Способ термической обработки стальных деталей

 

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, преимущественно с азотированной рабочей поверхностью, включающий циклические нагрев и охлаждение , отличающийся тем, что, с целью получения требуемых размеров, в каждом цикле осуществляют поверхностный нагрев азотированной поверхности до 680-73С С, а охлаждение - до 100-15П°С. (О с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COWlfNII

РЕСПУБЛИК ае oD

3(д) С 21 Э 1/78

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3507186/22-02 (22) 29.10.82 (46) 30.09.84. Бюл. Ф 36 (72) Ю.В. Иванов, Г.А. Котельников, Л.А. Мигачева и Т.В. Тетюева (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбьппева (53) 621.785.36(088.8) (56) 1. "Упрочнение и восстановление деталей металлургического оборудования". Экспресс-информация. Сер. 17, вып. 4. Черметинформация, 1976, с. 1-41.

2. Авторское свидетельство СССР

В 210199, кл, С 21 D 9/38, 1965.

3. Авторское свидетельство СССР

М- 648623, кл. С 21 D 1/78, 1979. (54) (57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, преимущественно с азотированной рабочей поверхностью, включающий циклические нагрев и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью получения требуемых размеров, в каждом цикле осуществляют поверхностный нагрев азотированной о поверхности до 680-730 С а охлаждео

Э ние †. до 100-150 С.

1116075 3

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для получения требуемых размеров деталей, а также может быть применено для исправления деталей, не ср вечающих требованиям вследствие нарушения технологии изготовления, а также для восстановления размеров после эксплуатации.

В машииостроении применяются различные способы термической обработки 1О стальныкдеталей для обеспечения требуемых размеров„например, нанесением покрытий напылением, наплавкой галь« ваническим способом (11.

Недостатками известных способов 15 являются использование дефицитных компонентов для нанесения покрытий и сложность технологии нанесения покрытия.

Известен способ термической обра- рО ботки стальных деталей, в частности валков станов горячей прокатки, путем трехкратного индукционного нагрева до 650-680 С и охлаждением до комнат6 ной температуры с пров едением охлаждения водой после последнего нагрева L 2)Ä

Данный способ продлевает срок службы деталей, но не обеспечивает вос становление размеров, например, предварительно азотированных. ЗО

Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемом. резуль1 тату является способ термической обработки стальных деталей, включающий азотирование, термоциклирование о в интервале на 30-50 С выше Ас, и на 30-50 С ниже Лг, нагрев под закал— ку и закалку (3).

Данный способ позволяет повысить пластичность и ударную вязкость. 40

Однако применение указанного способадля получения требуемых Размеров деталей не дает желаемого результата в связи с тем, что при термоциклировании осуществляется равномерный по 45 объему прогрев детали. При этом проис— ходит интенсивное перераспределение азота в аэотированном слое за счет деазотации с поверхности и диффузии в глубь изделия. Область температур цикла лежит вьш е точек фазовых превращений (диаграмма Fe-N), поэтому заметного однонаправленного формоизменения с деталей не наблюдается.

Ф

Целью изобретения является полу- 55 чение требуемых размеров деталей.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки стальных деталей, преимущественно с азотированной рабочей поверхностью, включающему циклические нагрев и охлаждение, в каждом цикле осуществляют поверхностный нагрев азотированной поверхности до 68073С С, а охлаждение — до 100-150 С. о о

По мере эксплуатационного износа термоциклирование повторяют без повторного азотирования. Количество теплосмен выбирают опытным путем в зависимости от потребности в увеличении размеров в пределах до 100 мкм (зависит от глубины азотированного слоя).

Осуществление термоциклирования путем нагрева со стороны азотированной поверхности с охлаждением на массу создает однонаправленный градиент температур по сечению изделия.

