приводит к повы45 шению разгаростойкости рабочей поверхности. Кроме того, наличие этой зоны повьппает ударную вязкость за счет увеличения работы распространения трещины, образовавшейся в диффузионном слое в момент удара. 50

Исходя из положений механики разрушения необходимо, чтобы глубина данной вязкой зоны (з) была больше .размера зоны пластической деформации иэ-вершины трещины в условиях — Г„, 55 который определяется из соотношения где К, — вязкость разрушения при деформации;

00,g предел текуче".òè при растяжении гладкого образца.

Таким образом для Toro происходило распространение трещины, необходимо, чтобы толщина зоны повышенной вязкости и пластичности была не менее Г>, т.е. S . Г а слеЦ Э

1 1 ° K, ñ довательно, S w - (- --), в протпв2Т Goy ном случае движение трещины тормозиться не будет.

Пример 1. Исследования раэгаростойкости и долговечности проводят на образцах и пресс-формах, изготовленных из стали ЗХЗМЗФ, имеющей следующие механические свойства после о с закалки с 1040 С и отпуска при 600 С: (п, = 1500 МПа, К < = 45 МПа м, следовательно S 0,15 мм.

Разгаростойкость оценивают на образцах диаметром 30 мм и толщиной

5 мм по глубине образующихся трещин после 8000 циклов: в режиме нагрев

650 С (свинец), охлаждение .50 С (вода) .

Долговечность пресс-форм оценивают по количеству отливок из латуни ЛКС

80-3-3 детали типа "втулка с фланцем" без ухудшения качества. Образцы и пресс-формы подвергают отжигу в контейнере с плавким затвором в порошковых смесях, состав которых приведен в табл. 1: при 1000 С в течение 6 ч. После отжига проводят химико-термическую обработку — борирование из обмазок следующего состава: карбид бора — 70 + окись хрома—

-25 + фтористый натрий — 5 .

Выдержка при 1040 С составляет

1 ч. Толщина боридного слоя после такой обработки на стали ЗХЗМЗФ

80 мкм.

С температуры насыщения осуществляют закалку в масло с последующим отпуском при 600 С в течение 2 ч.

Материалы, используемые при на сыщении, применяют в виде порошков: окись алюминия, никель, хлористый аммоний, железо, фтористый натрий.

Железо используется для обеэуглераживания, хлористый аммоний — как активатор, никель — как поставщик атомов никеля, окись алюминия — для предотвращения спекания.

5 1509422

Смесь карбида бора, окиси хрома и фтористого натрия обеспечивает процесс борирования.

Результаты испытаний приведены в табл. 1 °

Результаты сравнительных испытаний на разгаростайкость и долговечность пресс-форм литья алюминия сплавов представлены в табл. 2.

Данные табл, 2, показывают, что обработк". по предлагаемому способу (составы 1-3) повьппает разгаростойкость в 1,8-2,0 раза по сравнению с известной обработкой стали ЗХЗМЗФ (состав 6). Стойкость пресс-форм для литья алюминиевых сплавов, обработанных по предлагаемому способу, в 1,8 раза выше по сравнению с известным.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ упрочнения стальных иэделий, преимущественно пресс-форм для литья под давлением, включающий никелирование и закалку, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разгаростойкости и долговечности, никелирование проводят. при диффузионном насыщении в среде, содержащей следующие компоненты, мас.X:

Никель 10-15

Окись алюминия 20-35

Аммоний хлористый 2-4

Железо 46-68 в течение времени, необходимого для получения упрочненной эоны, равной сумме. глубины подслоя (э) и диффузионного слоя (), при этом глубина подслоя рассчитывается по формуле с oä—

Раэгаростойкость, мкм (N

8000) Долговечность, тыс.шт.

Толщина вязкой

Толщина вязкого

Со тав слоя после отжизоны после га мкм насьпце-, ния, Я м мкм, о

80 мкм

9,6

12,4

10,8

8,0

7,6

220

120

200

19

3

2

1,5

4,5

52 10

61 15

61 12

70,5 9

43,5 . 16

2

4

Иэвест3,5, Из табл. 1 следует, что обработка по предлагаемому способу позволяет повысить разгаростойкость в 3-3,5 раза, долговечность пресс-форм для литья под давлением латуни в среднем 2,5-3,5 раза (составы 1-3), Состав 4 недостаточно эффективен из-эа повышенной прочности подслоя, вызван- 15 ной, низким содержанием никеля. Состав

5 не позволяет повысить свойства изза малой толщины зоны повышенной вязкости и пластичности, в результате чего трещина распространяется эа ее пределы.

Пример 2. Исследования разгаростойкости и долговечности проводят на образцах и пресс-формах из стали ЗХЗ11ЗФ. Разгаростойкость оценивают аналогично примеру 1. В производственных условиях проходят испытания из стали ЗХЗМЗФ для литья детали

"ручка" из алюминиевого сплава АЛ-32.

Пресс-формы подвергают отжигу в контейнере с плавким затвором в порошковых -смесях, состав которых имеется в табл. 2, при 1000 С в течение 10 ч. о

После отжига проводят закалку с 1040 С и отпуск при 600 С, а затем аэотиро,вание: 520 С вЂ” 12 ч в среде диссоциио 35 о рованного аммиака, нагрев до 620 С без подачи аммиака, выдержка 0,5 ч, охлаждение до 520 С и выдержка 4 ч без подачи аммиака. Толщина аэотиро40 ванного слоя о = 220 мкм. мпоненты порошковой смеси для отжига, мас.Х

Ре М А1,0 NH С1 вязкость разрушения материала; предел текучести стали.

Таблица 1

1509422

Таблица 2

СосТолщина

ВЯЗКОГО

Долговеч

Разгаростойкость, мкм (N = 8000) Толщина вязкой

Компоненты порошковой смеси для отжига, мас.Х тав зоны наслоя после ность, тыс,шт, сыщения

s -ь-3, мкм, о

= 220 мкм

A1,03 QiqCl отжига, 6ó мкм отливок из

АП-32

20,4

460

Составитель Н,Сункина

Техред И.Верес Корректор Т.Малец

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

2

4

Известный

52 1О 35

61 15 20

61 12 25

70,5 9 . . 19

43,5 16 36

4

1,5

4,5

400

320.

180

340

35,4

36,2

36,4

29,5

20,5