Способ обработки штамповых сталей
Иллюстрации
Реферат
"ОЙИ САН И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Соаетски/
Социалистнческих
Республик
<11771173
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву
< (22) Заявлено 16,0577 (2!) 2486191/22-02 (51)М. Кл.3
С 21 0 1/78
С 23 С 11/18 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий
Опубликовано 151080. Бюллетень ¹ 38
Дата опубликования описания 151080 (53) УДК 621.785. .533(088.8) (72) Автор изобретения
А. Н. Тарасов (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ITANHOBUX СТАЛЕЙ. сесоюъ
) тентно--технниес< Е
Изобретение относится к области обработки инструментальных сталей, применяемых при изготовлении штампов для горячей объемной штамповки, прессования и рубки, литейных форм для 5 литья под давлением и другого формообразующего инструмента, работающего с разогревом рабочих поверхностей до 300-600 С, соприкасающихся с металлом, разогретым до 850-1180 С. !О
Изобретение, в частности, касается процессов обработки, предусматривающих проведение высокотемпературной нитроцементации с последующей закалкой, направленных на получение f5 максимальной износо- и теплостойкости слоя нае рабочих поверхностях инструмента при одновременной прочности и вязкости сердцевины.
Известен способ обработки кон- 29 струкционных сталей, включающий цементацию с последующей ыитроцементацией при 930-950 С и закалкой от температуры подстуживания 850-870 С в масло (1) . 25
Насыщение при 930-950 С ведет к значительному перегреву сердцевины и как следствие к снижению динамической прочности и вязкости сердцевины из-за роста зерна, образования 3р крупноигольчатого мартенсита в сердцевине и грубой карбидной сетки в слое.
Известен способ обработки стали, в котором после азотирования и нитроцементации при 650-690 С проводят нагрев под закалку при 720-900 С в углеродсодержащей среде (2).
Способ не позволяет получить высокую теплостойкость и твердость слоя для штамповых сталей, так как в процессе среднетемпературной нитроцементации (650-690оC) не удается получить слой значительной глубины и содержания углерода.
Наиболее близким к изобретению по сущности и эффективности является способ обработки штамповых ста лей, предусматривающий нитроцементацию в процессе подогрева и нагрева под закалку с выдержкой при температуре Ac + (20 — 30)С, закалку в масло с последующим отпуском при
520-560 С (3).
При обработке этим способом также не удается получить требуемой твердости и теплостойкости слоя, плавного снижения количества углерода по глубине слоя к сердцевине. При охлаждении в масло в сердцевине и
771173 особенно в переходном слое вследствие повышенной скорости охлаждения и градиента температур возникают высокие напряжения, ведущие к трещинообразованию и скалыванию рабочих кромок на штампах сложной конфигурации.
Целью изобретения является повы шение эксплуатационной стойкости изделий иэ штамповых сталей.
Цель достигается тем, что в способе, включающем нитроцементацию в процессе подогрева и нагрева при
Асз+ (20-30) С и атмосфере с углеродным потенциалом 0,8-1,4%, закалку и отпуск, нитроцементацию проводят двухсТупенчато с повышением на второй ступени температуры до Ас +
+ (50-80)C и углеродного потенциала до 1,5-1,8% в течение 1/3 †1/4 времени общей выдержки, а закалку осуществляют н среде с температурой на
250-350 С выше температуры начала 20 мартенситного превращения. При этом отпуск проводят при температуре на
30-50 С ниже температуры перлитного превращения.