За счет этого предотвращается активная диффузия азота вглубь. Выбор области температур цикла в интервале от 680-730 до 100 — 150 С способствует усилению эффекта наращивания пластической деформации за счет фазовых превращений в пределах азотированного слоя, происходящих с изменением удельного объема, а также за счет анизотропии коэффициента термического расширения в различных фазах. Выбранный интервал температур нагрева 680-730 "С обеспечивает, кроме максимального эффекта формоизменения, сохранение достаточной твердости и износостойкости поверхности, В соответствии с диаграммой Fe-N в азотированных объемах при максимальной температуре цикла формируется прослойка C — фазы с ГП структурой, превращающаяся в процессе охлаждения в азотистый аустенит с ГКЦ структурой. Отмеченное усиливает эффект формоизменения. Повышение максимальной температуры термоциклирования выше укаэанной нецелесообразно, так как приводит к интенсивной деазотации и изменению фазового состава азотированных объемов.

Эффект формоизменения, как правило, возрастает с увеличением интервала температур термоциклирования и Т. Экспериментально установлено, что в процессе термоциклирования охлаждение поверхности следует осущестО влять до 100-150 С. Это обеспечивает формоизменение достаточное для практических целей. Дальнейшее увеличение Т за счет понижения температуры

11160

200

400

600

800

Составитель P. Клыкова

Техред М,Тепер

Редактор Н. Швыдкая

Корректор B. Синицкая

Заказ 6869/21

Тираж 539

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

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

Подпис н ое

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 поверхности не сопровождается усилением эффекта и опасно возникновением трещин усталостной природы.

Формоизмеиение азотированного слоя при обоснованных параметрах термоциклирования позволяет получить "рост"> размеров изделий до 70 мкм (при глубине слоя не более О, 18-0,21 мм), при чем количество циклов термоциклирования при этом не превышает 1000. 1О

Способ реализуется в следующей последовательности.

Восстанавливаемую поверхность изделия подвергают азотированию по традиционной технологии. Затем осу- 1 ществляют термоциклирование нагревом со стороны азотированного слоя до температуры поверхности 680-730 С и

ы охлаждением на массу до 100-150 С. о

Число циклов выбирают опытным путем 2л таким, чтобы обеслечить заданные размеры деталей. После этого изделие эксплуатируют до отказа из соображений размерного несоответствия вследствие износа. В этом случае изделие 25 вновь подвергают термоциклированию до восстановления размеров.

В дальнейшем по мере эксплуатационного износа термоциклирование повторяют. 30

Пример 1. Образцы из стали

4ХЗВМФ с размерами 2х12х12 мм подвергали обработке по предлагаемому способу. Рабочую поверхность образцов азотировали в среде диссоциироо ванного аммиака при 520-54Г С в течение 18 ч. Глубина азотированного слоя составляла 0,18-0,2iмм. Образцы подвергали термоциклированию с параметрами: нагрев со стороны азотироо ванного слоя до 700 С и охлаждение

75 4 на массу до 100 С. По мере увеличео ния числа циклов. измеряли приращение размеров образцов по высоте:

Количество циклов Приращение размеров образца по высоте,мкм

После обработки по прототипу приращение размера составило 5-7 мкм.

Пример 2. Азотированную рабочую поверхность кулачка газораспределительного вала автомобиля подвергали изнашиванию на машине для испытания на износ типа СМЦ-2. После потери размера на величину 15-20 мкм выполнили термоциклирование с параметрами:. нагрев со стороны азотированного слоя до температуры поверхно ти о о

700 С и охлаждение на массу до 100 С. Количество циклов для восстановления исходного р азмера состав ило 225 ° Повторное изнашивание с указанной потерей размера 15-?О мкм восстановлено путем термоциклирования по указанному режиму за 580 циклов.

Таким образом, предложенный способ может применяться для увеличения реального срока службы изделий за счет многократного восстановления размеров изношенных поверхностей, а также для исправления деталей, не . отвечающих размерным требованиям вследствие нарушения технологии их иэготов» ления.