Способ химико-термической обработки детали из легированной стали

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из легированных сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, режущего инструмента и штамповой оснастки. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали включает активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя. Активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят струйно-динамической обработкой шариками в два этапа, при которой проводят обработку сначала шариками диаметром 1,5-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении сжатого воздуха 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин. В частных случаях осуществления изобретения химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом, а именно ионно-плазменным азотированием, или ионно-плазменной цементацией, или ионно-плазменной нитроцементацией. Обеспечивается повышение производительности и качества химико-термической обработки, а также повышение износостойкости деталей после химико-термической обработки. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из легированных сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, режущего инструмента и штамповой оснастки.

Одними из ответственных деталей газотурбинных двигателей и установок являются зубчатые колеса, эксплуатация которых проходит в условиях воздействия высоких температур и значительных силовых нагрузок. Для повышения стойкости поверхностного слоя материала указанных деталей используют химико-термическую обработку (ХТО), в частности азотирование и нитроцементацию.

Широко известны процессы упрочнения поверхности деталей методами ХТО. Известен, например способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий диффузионное насыщение элементами внедрения и замещения и последующий нагрев поверхности изделия (А.С. СССР №1515772, МПК С23С 8/00. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ. Бюл. №36, 2013 г.).

Известен способ ХТО деталей, заключающий в высокотемпературном азотировании, закалке с последующим отпуском [Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение, 1976, с. 99-102]. В результате обработки получают высокоазотистый слой небольшой толщины. Такой слой хорошо противостоит коррозии в атмосфере, но плохо работает при высоких изгибных, контактных напряжениях и в условиях повышенного износа.

Известны также ионно-плазменные методы химико-термической обработки, например, методы ионного азотирования в плазме тлеющего разряда постоянного или пульсирующего тока, которые включают в себя две стадии - очистку поверхности катодным распылением и собственно насыщение поверхности металла азотом [Теория и технология азотирования / Лохтин Ю.М., Коган Л.Д. и др. // М., Металлургия, 1990, с. 89].

Известен также способ химико-термической обработки металлов и сплавов, при котором на стадии очистки изделий тлеющий разряд периодически переводят в импульсную электрическую дугу. Это позволяет интенсифицировать процесс за счет быстрого разогрева обрабатываемой поверхности в первые минуты до более высоких температур, чем температура процесса азотирования (А.С. СССР 1534092, МПК С23С 8/36, опубл. 07.01.90; BG 43787. МПК С23С 8/36. METHOD FOR CHEMICO-THERMIC TREATMENT IN GLOWING DISCHARGE OF GEAR TRANSMISSIONS. 1988).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ химико-термической обработки детали из легированной стали, включающий активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере установки,, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температур химико-термической обработки и выдержку при этих температурах до формирования необходимой толщины диффузионного слоя (А.С. СССР №1574679, МПК С23С 8/36, опубл. 30.06.90; патент РФ №2144095, МПК С23С 8/38, опубл. 10.01.2000).

Недостатками известных способов и прототипа являются невысокая износостойкость поверхности из-за неоднородности диффузионного слоя и образования в диффузионном слое хрупких фаз, а также низкая производительность насыщения поверхностного слоя материала детали в процессе ХТО. ХТО с использованием известных способов приводит к следующим негативным явлениям: существует высокая вероятность образования неравномерного слоя с уменьшенной концентрацией насыщаемого вещества, неоднородной и пониженной твердостью материала поверхностного слоя, возникновением дефектных участков. Для удаления дефектных участков поверхностного слоя после ХТО проводится шлифование, однако при удалении обедненного дефектного слоя часто образуются прижоги и ряд других характерных дефектов поверхностного слоя и в результате к снижению износостойкости деталей.

Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса и повышение качества химико-термической обработки деталей за счет активации и обеспечения однородного состояния материала поверхностного слоя детали в процессе ХТО и, как следствие, повышение износостойкости деталей.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности и качества процесса ХТО, а также повышение износостойкости деталей после ХТО.

