Способ упрочнения стальных деталей

Авторы патента:

САЛМАНОВ НАРИМАН САЛМАН ОГЛЫ

МАМЕДОВ ФАРМАН МАДАТ ОГЛЫ

САДЫГОВ ГАШИМ ГАРАХАН ОГЛЫ

НУРИЕВ АКРАМ НУРИ ОГЛЫ

БАХИШЕВ ТОФИК АЛЛАХВЕРДИ ОГЛЫ

C23C8/76 - стальных поверхностей

C21D9/22 - сверл, фрез, резцов для металлорежущих станков

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

1.СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ.преимущественно из высокохромистой стали, включающий высокотемпературную нитроцементацию, высокий отпуск, нагрев под закалку, закалку и низкий отпуск, отличающийся тем, чтр, с целью увеличения глубины диффузионного слоя и Г ж I & -:ssrew W требуемого распределения твердости по сечению, высокотемпературную нитроцементацию производят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу и мочевину, при следующем соотношении компонентов,мае.%: Карбоксиметилцеллюлоза 12,5-15,0 Мочевина 2,1-3,0 ВодаОстальное а нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 с ниже принятой . 2. Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что высокотемпературнуто нитроцементацию проводят при 3 760-1050°С. (Л 3.Способ поп,1,отличающ и и с я тем, что высокий отпуск ; осуществляют при 600-700 с в течение 1-2 ч. 4.Способ по П.1, отличающийся тем, что нагрев под закалку ведут в соляной ванне и в печи с защитной атмосферой.

(l9) (1 ° 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3590408/22-02 (22) 12.05. 83 (46) 30.06.85. Бюл. У 24 (72) Н.С.Салманов, Ф.M.Ìàìåäîâ, Г,Г.Садыгов, А.Н,Нуриев и Т.А.Бахишев ,(71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения (53) 621.785.79(088.8) (56) 1.Геллер Ю.А. Инструментальные стали. M. "Металлургия", 1975,с.295297, 493-814.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3623406/22-02, кл. С- 23 С 1 1/18, 1983. (54)(57) 1.СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫК

ДЕТАЛЕЙ. преимущественно из высокохромистой стали, включающий высокотемпературную нитроцементацию, высокий отпуск, нагрев под закалку, закалку и низкий отпуск, о т л и ч а юшийся тем, чтд, с целью увеличения глубины диффузионного слоя и

4<51> С 21 D 1/78; С 21 D 9/22;

С 23 С 8/76 требуемого распределения твердости по сечению, высокотемпературную нитроцементацию производят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу и мочевину, при следующем соотношении компонентов,мас.Ж:

Карбоксиметилцеллюлоза 12,5-) 5,0

Мочевина 2,1-3,0

Вода Остальное а нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 С ниже при о ня той.

2. Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что высокотемпературную нитроцементацию проводят при

760-1050 С.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что высокий отпуск осуществляют при 600-700 С в течение 1-2 ч.

4 ° Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что нагрев под закалку ведут в соляной ванне и в печи с защитной атмосферой, 1164290

Изобретение относится к машиностроенйю, в частности к упрочнению стальных деталей, преимущественно штампового инструмента из высокохромистой стали, например Х12М, 5

Известны- способы упрочнения штампового инструмента путем закалки и отпуска с применением предварительной химико-термической обработки: азотирования цианиро- 10 нанни, нитроцементации lg

Однако известные способы упрочнеиия не обеспечивают, высокие эксплуатационные свойства для штампового инструмента Йз высокохромистой стали, работающего в услови- ях холодной деформации .

Наиболее близким к предложенному по технической сути и достигаемому результату является способ упроч нения стальных деталей, включающий высокотемпературную нитроцементацию с выдержкой в начале при 800-900 С, а затем при 940-960 С с последующим о отцуском при 630+10 С, закалку и от- 25 пуск по принятым режимам E2) ..

После обработки стали 12ХНЗЛ упрочненный слой не превышает ),1 мм.

