Способ изготовления стальной детали

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении, в частности при изготовлении клапанов для двигателей, инструмента для волочения, пуансонов, рабочих элементов машинных и механических ключей. Задачей изобретения является обеспечение возможности использования деталей, изготовленных из хромсодержащей среднеуглеродистой стали для эксплуатации в условиях ударно-изгибных нагрузок. Деталь, формообразованную из хромсодержащей среднеуглеродистой стали, подвергают химико-термической обработке в среде газообразного азота, затем осуществляют ее закалку и отпуск при 510 - 530^oС в течение 1,5 - 2 ч. Закалку осуществляют путем нагрева в соляной ванне при температуре 850 - 900^o, последующей выдержки в течение 12 - 18 мин до получения твердого раствора азота и охлаждения по режимам, предотвращающим образование остаточного аустенита. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к областям металлургии и машиностроения и может быть использовано в условиях массового производства при термообработке деталей, для которых требуется высокая поверхностная прочность и вязкая сердцевина, в частности при изготовлении клапанов для двигателей, инструмента для волочения, пуансонов, рабочих элементов машинных и механических ключей, например трубных, для свинчивания и развинчивания.

Известен способ изготовления стальных деталей, включающий их цементацию в аустенитной области, закалку и отпуск (Лахтин Ю.М. Химико-термическая обработка металлов. -М.: Машиностроение, 1985, с. 114). При обработке известным способом деталей сложной конфигурации, к которым относятся, например, рабочие элементы ключей, имеет место отличие в твердости поверхности детали в интервале от 58 до 52 HRC, что приводит к неравномерному и интенсивному их износу при эксплуатации.

Известен способ изготовления стальных деталей, включающий их нагрев и выдержку в токе аммиака, азотирование и охлаждение (Авт. св. СССР N 899712, кл. C 23 C 8/26, 1980). Недостатками данного способа, как и предыдущего, является неравномерность упрочнения поверхности изготавливаемой детали, а также длительность и неэкологичность.

Известен также способ изготовления стальной детали, включающий ее формообразование из хромсодержащей стали, химико-термическую обработку в среде газообразного азота, закалку путем нагрева, выдержки, охлаждения и отпуск (патент РФ N 2003732, кл. C 23 C 8/26, 1993). При этом химико-термическую обработку ведут при давлении 10-200 МПа и температуре 750-1100^oC, закалку - в соляной ванне при температуре 850-900^oC с последующими выдержкой в течение 12-18 мин до получения твердого раствора азота и охлаждением по режимам, предотвращающим образование остаточного аустенита, а отпуск - при температуре 100-180^oC в течение 0,5-2,0 ч. Изготовленные по известному способу стальные детали не обладают достаточной эксплуатационной стойкостью и стабильностью свойств.

Наиболее близким техническим решением является "Способ изготовления деталей" по авт. св. СССР N 1730195, кл. C 23 C 8/26, 1992, включающий изготовление заготовки детали из среднеуглеродистой хромсодержащей стали 40ХН2МА путем черновой обработки, закалку с 860^oC, отпуск при 620^oC, чистовую механическую обработку (формообразование детали), стабилизирующий отпуск и химико-термическую обработку путем азотирования с последующим охлаждением в аммиаке.

Общими признаками известного и предложенного способов являются следующие: способ изготовления стальной детали, включающий ее формообразование из хромсодержащей среднеуглеродистой стали, закалку, отпуск и химико-термическую обработку. Отличия предложенного способа от известного состоят в следующем: химико-термическую обработку осуществляют в среде газообразного азота после формообразования детали перед ее закалкой, а отпуск проводят при 510-530^oC в течение 1,5- 2 ч.

Задачей изобретения является обеспечение возможности использования для эксплуатации в условиях ударно-изгибных нагрузок деталей, изготовленных из среднеуглеродистых хромсодержащий сталей.

Ожидаемый при этом технический результат выражается в увеличении протяженности переходной зоны между вязкой сердцевиной детали и ее твердой поверхностью.

Поставленная задача решена тем, что стальную деталь изготавливают путем формообразования ее из хромсодержащей среднеуглеродистой стали, закалки, отпуска и химико-термической обработки, которую осуществляют в среде газообразного азота после формообразования детали и перед ее закалкой, а отпуск проводят при 510-530^oC в течение 1,5-2 ч.

В некоторых случаях осуществления способа закалку ведут в соляной ванне при температуре 850-900^oC с последующими выдержкой в течение 12- 18 мин до получения твердого раствора азота и охлаждением по режимам, предотвращающим образование остаточного аустенита.

Выбор материала и условий выполнения приемов способа обеспечивает образование высокопластичных, вязких структур распада мартенсита и равномерность снижения твердости детали по ее глубине от поверхности.

Пример. Формообразование детали, например, рабочего элемента ключа из стали 40Х осуществляют прокаткой для получения профиля и последующей механической обработкой. Детали размещают в рабочей камере газостата, вакуумируют ее и заполняют газообразным азотом, повышая давление до 130 МПа, после чего включают нагрев и доводят температуру до 1050^oC. При этих параметрах детали выдерживают в течение 2 ч., затем нагрев выключают и после охлаждения до комнатной температуры давление снимают. Химико-термически обработанные детали нагревают под закалку до 850^oC в соляной ванне в течение 15 мин подвергают закалке в воде, после чего закаленные детали отпускают при 520^oC в течение 2 ч.

Формула изобретения

1. Способ изготовления стальной детали, включающий ее формообразование из хромсодержащей среднеуглеродистой стали, закалку, отпуск и химико-термическую обработку, отличающийся тем, что химико-термическую обработку осуществляют в среде газообразного азота после формообразования детали и перед ее закалкой, а отпуск проводят при 510 - 530^oС в течение 1,5 - 2 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закалку осуществляют путем нагрева в соляной ванне при температуре 850 - 900^oС, последующей выдержки в течение 12 - 18 мин до получения твердого раствора азота и охлаждения по режимам, предотвращающим образование остаточного аустенита.