Способ химико-термической обработки деталей из сталей мартенситного класса

Изобретение относится к области технологии химико-термической обработки металлических материалов и предназначено для термической обработки деталей пар трения. Способ химико-термической обработки деталей пар трения из стали мартенситного класса включает объемную закалку заготовок из стали и отпуск, механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов. После отпуска заготовки нагревают со скоростью 30-50°C/час до температуры 450°C, выдерживают при температуре 450±10°C в течение 2-5 часов и охлаждают на воздухе. Обеспечивается повышение контактно-усталостной прочности деталей и увеличение работоспособности высоконагруженных деталей пар трения. 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии износостойких сталей, а именно к химико-термической обработке деталей пар трения и направлено на решение проблемы создания технологии обработки азотируемых высоконагруженных зубчатых колес, позволяющей обеспечить их работоспособность, соизмеримую с цементуемыми зубчатыми колесами.

Цементацией достигаются высокие значения характеристик контактной выносливости при изгибе. Однако использование этого вида химико-термической обработки с последующей термической обработкой вследствие многократных высокотемпературных нагревов и охлаждений вызывает сильную деформацию зубчатых колес, снижает на 2-3 степени размерную точность изделий.

Для устранения образующихся геометрических погрешностей при зубошлифовании приходится удалять большой припуск (0,15÷0,25 мм с каждой стороны зуба). Необходимость предупреждения прижогов ограничивает производительность зубошлифования, повышая его трудоемкость до 40% от всей трудоемкости изготовления зубчатых колес. Уменьшение коробления изделий при поверхностном упрочнении можно достичь за счет азотирования, после которого не требуется закалки, для получения высокой износостойкости поверхности и приводящей к повышенному короблению деталей.

Азотирование как способ поверхностного упрочнения зубчатых колес достаточно широко применяется в производстве. Наиболее часто применяется газовое азотирование, заключающееся в обработке изделий на основе железа в атмосфере аммиака в диапазоне температур 500-600°C.

Известен способ газового азотирования конструкционных сталей, опубликованный в справочнике под ред. Л.С. Ляховича «Химико-термическая обработка металла и сплавов». М.: Металлургия, 1981 с. 62-63, согласно которому технологический процесс изготовления азотируемых деталей представлен в виде следующих последовательных операций:

1. Основная термическая обработка с целью придания стали требуемого комплекса механических свойств;

2. Механическая обработка деталей, включая шлифование;

3. Защита мест, не подлежащих азотированию;

4. Азотирование;

5. Окончательное шлифование или доводка изделия в соответствии с заданными допусками.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа (Патент №2048547 RU от 20.11.1995 г.) является способ азотирования деталей, включающий двукратную объемную закалку и отпуск, двухступенчатое азотирование на заданную глубину при температуре первой ступени 500-540°C в течение 10-20 час и второй ступени при температуре 540-570°C в течение 20-40 час.

Недостатком данного способа является то, что способ не обеспечивает достижения высоких значений контактно-усталостной прочности из-за резкого снижения твердости азотированного слоя по глубине.

Техническим результатом изобретения является разработка технологии термической обработки, позволяющей повысить контактно-усталостную прочность азотируемых деталей, в результате чего реализуется повышение работоспособности высоконагруженных пар трения и, в частности зубчатых передач для судовых редукторов.

Технический результат достигается применением известного режима термической обработки за счет того, что после объемной закалки и отпуска заготовки нагревают со скоростью 30-50°C/час до температуры 450°C, выдерживают при температуре 450±10°C в течение 2-5 час и охлаждают на воздухе, затем проводят механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов.

Известно, что при охлаждении после отпуска на воздухе имеет место образование предвыделений или незначительное количество выделений третичного цементита. В процессе последующего азотирования из-за карбидных реакций происходит растворение цементита и более тугоплавких карбидов, что затрудняет проникновение азота в решетку матрицы (α-фазу).

Проведение перестаривания α-фазы (феррита) при температуре 450°C позволяет выделить и коагулировать карбиды цементитного типа и тем самым облегчить проникновение азота в октаэдрические поры матрицы, где ранее располагались атомы углерода.

