Способ высокотемпературной нитроцементации
СПОСОБ ВЫСОКОТЕМПЕРАТ5ТН( НИТРОЦЕМЕНТА1ЩИ, преимуществейно хромоникелевых сталей, вк1ШЧ Ш1р1Й нагрев до 940-960С и вьщеряосу в насы щанщей среде, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности при циклических нагрузках , в процессе нагрева производят выдержку при 800-900С.
„„SU „„1 34889
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
4(51) С 23 С 8 56 к
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3623406/22-02(22) 08.04.83 (46) 07.04.85. Бюл. Ж 13 (72) P.Н. Уточкин, З.П. Самочернова, З.К. Васильева и В.К. Федорова (53) 621.785.51.52(088.8) (56) .1. Авторское свидетельство СССР
Ф 396446, кл. С 23 С 9/04, 1968, 2. Авторское свидетельство СССР
У 840196, кл. С 23 С 11/16, 1979. (54)(57) СПОСОБ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ, преимуществеиио хромоникелевых сталей, включающий нагрев до 940-960 С и выдержку в пасыщающей среде, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьееиия долговечности при циклических нагрузках, в процессе нагрева производят выдержку при 800-9004С.
1148896
Ф
Изобретение относится к упрочнению стальных деталей, преимущественно иэ хромоникелевых, путем высокотемпературной нитроцементации, и может найти применение в машиностроении и других отраслях промышленности.
Известен способ высокотемпературной нитроцементации из хромоникелевых сталей включающий выдержку при
860-870 C 1). S0
ДанНый способ не позволяет получить достаточной глубины диффузионного слоя и высокой прочности, что необходимо для деталей типа шестерен. 15
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ высокотемпературной нитроцементации, включающий выдержку в течение 1-3 ч 2g при 940-960 С, а затем при 890-910 С в течение времени, необходимого для получения заданной глубины слоя(2).
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечива- 25 ет достаточно высокого предела выносливости при циклических нагрузках, Понижение температуры процесса на второй ступени снижает растворимость углерода в аустените и вызыва- 30 ет образование карбонитридов в поверхностном слое, которые являются центрами возникновения усталостных трещин в процессе работы деталей при циклических нагрузках.
Целью изобретения является повышение долговечности при циклических нагрузках.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу высоко- 40 температурной нитроцементации, преимущественно хромоникелевых сталей, о включающему нагрев до 940-960 С и выдержку в насыщающей среде, в процессе нагрева производят выдержку при 800-900 С.
Насыщение азотом производят преимущественно на первой ступени, так как йри пониженной температуре соз даются наиболее благоприятные усло- 50 вия для поглощения его из насыщающей среды.
Время выцержки должно обеспечивать предельное насыщение стали азотом до появления "темной составляющей" 55 в виде точечной сетки, наличие которой приводит к образованию дефектной структуры, снижающей предел выносливости нитроцементованной стали на 30-70Х при этом контактная выносливость уменьшается в 5-6 раз.
Продолжительность выдержки 1-2 ч является оптимальной, так как обеспечивает концентрацию азота в поверх- ностном слое 0,28-0,35Х.
В последствии азот активизирует процесс насыщения металла углеродом.
Повышение температуры на второй ступени ускоряет процесс диффузии вглубь металла, предотвращает образование грубых карбонитридов в поверхностном слое и обеспечивает формнрование диффузионного слоя с оптимальным содержанием компонентов по глубине слоя.
Пример. Детали иэ стали
12ХНЗА загружают в шахтную печь Ц-35, нагретую до 870i10 С, после прогрева подают триэтаноламин (до 65-70 капель в минуту) и выдерживают 1 ч.
Затем производят нагрев деталей я углеродоазотистой среде беэ изменеО ния подачи триэтаноламина до 950610 С по мощности печи и выдержку при этой температуре 5 ч. Охлаждение деталей производят на воздухе.
Последующая термическая обработ ка деталей заключается в высоком отпуске прн 630+10 С с охлаждением на воздухе, закалке в масле, от
810+10 С и низком отпуске при
180 ИО С.
По сле о бра батк и по такому режиму получается мелкодисперсная структура поверхностного слоя, состоящая из скрытноигольчатого мертенсита и мелкодисперсных карбонитридов, распределенных по всей глубине активного слоя
Обработка при выходе за граничные значения температурных интервалов 1-й ступени не обеспечивает получение микроструктуры стали, соответствующей требованиям ОСТ 3-470480 как "годная". При нижней граничной температуре 780-790 С и продолжительности выдержки 2 ч в микроструктуре после окончательной термической обработки вицны следы разорванной сетки, карбонитриды балла 8. При продолжительности выдержки 1 ч при этой температуре в поверхностном слое получают карбонитриды балла 7, но также видны следы разорванной карбидной сетки на глубине до 0,1 мм, что является неже1148 лательным явлением, так как снижают,ся прочностные свойства стали.