Нитроцементация на заключительном 25 этапе при температуре Ас + (50-80)С и высоком углеродном потенциале с одной стороны ускоряет процесс насыщения углеродом, увеличивает глубину слоя,, понижает температуру начала мартенситного превращения в слое, а с другой стороны предотвращает рост зерна аустенита в сердцевине вследствие короткой выдержки. В процессе длительной изотермической выдержки в слое образуется мартенситная структура, содержащая до 5-10% аустенита и мельчайшие карбиды и карбонитриды, одновременно в сердцевине— дисперсный тросто-мартенсит, а в верхнем интервале температур закалки 4О и сорбит. Кроме уменьшения структурной и тепловой деформации такая закалка приводит к формиронанию сжимающих напряжений в поверхностном слое, а высокое содержание углерода и ле- 45 гирующих элементов в мартенсите обеспечивает повышенные износо- и раэгаростойкость. Изотермическая закалка, уменьшая температурные и структурные напряжения, позволяет исключить образование трещин. В связи с протеканием превращения не чисто по мартенситному типу, а с образованием промежуточных структур н направлении от сердцевины к поверхности изменяется структура переходного слоя от сердцевины к слою. Этому способствует резкое снижение температуры начала мартенситного превращения слоя Мн при кратковременном повышении температуры до Ас + (50-80)C 6О с одновременным повышением н слое содержания углерода до 1,5-1,8%.
Способ был опробован и нашел применение н производстве при обработке инструмейта для горячей штамповки и 65 формообразующего инструмента для машин литья под давлением иэ сталей
5ХНМ, 5ХНВ, 5ХВ2С, 10ХСМФА и др., режимы и результаты обработки которых приведены в таблице.
Нитроцементацию в процессе нагрева для закалки по режимам предложен-! ного и известного способов проводили в шахтных цементационных печах Ц-25, Ц-60 в продуктах пиролиза триэтаноламина с активизирующими добавками с контролем углеродного потенциала на образцах-свидетелях иэ фольги из ст. 20Х. Расход карбюризатора изменяли от 65 до 100 кап./мин, тем самым обеспечивая изменение углероцного потенциала атмосФеры в пределах от 0,8 до 1,85%. Охлаждение при закалке по известному способу проводили в масле, по предложенному способу — в ваннах С-50 и В-20 в расплаве щелочей 50% NaOH + 50% KOH u расплаве солей и щелочей NaOH, NaCI, СаС при температурах среды от 430 до 560 С в зависимости от марки обрабатываемой стали. Отпуск проводили в печах типа ПН-32 и ПН-34 с циркуляцией воздуха и регулированием температуры в пределах 5 С.
При обработке каждого из видов инструмента.по всем испытанным режимам одновременно обрабатывали образцы для послойного химического анализа, измерения микротвердости, определения теплостойкости и ударной вязкости. Измерение твердости слоя и сердцевины на штамповом инструменте проводили на приборе Виккерса при нагрузке 15 кг. Испытание механических свойств проводили при растяжении на стандартных образцах ф8 мм, при изгибе — на цилиндрических образцах ô7,5 мм и длиной 70 мм. Теплостойкость слоя определяли, измеряя твердость по Виккерсу Н с переводом на НРС после четырехчасового отпуска при 620 С в печах с вентиляторами. Ударную вязкость определяли на стандартных образцах 10"10 55 мм,. разрушение проводили на маятниконом копре с максимальной энергией 5 кгсм.
Пример 1. Обрабатывали матрицы-вставки иэ 5ХНМ для горячей высадки на горизонтально-коночной машине мод. В 1139 с усилием 800 т конца карданного вала автомобиля из ст. 40Х. Нитроцементацию вели в процессе подогрева при 580 С, 1,5 ч, с расходом карбюризатора 60 кап/мин, и нагрева для закалки в течение .4,5ч: первые 3,5 ч при 850 С с расходом карбюриэатора 70 кап/мин (углеродный потенциал 1,2%), затем при 885 С
1,5 чс расходом карбюризатора
80 кап/мин (углеродный потенциал атмосферы 1,60%). Закаливали непосредственно после нитроцементации в расплаве щелочей при 430 С с выдержкой 150 мин и последующим ох771173 лаждением на воздухе. Характеристики слоя приведены в таблице. Твердость сердцевины HRC 41,5. Количество обработанных деталей до износа матриц
11040-11830 шт. против 6300-6900 шт. с использованием матриц, обработанных по известному способу с нитроцементацией при 850 С в течение 4,5 ч с углеродным потенциалом атмосферы 1,2Ъ, закалкой в масло и отпуском при
520 С.!