Однако известный способ характеризуется длительностью процесса нитроцементации и недостаточной глубиной упрочняемого слоя. Кроме того, применение известного способа для штампового инструмента из высокохромистой стали не обеспечивает требуемого распределения твердости.

Цель изобретения вЂ” увеличение глубины диффузионного слоя.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения

40 стальных деталей, включающему высокотемпературную нитроцементацию, высокий отпуск, нагрев под закалку, закалку и низкий отпуск, высокотемпературную нитроцементацию произво45 дят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу и мочевину, при следующем соотношении компонентов, мас.7.:

Карбоксилметипцеллюлоза 12,5-15,0

Мочевина 2, 1-3,0

Вода Остальное при этом нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 С ниже принятой.

Высокотемпературную нитроцементацию проводят при 760-1050 С.

Высокий отпуск осуществляют при

600-700 С в течение 1-2 ч.

Нагрев,под эакапку ведут в соляной ванне нли в печи с защитной атмосферой.

Способ осуществляют следующим образом.

Пастой смазывают обрабатываемые детали, помещают в герметичный контейнер, производят сушку при

250-450 С с выдержкой 0,5-2,0 ч в зависимости от размеров контейнера, далее нагревают и выдерживают о в интервале температур 760-1050 С, Время выдержки зависит от необходимой глубины диффузионного слоя. При нагреве происходит разложение составляющих пасты с вьделением высокоактиввЂ” ных продуктов деструкции и диффузия последних в поверхностный слой деталей со средней скоростью, равной соответственно 0,175; 0,6;

0,865 и 1,17 мм/ч для температур

760, 920, 1000 и 1050 С.Такая скорость диффузии очевидно, обеспечивается высокой активностью компонентов, выделенных из пасты, и вторичной восходящей диффузией углерода и азота вглубь металла при дальнейшей закалке. Как показали сравнительные исследования, образующиеся в поверхностном .слое карбиды и карбонитриды повышают его микротвердость

H „= 1140 кгс/мм

Пример 1. Готовят пасту следующего состава, мас.7.:

Карбоксилметилцеллюлоза (КИЦ) 12,5

Мочевина 2,1

Вода Остальное

Указанные ингредиенты тщательно перемешивают.при комнатной температуре до однородной массы и наносят на поверхность образцов из сталей

Х12Ф! и Х12М толщиной 2-3 мм. Последние помещают в герметичный контейнер и просышивают при 300 С в о течение 45 мин, Варианты нагрева в селитовой печи Г-30 следующие: о температура нагрева 760 С, выдержка 2 и 4 ч; температура. нагрева 920 С, выдержка1,3и4ч; температура нагрева 1000 С, выдержка 1,3è4 ч; о температура нагрева 1050 С, выдержка l и 3 ч.

Пример 2, Готовят пасту следующего состава, мас. 7.:

1 164290 4

Кар боксиметилцеллюлоза 14

Мочевина 2,5

Вода Остальное

Технологические операции и варианты нагрева проводят аналогично примеру 1.

Пример 3. Готовят пасту следующего состава, мас. :

Карбоксилметил- l0 целлюлоза 15

Мочевина 3,0

Вода Остальное

Технологические операции и варианты нагрева проводят аналогично приме-11

1 °

Образцы после поверхностного насыщения охлаждали на воздухе вместе с контейнером, после чего производили отпуск при 650+10 С в течение 1,5 ч, О далее шлифовали с одного торца на глубину 3 мм. С целью получения высоких значений ударной вязкости и предела прочности нагрев под закалку производили в соляной ванне при температурах: сталь Х12Ф! 1000+10 С, сталь Х12М 960+10 С, что на 30-50 С о о ниже оптимальных, с выдержкой 15-30 с на 1 мм сечения. Предварительный подоо грев производили до 860 С, Детали охлаждали в масле. Температура отпуска

190+10 С, время отпуска 1,5 ч. Нагрев под закалку можно производить и в электрических печах с использованием защитных атмосфер, Результаты исследования образцов приведены в табл.1 и 2.