При верхнем граничном значении температурного интервала 1-й ступени (930110 С) при выдержке 1 ч и последующей продолжительности выдержки во
2-й ступени 5 ч в структуре получают остаточный аустенит балла 4, а при выдержке 2 ч в 1-й ступени остаточный аустенит балла 6, что приводит к браку, для исправления которого требуется дополнительно повторная термическая обработка, включающая нагрев и закалку.
Повторная термическая обработка увеличивает технологический цикл обработки деталей и экономически является нецелесообразной.
На чертеже представлено распределение твердости по глубине нитро- 1О цементированного слоя зубьев шестерен, обработанных по известному и предлагаемому способам.
Режимы обработки шестерен из стали 12ХН3А по известному и предлагаемому режимам, а также результа ты исследований качества нитроцементации приведены в таблице.
Из приведенных результатов исследований видно, что по сравнению с . известным способом предлагаемый обеспечивает получение больших значений эффективной глубины слоя при одина896 4 ковых общих глубинах слоев. Нитроцементация при граничных условиях первой ступени в случае несколько меньшей общей глубины слоя также обеспечивает большую глубину эффек тивного слоя по сравнению с известным способом.
Испытания зубьев шестерен при циклическом изгибном напряжении пульсирующей нагрузкой по ассиметричному знакопостоянному циклу с коэффициентом ассиметрии 0,5 показали, что на базе 1..10 циклов шестерни, обрабоь танной по известному способу, нагрузка составляет 9 тнс, а обработанной по предлагаемому способу 12 тнс..
Таким образом, предлагаемый. способ нитроцементации за счет увеличения эффективной глубины диффузионного слоя повышает долговечность при циклических нагрузках на ЗОХ по сравнению с известным способом. По сравнению с базовым объектом, включающим цементацию при 940+10 С в течение
8-9 ч, предлагаемый способ повышает производительность, улучшает качество изделий и повышает долговечность деталей.
Предварительный расчет показал, .что экономический эффект от использования изобретения на предприятиях подотрасли. составит 36,0 тыс.руб. в расчете на 100 иэделий.
3 148896 е о о
Ц
Ck (-ч л о О
I о О (" ои (» л о
00 л ь
Ch л о ь
A! о й
lNì Й е
kf
Q й
СЧ о л а
-о а +1
»ф
+ а л
e Q. ф в+1
° ф
A х ф (". o
Ф» (, +!
vo с 4 со ф ь р о ь ф v.
o vv ф фо ь
+l ь
РЪ
О1
lO о"
v о и (.) (A ф
v !
Х
С4 Р
I(I V о о (ФЯ
I ФИ E
Я О, О (" cd &
Ф Х cd ь (» х м о х (: (- д о ф
О ХЮЯIO фео
K йа-хЯ O m х мй
Ц »C4 о ф м
D х - ф (л (:, gч ф» ъ (» - -б
I. 1 о е
> IO л
О,Ц V
Щ
cd И cd ф
Х 1О
Д л ф Ц (-uЛrIO х х 6о ое х(-A E» O. cd (О (» (»
ecdtv
Exxon е0 х рь (» +4
vo
» Щ
I 1 о .е .ф Io л С»,у хх5о
О Е Х f» О 4 f Р ««с
Р, l i» f»
ЭЭХvХ
Еххох и о х о с:« и
С 1
Щ
7 б
« и
A д и о о х
I
) « с
«О
1 О л
I Х о
1 с:
I U
1 о0 л ь!
I ь л
3 и
g ч «сс
О, Х ч«л л
ЕЕ 1Ь
Ц 1 -+с
4 О л»ф
>ъ М»- +
СЧ о а л ь л +
»»
Р ««л
l». «O
Э U
a,vu
0l Э х
««с
««с э х
go Po Ъ»f» +1 ио ио ж
«Ч Ф «о
I о
И
lO I
Е I
1 е 1 ф 1 о
Ф о
Ц а
Ф
f- о о х
f»
v о х
И
Р
I
I
1 3 х ф и
C( и
I I
Ф х ь
1 .О «
I И («О I .I Э I
8 х
«я«Э лл
m хж
1148896 л а л Я «» х I х &
U Х Х Х х а,о х еой
Ru O««I
«0 х
Ol до
1,«. +l ио
« ) CV Ch
1148896 д1 1 7 1Х ГО
Рассгаояное ат аобер.гиости, ми
Составитель P. Клыкова
Редактор А. Шишкина Техред Ж.Кастелевич Корректор В. Гирняк
Заказ 1828/17 Тираж 900 Подписное
ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