Пример 2. Обрабатывали высадочные пуансоны из 40ХСМФ для горячей высадки болтов на молоте свободной ковки М-412 с усилием 400 кг. Нитроцементировали пуансоны в процессе подогрева при 600 С, 1 ч, расход карбюризатора 60 кап./мин, и нагрева до
8750С. Общая длительность выдержки
5 ч: первые 3,5 ч температура нагрева 875 С, расход карбюризатора
75 кап./мин (углеродный потенциал
1,1Ъ), в последние 1,5 часа нагрев при 900 С с расходом карбюриэатора
95 кап./мин (углеродный потенциал атмосферы 1,65%). Закаливали с температуры нитроцементации в соли 25 при 4800С с изотермической выдержкой в течение 150 мин. Твердость сердцевины НкС44,0. Характеристика слоя приведена в таблице. Количество изготовленных болтов из 40ХНМА до износа Зр пуансонов 4180-4200 шт. против 20002100 шт. с использованием пуансонов, обработанных по известному способу с нитроцементацией при 875 С в течение 5 ч при углеродном потенциале атмосферы 1,1%, закалкой в масло и отпуском при 5600С.
II p и м е р 3. Обрабатывали плунжеры из 4ХСМФЦР литейной машины мод.
71109 для литья деталей из сплава
AJI-2. Нитроцементкровали в процессе подогрева при 620 С, 1 ч, расход карбюризатора 60 кап./мин, и нагрева
- для закалки при 870 С в течение 3 ч при углеродном потенциале атмосферы
1,1%, затем при 900 С, 1 ч с угле- 45 родным потенциалом атмосферы 1,6Ъ.
Закаливали непосредственно с температуры нитроцементации с охлаждением в расплаве щелочей при 460 С, 180 мин, затем — на воздухе. Твер- 5р дость сердцевины HRC 42,5. Свойства слоя приведены в таблице. Износостойкость плунжеров 3750-3820 деталей против 1900-2040 у плунжеров, обрабртанных по известному способу с нитроцементацией при 870 С в течение 4 ч с углеродным потенциалом атмосферы
1,1%, закалкой в масло и отпуском при 560оС
Ч р и м е р 4. Обрабатывали штамповые вставки иэ 5ХНМ для пресса с усилием 2500 т. Нитроцементировали в процессе подогрева при 560 С, 1,5 ч, нагрева и выдержки при 850 С в течение 3 ч при углеродном потенциале
1,4%, затем при 880 С, 1,5 ч при потенциале 1,7%. Закаливали непосредственно с температуры нитроцементации в расплаве щелочи при 430 С, 240 мин с последующим отпуском при о
450 С, 3 ч. Твердость сердцевины
Нрс 40-42. Свойства слоя приведены в таблице. Износостойкость вставок при штамповке фланцев иэ ст.35 10430 шт. против 4400 шт. у вставок, обработанных известным способом, и в
4,3 раза выше, чем при обычной закалке этой стали от тех же температур без нитроцементации.
Пример 5. Обрабатывали образные матрицы и пуансоны из 5ХНВ для обрезки облоя на деталях после горячей штамповки при 1000
1150 С на прессе 630 т. Нитроцементировали в процессе подогрева при 560 С, 1 ч, расход карбюриэатора
50 кап./мин, нагрева и выдержки при
860 С, 2 ч с потенциалом атмосферы
1,2% (расход 70 кап./мин), затем при 880 С с потенциалом атмосферы
1,85% в течение 1 ч; Охлаждали в щелочи при 440 С, 120 мин, эатем— на воздухе. Отпуск проводили при
470 С в течение 2 ч. Твердость сердцевины Н С 43,0. Свойства слоя приведены в таблице. Износостойкость штампа 3700-3800 деталей иэ ст.38ХС против 1950-2020 шт. при обработке по известному способу и 1170 шт. при обычной закалке и отпуске без нитроцементации.
