Способ химико-термической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии , в частности к химико-термической обработке изделий из малолегированных конструкционных сталей, применяемых преимущественно для изготовления формообразующих деталей прессформ простой формы для переработки изделий из резины, пластмасс, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения поверхности стальных изделий. Цель - повышение износо-- стойкости, уменьшение склонности к налипанию и снижение деформации. Способ включает азотирование в электролитной плазме в растворе, содержащем следующие компоненты, мас.%: хлористый аммоний 10; азотнокислый аммоний 5-10-, сульфитный щелок варки целлюлозы 75-80; вода остальное,при 740- 750°С, закалку с температуры азотирования , нагрев до температуры отпуска со скоростью 300-320°С/ч. Отпуск совмещают с оксидированием и проводят на воздухе при 350-380°С. Охлаждение осуществляют в растворе для азотирования в импульсном магнитном поле. Способ позволяет повысить износостойкость в 1,5 раза, деформация изделий снижается в 2-10 раз и уменьшается склонность к налипанию. 1 з.п.ф-лы, 4 табл. с SS (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)5 С 23 С 8/24 (!

1""

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4605716/02 (22) .15. 11.88 (46) 07.04.91.Вюл. ¹ 13 (7?) А.Н.Тарасов, В.Н.Тарасов, О.В.Корыстина и С,И.Меркулова (53) 621.793.669.586.5(388.8) ,(56) Способ обработки. стальных изделий. — РЖ "Металлургия", 1988, № 10, реф.10И795. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ CTAJlbHbIX ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий иэ малолегированных конструкционных сталей, при меняемых преимущественно для изготовления формообразующих деталей прессформ простой формы для переработки изделий из резины, пластмасс, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения поверхности сталь-!

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из малолегированных конструкционных сталей, применяемых преимущественно для изготовления формообразующих деталей пресс-форм простой формы для переработки изделий из резины и пластмасс1 и может быть использовано в машиностроении для упрочнения поверхности стальных изделий.

Цель изобретения — повышение износостойкости, уменьшение склонности к налипанию и снижение деформации.

Способ включает азотирование в электролитной плазме в растворе, со,SU„„1 40203 O I

2 ных изделий. Цель — повышение износо-. стойкости, уменьшение склонности к налипанию и снижение деформации. Способ включает азотирование в электролитной плазме в растворе, содержащем следующие компоненты, мас.Е: хлористый аммоний 10, азотнокислый аммонпй

5-10; сульфитный щелок варки целлюлозы 75-80; вода остальное при 740750 С, закалку с температуры азотирования, нагрев до температуры отпуска со скоростью 300-320 С/ч. Отпуск совмещают с оксидированием и проводят на воздухе при 350-380 C. Охлаждение осуществляют в растворе для азотирования в импульсном магнитном поле.

Способ позволяет повысить износостойкость в 1,5 раза, деформация изделий снижается в 2-10 раз и уменьшается склонность к налипанию. 1 з.п.ф-лы, 4 табл. держащем, мас.7: хлористый аммоний

10, азотнокислый аммоний 5-10, сульфитный щелок варки целлюлозы 75-80; вода остальное.при 740-750 С, закалку с температуры азотирования, нагрев до температуры отпуска со скоростью

300-320 С/ч. Отпуск совмещают с оксидированием и проводят на воздухе при 350-380 С, а охлаждение — в растворе для азотирования в импульсном магнит ном поле.

Введение сульфитного щелока варки целлюлозы в электролит изменяет сопротивление электролита, стабилизирует

1640203 формирование у поверхности деталей газовой фазы, из которой поступает в сталь азот. Одновременно происходит сульфидирование за счет серы, на5 ходящейся в лигносульфонатах щелока, что улучшает прирабатываемость поверхности пресс-Форм. Стабилизируется скорость охлажцения в интервале закалочных температур, исключается трещинообразование, отпуск на воздухе при 350-380 С совмещен с оксидированием °

Выбранный интервал температур отпуска на 80-90 С ниже общепринятого; для пресс-форм, исключает образованче несплошной, хрупкой окисной пленки, "нимает напряжения в переходной зоне слоя и позволяет сформировать пористую оксидную пленку, хорошо пропиты- 20 вающуюся серой при охлаждении в раст-, воре сульфитного щелока от температур 350-380 С. Магнитное импульсное лоле способствует интенсификации распада мартенсита неполной закалки в 25 подслое с образованием троо,"томартенсита, тем самым поверхностный изно остойкий слой остается =;::ать, что обеспечивает его износостойкость и стойкость против выкрашивания при . 30 динамических нагрузках.

Улучшение адгезионных свойств поверхности происходит благодаря электрополированию поверхности в процессе обработки а плазме и образованию 35 нитрооксидного слоя.

Регламентированная скорость нагрева при отпуске исключает коробление деталей в объеме и позволяет обрабатывать детали с окончательно полиро- 40 ванной поверхностью без последующей доводки

Сравнительные испытания прессформ обработанных по известному и по предлагаемому способам, показали 45 существенные преимущества. последнего.

