Способ упрочнения низкоуглеродистых сталей

 

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при изготовлении деталей конструкций и машин. Задачей является повышение долговечности деталей, ускорение производства и улучшение условий труда. Сущность изобретения: детали из стали 10 укладывают в железный ящик с твердым карбюризатором и нагревают до 930^oC. Цементацию ведут на глубину 1 мм. Охлаждают детали в ящиках на воздухе до 680 - 550^oC, выдерживают 0,3 - 0,5 ч, нагревают до 800 - 820^oC и закаливают. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при изготовлении деталей конструкций и машин.

Известен способ упрочнения низкоуглеродистых сталей путем цементации, закалки и отпуска, который заключается в нагреве деталей в науглероживающей среде при температуре 900 950^oC, выдержке для получения глубины насыщения стали углеродом до 1,5 мм, охлаждения до цеховой температуры. Затем производят закалку с температуры 880^oC для исправления структуры сердцевины и производят закалку с температуры 820^oC для исправления структуры и получения высокой твердости цементационного слоя. После закалок производят низкий отпуск для обеспечения стабильных механических свойств и твердости HPC_э 59 63 цементационного слоя [1] Этот способ продолжителен по времени, требует повышенных энергозатрат. При двойном нагреве для закалки обезуглероживается цементованный слой, снижается износостойкость и ресурс работы деталей.

Известен способ термического упрочнения, при котором после цементации детали охлаждают до 800 850^oC, затем нагревают выше температуры AC₃ и производят закалку. Закаленные по такому режиму детали отпускают при 160 180^oC [2] Ближайшим аналогом является известный способ упрочнения низкоуглеродистых сталей, включающий цементацию, охлаждение с температуры цементации до 500 600^oC, выдержку 0,3 1 ч до полного распада аустенита, нагрев под закалку и охлаждение [3] Недостатком аналога является то, что этот технологический процесс требует более продолжительного времени для его реализации, так как охлаждение до температуры 500 600^oC с температуры цементации более продолжительно, особенно в случае проведения цементации в твердом карбюризаторе в больших коробках. Кроме того, устойчивость аустенита при температурах, установленных в аналоге (500 600^oC), более продолжительное, чем предлагается. Это требует более продолжительной выдержки и, следовательно, большую загрузку оборудования. Следует отметить и то, что нагрев с более низкой температуры (500^oC) до температуры закалки потребует большего времени и энергетических затрат. Таким образом, осуществление технологического процесса по способу-аналогу вызывает большие энергетические затраты и большую продолжительность практически при одинаковом качестве продукции.

Цель изобретения повышение долговечности деталей, ускорение процесса производства и улучшение условий труда.

Цель достигается тем, что в известном способе упрочнения низкоуглеродистых сталей, включающем цементацию, охлаждение с температуры цементации, выдержку до полного распада аустенита, нагрев под закалку и охлаждение, охлаждение с температуры цементации производят до 680 550^oC, а нагрев под закалку ведут до 800 820^oC. При температуре 680 550^oC выдерживают 0,3 0,5 ч.

Предлагаемый способ термической обработки ускоряет процесс производства и повышает качество деталей вследствие улучшения структуры за счет превращений крупнозернистого аустенита в структуру перлитного типа при 680 550^oC. Последующий нагрев до 800 820^oC не вызывает больших энергетических затрат и времени, а закалка от указанных температур обеспечивает мелкозернистую структуру и высокие прочностные свойства, повышенную твердость и износостойкость.

Перечисленные особенности являются новым существенным отличием предлагаемого способа от способов аналога и прототипа.

Пример. Проводили цементацию и термическую обработку деталей и образцов из стали 10.

Детали и образцы укладывали в железные ящики с твердым карбюризатором. Ящики загружали в электрическую печь и проводили нагрев для цементации при 930^oC. После цементации на глубину 1 мм проводили охлаждение по различным схемам: 1. Охлаждали детали в ящиках на воздухе, а затем нагревали до 800 - 820^oC и проводили закалку.

2. Производили закалку с подстуживанием с температуры цементации.

3. Охлаждали с температуры цементации вместе с ящиками до цеховой температуры. Производили закалку с 880^oC в 10%-ном растворе NaCl в воде. Производили вторую закалку с 820^oC с охлаждением в 10%-ном NaCl в воде. Отпуск при 180^oC, 3 ч.

4. Охлаждали после цементации вместе с коробкой до 820^oC, затем нагревали детали с коробкой до 920^oC, производили закалку в 10%-ном NaCl в воде и отпуск при 180^oC, 3 ч.

5. Охлаждали с коробкой до температур 680 550^oC, выдерживали 20 и 30 мин, затем нагревали до 820^oC, производили закалку в 10%-ном NaCl в воде. Отпускали при 180^oC, 3 ч.

6. Охлаждали до 700^oC, 500^oC, выдерживали 30 мин, 10 мин, 1 ч, нагревали до 820^oC, охлаждали в 10%-ном растворе NaCl в воде. Отпускали при 180^oC, 3 ч.

Образцы подвергали испытаниям на изгиб, измеряли твердость. Результаты приведены в таблице.

Как следует из таблицы, наиболее высокие прочностные свойства σ_изг обеспечивают режим 3 способ аналог и режимы 5 и 6 предлагаемый способ. Однако у режимов предлагаемого способа твердость на 3 HRC_э выше, чем у способа аналога, кроме того, режим способа аналога на 2,5 ч продолжительнее и требует большего количества оборудования (электропечей), а предлагаемый способ можно осуществить в одной электропечи.

Большая продолжительность технологического процесса требует большего расхода электрической энергии, а более высокая твердость после предлагаемого способа относится, в первую очередь, к поверхностной твердости и достигается за счет того, что нагрев для закалки проводят в угле. Это не вызывает обезуглероживания поверхности и повышает износостойкость.

Расчет экономического эффекта.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа упрочнения состоит из экономии электрической энергии, сокращения продолжительности процесса, повышения надежности и износостойкости деталей.

Экономия электрической энергии заключается в сокращении работы электрической печи типа LEW на 2,5 ч во время проведения только одного режима упрочнения. Мощность печи (N) составляет 35 кВт.

Э_э 35 кВт·2,5 87,5 кВт·ч где Э экономия электрической энергии, кВт·ч.

Таким образом, только экономия электрической энергии при использовании предлагаемого способа вместо способа применяемого на предприятии составляет 87,5 кВт·ч.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения низкоуглеродистых сталей, включающий цементацию, охлаждение с температуры цементации до заданной температуры, выдержку до полного распада аустенита, нагрев под закалку до заданной температуры и охлаждение, отличающийся тем, что охлаждение с температуры цементации производят до 680 550^oС, а нагрев под закалку ведут до 800 820^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку осуществляют в течение 0,3 0,5 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2