Для оценки влияния старения на степень коагуляции карбидов цементитного типа было проведено исследование по влиянию длительности старения стали мартенситного класса марки 38Х3М1Ф1А при температуре 450±10°C на твердость НВ.

Было установлено, что в процессе старения твердость изменяется по экстремальному закону. Минимальное значение твердости после старения при температуре 450°C, обеспечивающее максимальную коагуляцию цементита, соответствует 3-часовой выдержке. При длительности старения менее 2 часов не наблюдается снижения твердости, что указывает на недостаточную степень коагуляции карбидов цементитного типа. При увеличении длительности старения более 5 часов за счет карбидных реакций происходит растворение цементита и образование предвыделений более тугоплавких карбидов типа Ме7С3, что затрудняет проникновение азота в решетку ферритной матрицы и, как следствие, снижает эффект подповерхностного азотирования.

Заявителем был выполнен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по отработке технологии термической и химико-термической обработки высоконагруженных пар трения для судовых редукторов.

В частности, было проведено азотирование шестерен из стали 38Х3М1Ф1А. В процессе термической обработки заготовок перед механической обработкой и азотированием был проведен нагрев от комнатной температуры до температуры 450°C со скоростью 30÷50°C/час и выполнено старение при температуре 450±10°C с выдержкой в течение 2-5 час.

В таблице 1 представлен химический состав исследуемой стали.

В таблице 2 представлены результаты измерения поверхностной и подповерхностной твердости, а также механические свойства деталей, азотирование которых проводилось по режиму 500-540°C, выдержка 20 час и 540-570°C, выдержка 40 час.

Как видно из полученных результатов, на глубине 0,4-0,8 мм подповерхностная твердость деталей, подвергнутых дополнительному старению при температуре 450°C, на 650 МПа оказалась выше, чем у деталей, не прошедших данную термическую обработку. Кроме того, данный режим позволяет увеличить разницу между значениями временного сопротивления разрыву и пределом текучести стали. Это повышает надежность материала при экстремальных нагрузках. Ожидаемый технико-экономический эффект предлагаемого технического решения выразится в возможности создания новых образцов специальной техники с увеличенной долговечностью высоконагруженных пар трения за счет специального режима термической обработки перед газовым азотированием.

Способ химико-термической обработки деталей пар трения из стали мартенситного класса, включающий объемную закалку заготовок из стали и отпуск, механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов, отличающийся тем, что после отпуска заготовки нагревают со скоростью 30-50°C/час до температуры 450°C, выдерживают при температуре 450±10°C в течение 2-5 часов и охлаждают на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу обработки деталей из черных сплавов, содержащих по меньшей мере 80% железа по массе, или из нелегированной стали для кухонной утвари для защиты указанных деталей от царапин.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к азотированию сталей в газовой среде, и может быть использовано для упрочнения стальных деталей, работающих при относительно высоких температурах 500-7000С, в том числе в коррозионной среде.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к циклическому газовому азотированию легированных сталей с применением нанотехнологий, и может быть использовано при изготовлении штампов из сталей для горячего деформирования, работающих при высоких температурах в условиях горячего деформирования, прессования и ударных нагрузок.

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть использовано для легирования азотом поверхностей деталей сложной формы, в том числе имеющих закрытые полости.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения плотности магнитного потока осуществляют нагрев сляба из стали, содержащей, мас.%: Si от 0,8 до 7, кислоторастворимый Al от 0,01 до 0,065, C 0,085 или менее, N 0,012 или менее, Mn 1,0 или менее, S эквивалентно Seq., определяемым уравнением «Seq.=[S]+0,406·[Se]», где [S] представляет содержание S, [Se] представляет содержание Se, 0,015 или менее, остальное Fe и неизбежные примеси, горячую прокатку сляба, отжиг, холодную прокатку, обезуглероживающий отжиг для первичной рекристаллизации, нанесение покрытия и заключительный отжиг для вторичной рекристаллизации.
Изобретение относится к обработке поверхности металлического материала и может быть использовано при упрочнении внутренней поверхности длинномерных прецизионных цилиндров скважинных насосов, работающих в условиях абразивного износа.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листа из электротехнической стали. .