После термообработки матричная твердость деталей составляла НВС 5557, в поверхностных слоях микротвердость равнялась Н = 1140 кгс/мм

Я 40 и плавно уменьшалась до микротвердости матрицы, равной Н о= 613-644 кгс/мм, 2 что обуславливает прочную связь упрочненного поверхностного слоя с

45 матрицей.

После шлийования со снятием припуска в 5,4-0,5 мм микротвердость на шлифованной поверхности незначительно уменьшалась до Н = 890вЂ”

6о gO

940 кгс/мм и с увеличением глубины она плавно изменялась до Н о=

= 613-644 кгс/мм, что позволяет обеспечить высокие износостойкость, а н вязкость и очность. уд р ую IlP

Предложенный способ позволяет уве.личить глубину упрочненного слоя до 2,5 мм и одновременно повысить пластичность матрицы. Последнее достигается благожаря снижению темо пературы закалки на 30-50 С, Известна, что штамповые стали закаливаются на зерно !0-11 балла стали, что соответствует максимальной т вердости матричных слоев. Снижение о температуры закалки до 30 С не оказывает существенного влияния на размер зерна, которое соответствует 11 баллу. Твердость после отпуска составляет HRC 56-57. Дальнейшее снижение температуры на 30-50 С позволяет

О получить зерно 12-14 балла, а твердость равна НКС 53-56 (после отпуска при 200 С). Снижение температуры о закалки более, чем на 50 С значительно снижает твердость матричных слоев (HRC 52 и ниже), что резко уменьшает сопротивление пластическим деформациям.

Предельные значения концентраций

КМЦ и мочевины в пасте обоснованы с точки зрения. технологически и экономически.

Нитроцементация с пастой, содержание КМЦ в которой ниже 12,5Х, невозможна из-за ее мгновенного испарения при нагреве, требует длительной сушки, что затрудняет герметизацию муфеля,Концентрация КМЦ в пасте свыше 15 незначительно влияет на твердость и глубину диффузионного слоя, Добавка мочевины в пределах 2,13,0% обеспечивает диффузию азота в. металл вместе с углеродом, понижает температурную область существования аустенита и значительно влияет на ускорение диффузии углерода.

Дальнейшее повышение концентрации мочевины в пасте приводит к тому, что в процессе насыщения в поверхностных слоях образуются хрупкие карбонитридные фазы, что ухудшает шлифование.

Пример 4. Готовят пасту следующего состава, мас. :

Кар б ок сил ме тилвЂ” целлюло за 12

Мочевина 3

Вода С стальное

Технологические операции приводят аналогично примеру 1. Обнаружена недостаточная герметизация . Характерно, что с повышением времени выдержки происходит обезуглероживание поверхностных слоев образцов.

I 164290

Пример 5. Готовят пасту следующего состава, мас.7:

Карбок силметилцеллюло за 20

Мочевина 3

Технологические операции проводят аналогично примеру l.

Пример 6. Готовят пасту следующего состава, мас.X:

Карбоксиметилцел::" люлоза 20

Мочевина 4

Вода . Остальное

Результаты исследования образцов приведены в табл.2.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает высокую твердость поверхности на глубину до 2,5 мм с плавным уменьшением ее к сердцевине, что обеспечивает высокую эксплуатационную стойвЂ” кость.

Экономический эффект на единицу продукции от использования штампа для вырубки статорных и роторных листов электродвигателя составит до 40Х за счет повышения износостойкости в условиях эксплуатации.

Тa6ëtiца l

Глубина диффузионного слоя, мм

Режим обработки

Микротвердость упрочненного

Н5о кгс/мм 2

Пример 1 Пример 2 Пример 3

Насыщение при

760"С; выдержка

2 ч

О, 38-0,41

0,60-0,62

0,32-0, 35