Так, трудоемкость обработки в предлагаемом способе для пресс-форм из сткли 4ОХНМ составляет 7-15 мин/шт, à 50 в известном 70-80 мин/шт. Чистота по" верхности по ГОСТ 2789-73 в предлагаемом способе Кц = 0,125, в извест-, ном К = 0,32, количество отпрессо" ванных резино-технических иэделий до 55 проведения дополнительной полировки составляет в известном способе

12350 шт с износом в виде выкрашивания, в предлагаемом способе

16420 шт. При этом налипание прес;" суемого материала наблюдается в известном способе через 920 ч эксплуатации, в предлагаемом — через

1130 ч.

Проводят определение склонности к адгезии образцов после азотировани в электролитной плазме с одновремен- ным электрополированием в процессе плазменного нагрева и с последующим оксидированием и охлаждением в сульфосодержац1ем растворе. Испытания проводят путем сжатия образцов . на машине P-0,5, разогретых до 80-90 С пу" тем размец1ения между пластинами резины марки В-14.

В табл.1 приведены сравнительные данные для стали 38ХА при обработке . по известному и предлагаемому способам.

В табл,2 дана характеристика прессформ из стали 40XN, полученных при обработке по предлагаемому способу, в том числе параметры процесса.

Анализ данных, представленных в табл.1 и 2, показывает, что предлагаемый способ эффективен и существенно повышает эксплуатационные свойства пресс-форм.

Пример f. Обрабатывают по предлагаемому способу пресс-формы для изготовления полиэтиленовых крышек,, для банок консервирования салаки, изготовленных из заготовок стали

38ХС, предварительно нормализованных на воздухе от температуры 870 С.

После механической обработки с формированием зеркала пресс-формы с чистотой поверхности В., = 0,32 по

ГОСТ 2789-73 подвергают электролит ной закалке с одновременным азотированием. Нагрев в течение 7 мин ведут в ванне установки УХТО- 5И-1 в электролите, содержащем. мас.7.: хлористый аммоний 5, азотнокислый аммоний 10; вода 5, сульфитный щелок 80. Режим нагрева и азотирования — с одновременным сульфидированием, температура

740-750 С, плотность тока 1,5-1,8 А/

/дм, напряжение 185 В, охлаждение— в этой же ванне. Отпуск — непосредственно после закалки в шкафу СНВС4.4.4,5/3,5М, скорость нагрева 30(РС/ч, выдержка 90 мин при 3500С, охлаждение — в ванне этого же состава °

Как показали исследования, чистота поверхности пресс-форм повышается на 5 5 164020

2 клаеса, что уменьшает склонность к налипанию полимерных материалов, на зеркале образовывается сульфонитридный слой повышенной твердости.

Пример 2. Обрабатывают пресс5 формы для прессования крьппек из полиэтилена диаметром 32 мм, изготовленные из стали ЗОХГСА из предварительно нормализованных от температуры

890"С на воздухе заготовок. Фигуру пресс-формы обрабатывают в окончательный размер с припускам на электрополирование в процессе сульфоазотирования и закалки в электролите по предлагаемому способу.

Нагрев в ванночке установки

УХТО-5, содержащей раствор состава, мас.7.: сульфитный щелок 75; аммоний хлористьп 10; азотнокислый амманий 20

10, вода 5, проводят при 750 С с охлаждением в этом же растворе.

Отпуск ведут в шкафу СНОЛ-3,5/З,ЗМ при 350 С с нагревом са скоростью

310 С/ч и после выдержки 60 мин ах- 25 лаждают пресс-формы в этом же раство— ре в магнитном поле 3500 Э с частотой приложения поля 0.5 Гц.

На поверхности деталей образуется слой глубиной 140 мкм микротвердостью 30

Н > = 730-745 с повышенным содержанием серы в оксидном наружном слое.

Износостойкость пресс-форм повышает— ся по сравнению с известным способом в 1,9 раза, исключаются случаи схваты- 3 вания прессуемого материала с поверх— ностью пресс-формы.

Пример 3. Разъемные прессформы из стали 5ХНМ после закалки от

850 С с охлаждением на воздухе о

40 обрабатывают по режимам примера 1 на установке УХТО-5М-1, а затем оксидируют при 380 С в течение 90 мин с охлаждением в серосодержащем растворе этого же состава. Скорость наг- 45 о рева 600, 500 С/ч, как в известных режимах, а также 300-320 C/÷ — па предлагаемой схеме.

Деформация по опорным поверхностям пресс-<5opMbt сии>кается до 1 — 2 мкм, 50 а изменения рабочего диаметра (52 мм) практически не наблюдается. В известном способе нагрева для отпуска и оксидирования тепловые и структурные деформации в пределах 8-12 и 7- 10 мкм соответственно.

Увеличение скорости нагрева выше выбранной увеличивает поводку, а снижение скорости нагрева ниже 280 С/ч неоправдано удлиняет процесс прогрева и отпуска.