Изобретение относится к столовым приборам и/или сервировочным приборам. .

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам поверхностного упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок.

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента.

Изобретение относится к области нанесения антифрикционных покрытий преимущественно на упорные поверхности пятникового узла грузовых вагонов и может быть также использовано в узлах трения различных машин.

Изобретение относится к технологии изготовления трехмерной металлической детали(11), представляющей собой деталь газовой турбины в виде лопатки, лопасти или теплового экрана, которая может быть использована в компрессоре, камере сгорания или турбинной секции газовой турбины.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при производстве поршневых машин. Способ включает первичную токарную обработку, закаливание внутренней рабочей поверхности гильзы токами высокой частоты и ее финишную обработку на хонинговальном станке.

Изобретение относится к машиностроению и металлургии, а именно к устройству для формирования на поверхности полых стальных деталей наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы.

Изобретение относится к покрытиям для антикоррозионной защиты металлических конструкций и может быть использовано для всех металлических конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, в частности для антикоррозионного покрытия морских судов и плавающих платформ в условиях высокоминерализованной морской воды и ультрафиолетового облучения солнечного спектра.

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к способу упрочнения поверхностного слоя деталей, и может быть использовано для изготовления деталей машин из металлических черных и цветных сплавов методами резания.

Изобретение относится к смазочным композициям, в частности к составам для обработки пар трения, и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения, а также при эксплуатации механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных работ.

Изобретение относится к области восстановления двигателей внутреннего сгорания путем нанесения износостойких металлоплакирующих покрытий на поверхности деталей при техническом обслуживании, ремонте и эксплуатации двигателей и может быть использовано на автотранспортных, авторемонтных и автосервисных предприятиях для повышения технических и экологических характеристик двигателей.

Заявленный способ относится к области научных и технических исследований микро- и наноструктуры диэлектрических органических и неорганических объектов методами растровой электронной микроскопии.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к формированию на поверхностях стальных изделий, применяемых для изготовления узлов и механизмов разного назначения, защитных поверхностных слоев.

Изобретение относится к способу восстановления размеров корпуса моторно-осевого подшипника электровоза при помощи электродуговой металлизации. Способ восстановления размеров корпуса моторно-осевого подшипника электровоза электродуговой металлизацией. На внешнюю поверхность корпуса упомянутого подшипника предварительно наносят пастообразную композицию, состоящую из жидкой резольной фенолформальдегидной смолы, способной образовывать при температуре выше 700°C не менее 50% кокса от массы исходного продукта, наполненной мочевиной в массовом соотношении сухая резольная фенолформальдегидная смола: мочевина от 50:50 до 10:90, слоем толщиной от 1,0 мм до 5,0 мм, после чего осуществляют напыление расплавленных дугой бронзовых электродов потоком струи азота, находящегося в баллоне под давлением от 2 до 10 атмосфер. Обеспечивается восстановление размера корпуса упомянутого подшипника при существенном упрощении технологии и сокращении времени нанесения покрытия на внешнюю поверхность подшипника, при этом достигается полное исключение выгорания легирующих элементов и образования окислов металлов в процессе электродуговой металлизации при одновременном повышении поверхностной твердости и износостойкости покрытия за счет образования нитридов при взаимодействии металлов, входящих в состав электродов, и металлизируемой поверхности с активированным азотом. 2 табл., 1 пр. .

Изобретение относится к области технологии химико-термической обработки металлических материалов и предназначено для термической обработки деталей пар трения. Способ химико-термической обработки деталей пар трения из стали мартенситного класса включает объемную закалку заготовок из стали и отпуск, механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов. После отпуска заготовки нагревают со скоростью 30-50°Cчас до температуры 450°C, выдерживают при температуре 450±10°C в течение 2-5 часов и охлаждают на воздухе. Обеспечивается повышение контактно-усталостной прочности деталей и увеличение работоспособности высоконагруженных деталей пар трения. 2 табл.

Наверх