Как показали испытания и промышленное использование указанного и другого обрезного, высадочного и формообразующего инструмента из ст.5ХНМ, 5ХНВ, 40ХСМФА, 4ХСМФАЦР, 25ХНСМФ и др., обработанного по предложенному способу, износостойкость его возрастает в 1,8-2,3 раза по сравнению с известным способом обработки за счет повышения теплостойкости рабочей поверхности на 20-50 С, твердости слоя по HRC 5-8 ед. и разгаростайкости на 40-60%. Способ не требует специального оборудования.
771173
Свойства диффузион- Механические ного слоя (на глу- свойства бине 0,5 мм) Теплостойкость
Глубина слоя, мм
Вид инструмента, марка стали, условия применения
HRce2oec c4 ьи С1н.
2 кгс/мм кгсм/см
В C Ъ И
Матрицы-вставки 0 68-0 75 из 5ХНМ для горячей 0,51-0,54 высадки на ГКМ 800т
42-43
541 1 54 О 16 209 с с
470 1 21 0,10 194
4 3 с
2,6
37-38
43 5-44 5
4 О
2,2
556 1 58 О 12 223 с А
483 0,94 0,03 197
О 65-0 70
Пуансоны высадочные иэ 40ХСМФ. для молота свободной ковки с усилием 400 кг с с
40,5-41,0
l.== А
0,56-0,60
О 56-0 62 570 1 50 О 11 190
L А- А с
0,5О-О,52 486 0,98 О, 06 174
Плунжеры литьевой машины из
4ХСМФЦР для литья деталей из AJI-2
44 5 46 О
3 9 с
2,0 ь с
40,0-41,0
4 5
2,3
42 5-43 5
А- А
38,5-39,0
О 21 201
А
О, 10 187
1 70 с
1,03
Штамповые вставки 0 71-0 74 550 иэ 5ХНМ для пресса ..0,62-0, 65 469 с усилием 2500 т
42 0-43 5 с с
4 О
1,8
578 1 75 О 20 196
А А
451 1,10 0,09 170
О 60-0 бб
А А
О, 51-0,53
Обрезные матрицы и пуансоны из 5ХНВ для обрезки облоя после горячей шамповки на прессе
630 т
39,5-41,0
П р и м е ч а н и е. Режимы обработки приведены в тексте; в числителе даны значения по предложенному способу, в знаменате- ле — по известному-прототипу.
Формула изобретения выше температуры начала мартенситного превращения.
1. Способ обработки штамповых
4О
2. Способ по п.1 о т л и ч а юГ ей, включающий нитроцементацию шийся тем, что отпуск проводят роцессе подогрева, нагрева до при температуре на 30-50 С ниже пературы Ас + (20-30) С и вытемпературы перлитного превращения.
Составитель P.Êëûêîâà
Техред Н. Варадулина Корректор М.Пожо
Редактор Н. Корченко
Заказ 6630/37 Тираж 608 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 стал в и тем держки в атмосфере с углеродным потенциалом 0,8-1,4%, закалку и отпуск, отличающийся тем, .что, с целью повышения эксплуатационной стойкости, нитроцементацию после 2/33/4 времени общей выдержки продолжают вести при темпертуре Асэ +
+ (50-80) С и углеродном потенциале
1,5-1,8%, а закалку осуществляют в среде с температурой на 250-350 C
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Р 476349, кл. С 23 С 11/14, 1973.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 499344, кл. С 23 С 11/18, 1974.
N 3. Металловедение и термическая обработка металлов. М., 1974, м 9, с.69-70.