В табл. 3 дана сравнительная характеристика пресс-форм для прессования резина-технических изделий при обработке по предлагаемому и известному способам.

Таким образом, регламентированный нагрев при оксидировании и отпуске позволяет получать более однородную> хорошо удерживающую сульфанитрооксидную пленку при минимальной деформации. В табл.4 представ> ены эксплуатационные свойства пресс-форм, для изготовления заглушек из литьевого палиамида 610, обработанных па известному и предлагаемому способам.

Таким образом, пресс-формы, прошедшие обработку по предлагаемому способу, имеют износостойкость в

1,5 раза выше по сравнению с прессформами, обработанными по известному способу.

При этом наблюдается снижение деформаций в 2-10 раз и уменьшается склонность к налипанию.

Формула изобретения

1.Способ химико-термической обработки стальных изделий, преимущественна пресс-форм для резины и пластмасс, включающий азотирование и последующее оксидирование, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения износостойкасти, уменьшения склонности к налипанию, азотирование проводят в электролитной плазме в растворе, содержащем следующие компоненты, мас.7:

Хлористый амманий 10

Азотнокислый амманий 5-10

Сульфитньп щелок варки целлюлозы 75-80

Вода остальное при 740-750 С с одновременной закалкой,а оксидирование совмещают с отпуском и проводят на воздухе при

350-380 С с охлаждением в растворе для азотирования в импульсном магнитном поле.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения деформации, нагрев до температуры ок— сидирования проводят со скоростью 300320 С/ч.

1640203

Та блица 1

Эксплуатационные свойства

Относительная

Способ обработки

Характер износа

Число трудоемкость запрессовок х.т.о, полизтиленаэшт

„М.

Предлагаемый

14320-15140 Изменение геомет- 0,05-0,20 рии выше допустимой 0,10Оэ15 мм по зеркалу пресс-формы

9650-10230 Сколы,налипания 0,8-1 0

Известный

+ 0

Азотирование в электролитной плазме при 745 С в течение

5 мин, отпуск 360 С с нагревом 300 С/ч и охлаждением в растворе с сульфитным щелоКом, r

Таблица2

Условия отпуска

Ударная вяэкость, Дж/cM

Состав электролита, 1»

Режим аэотирования и закалки ны3н03 н 0

%14 С1

ТемпеОхлаждение"

СкоЩелок сульфитный рость ратура нагрева С о

С/ч

300 350 В элек310 785 11,7

10,0 10,0 5,0 75 0

10»0 570 5»0 80 ° 0

10,0 5 0 7,5 77»5

727 12,0

320

Охлаждение с приложением импульсного поля 3700 Э. (Таблица3

Скорость нагрева «р« отпуске, ОС/ч ефорнвИА > НКН

Прочность

НПа

Характер наноса

Солеркапие компонентов в электролите,у.

Резин оксидированнн ч и отп ска

Клинче во зап

Способ стрес

Х

Времк выТемпература, совок> тыс.ат

Линоний

l« «

Лммоннй дерзки,ч сульфптпый азотнокислый хлорпс" тый

Преллагаемый

Нзненение 1400 геометрии кронок выае допустимой 1390

О>2-0>Э ин 1370

14,3

360

Во

10 5

1О В

l0 5

74!

15 >О

ЭВО

14,5

300

ЭВО

15,2

360

320

10

1О

Нзвестиьз"<

600

Нвлнпанне !090 Выкрааивание

Лзотированне 520 С, В <

9,6

2,О

520

Охлаздеиие в известном способ» нз по»пухе.

Нагрев до 750 С, вь<держка 5 мин — 170-185 В, 1 = 4,5-5,0 А,< охлаждение в электролите

Тип прессформ, реви прелвари тельной термообработкн

llpecc д<ор

>« < Ллк мап кет из реe««<> IlPII1175,сталь

4 ОХ(2!ФЛ > закалка

900 С,воздух

Загрузка в разогретую печь, прогрев, выдерзка в течение 2 ч, охла<кдение в электролите тролите, темпера380 - тура

-70 С

Микротвердость, "0,49

1640203

Та блиц а4

ИзнОсостОЙ

КОСТЬ, HIT

Температура оксидирова (- о ния, С

Режим электролитной хи-Способ

Марка стали, размеры

Удельные расходы на х.т.о., руб/шт мико-термической обработки

750 С,5 мин в электролите 2 по табл.1

26400

Предлагаемый Пресс-формы из

380

0,003

0,002

0,001 стали

38 С, диаметр

32 мм, высота

18 мм, нормализация

870 С

НВ=295310

520 16200

Известный

Азотирование

520 С 6-8 ч

0,025

Ф

Охлаждение .в электролите с сульфитным щелоком.

Составитель Н.Сункина

РедактоР С.ПекаРь ТехРед М.Дилык

КОРР К ОР М.Самборская

Заказ 999 Тираж 571 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