Технический результат достигается тем, что в способе химико-термической обработки детали из легированной стали, включающем активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя, отличающийся тем, что активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят струйно-динамической обработкой шариками в два этапа, вначале шариками диаметром 1,5-2,0 мм, при давлении 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем, шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин.

Кроме того, возможно использование в способе следующих дополнительных приемов: химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом; в качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию.

Для оценки эксплуатационных свойств деталей, обработанных по предлагаемому способу, были проведены следующие испытания. Образцы из высоколегированных сталей (в частности, стали 16Х3НВФМБ, Р6М5, Х12М 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю) были подвергнуты обработке как по способам-прототипам (А.С. СССР №1574679, патент РФ №2144095), согласно приведенным в способе-прототипе условиям и режимам обработки, так и по вариантам предлагаемого способа.

Режимы обработки образцов по предлагаемому способу.

Струйно-динамическая обработка стальными шариками из закаленной стали ШХ-15, твердостью HRC 60-62 ед. Расстояние от сопла до поверхности образца L=80 мм.

Режимы первого этапа обработки шариками: диаметр шариков: 1,3 мм -неудовлетворительный результат (Н.Р.); 1,5 мм - удовлетворительный результат (У.Р.); 1,8 мм (У.Р.); 2,0 мм (У.Р.); 2,2 мм (Н.Р.). Давление подаваемого сжатого воздуха: 0,2 МПа (Н.Р.); 0,3 МПа (У.Р.); 0,4 МПа (У.Р.); 0,5МПа (У.Р.); 0,7 МПа (Н.Р.). Время обработки: 2 мин (Н.Р.); 3 мин (У.Р.); 4 мин (У.Р.); 5 мин (Н.Р.).

Режимы второго этапа обработки шариками: диаметр шариков: 0,4 мм - (Н.Р.); 0,6 мм - (У.Р.); 0,7 мм (У.Р.); 0,8 мм (У.Р.); 1,0 мм (Н.Р.). Давление подаваемого сжатого воздуха: 0,1 МПа (Н.Р.); 0,2 МПа (У.Р.); 0,3 МПа (У.Р.); 0,4 МПа (Н.Р.). Время обработки: 0,5 мин (Н.Р.); 1 мин (У.Р.); 2 мин (У.Р.); 3 мин (Н.Р.).

На втором этапе обработке шариками, за счет использования более низкого давления воздуха и меньших размеров шариков снижается шероховатость поверхности и создается более однородная структура поверхностного слоя.

Химико-термическую обработку деталей проводили газовым и ионно-плазменным методами (отличие предлагаемого способа от существующих состояло в предварительной активации поверхности струйно-динамической обработкой стальными шариками). В качестве одного из методов ХТО применяли ионно-плазменное азотирование, ионно-плазменную цементацию и ионно-плазменную нитроцементацию.

Испытания показали на повышение износостойкости образцов по сравнению с прототипом в 1,3…1,6 раза (т.е. в результате использования активирования поверхности обработкой шариками перед ХТО). Скорость химико-термической обработки за счет увеличения скорости диффузии при ХТО возросла приблизительно в 1,2…1,5 раз. Исследование образцов показало на повышение однородности структуры диффузионной зоны материалов.

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе химико-термической обработки детали из легированной стали следующих существенных признаков: активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой; размещение детали в рабочей камере; подачу в камеру рабочей насыщающей среды; нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя; проведение активирования поверхности детали перед химико-термической струйно-динамической обработкой шариками в два этапа: вначале шариками диаметром 1,5-2,0 мм, при давлении 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем, шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин, а также при использовании дополнительных приемов: химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом; в качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию, позволяет обеспечить заявленный технический результат предлагаемого изобретения - повышение производительности и качества процесса ХТО, а также повышение износостойкости деталей после ХТО.

1. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали, включающий активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя, отличающийся тем, что активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят струйно-динамической обработкой шариками в два этапа, при которой проводят обработку сначала шариками диаметром 1,5-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении сжатого воздуха 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из стали.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из сплава на основе титана, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из сплава на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей и узлов горячего тракта газотурбинных авиационных двигателей, стационарных газотурбинных установок и других изделий, работающих при высоких температурах.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из сплава на основе кобальта, и может быть использовано для изготовления деталей и узлов горячего тракта газотурбинных авиационных двигателей, стационарных газотурбинных установок и других изделий, работающих при высоких температурах.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из титана, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения.

Изобретение относится к области нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а именно к способу химической обработки внутренней поверхности реактора для пиролиза углеводородов.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, а также режущего инструмента и штамповой оснастки.
Изобретение относится к области термической обработки деталей из легированного чугуна с различной формой графита. Способ включает контроль исходной структуры, термическую обработку, азотирование, механическую обработку, при этом исходную структуру детали контролируют на содержание графита, цементита и феррита, термообработку для деталей из чугуна, содержащего в структуре графит шаровидной формы, до 10% графита нешаровидной формы и до 20% феррита, проводят путем высокого отпуска и старения, при содержании в структуре от 10 до 80% графита нешаровидной формы и от 20 до 85% феррита путем аустенизации, охлаждения со скоростью 5-15°С в секунду до температуры верхнего бейнита, изотермической выдержки, высокого отпуска и старения, а при содержании в структуре от 10 до 80% графита нешаровидной формы, от 20 до 85% феррита и до 80 % цементита путем предварительного диффузионного отжига, аустенизации, охлаждения со скоростью 5-15°С в секунду до температуры верхнего бейнита, изотермической выдержки, высокого отпуска и старения, после термообработки контролируют структуру деталей, осуществляют механическую обработку поверхности детали с припуском, обеспечивающим при последующей после азотирования механической обработке удаление слоя ε-фазы, после чего участки детали с наименьшей толщиной стенки подвергают деформационному наклепу, затем детали фосфатируют, проводят низкотемпературное азотирование, рабочую поверхность детали подвергают электрохимическому травлению, хонингуют и фосфатируют.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам повышения механических свойств приповерхностных слоев деталей машин из сплавов на основе железа с получением субмикро- или наноструктурированного состояния диффузионных слоев.

Изобретение относится к вакуумной ионно-плазменной технологии, а именно к устройствам для обработки длинномерных изделий. .

Изобретение относится к гидроабразивной резке. В формуле приведены варианты порошков для гидроабразивной резки.

Изобретение относится к гидроабразивной резке. В формуле приведены варианты порошков для гидроабразивной резки.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу обработки поверхности имплантов, предназначенных для имплантации в костную ткань. Способ обработки поверхности металлического имплантата для обеспечения требуемой шероховатости поверхности включает осуществление дробеструйной обработки по меньшей мере части поверхности металлического имплантата частицами одного или более оксидов титана, включающих по меньшей мере один нестехиометрический оксид титана, причем указанные частицы имеют компактную морфологию и размер от 1 до 300 мкм.
Изобретение относится к пескоструйной обработке стальных поверхностей сыродельных машин. При пескоструйной обработке используют белый корундовый песок, имеющий гранулометрию в диапазоне от 170 до 190 меш.
Изобретение относится к абразивной и дробеструйной обработке деталей. Металлокерамическая дробь содержит 3-40 мас.% керамического материала, 3-50 мас.% пылевидных отходов сталеплавильного производства и остальное - пиритные огарки.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к способам получения заготовок замка трубопровода, который может быть использован для соединения и герметизации труб сборно-разборного трубопровода.

Изобретение относится к способу сухой струйной обработки, предназначенному для очистки твердых поверхностей, а также к специальным абразивным пигментам, подходящим для этого, и к способу их получения.

Изобретение относится к способу обработки поверхности волокнистого композита, который содержит высокопрочные волокна и может быть использован в самолетостроении.
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам упрочнения внутренних поверхностей гидроцилиндров насосов сверхвысокого давления.
Изобретение относится к методам очистки поверхностей от органических загрязнений и может быть использовано при очистке производственного оборудования. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из легированных сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, режущего инструмента и штамповой оснастки. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали включает активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя. Активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят струйно-динамической обработкой шариками в два этапа, при которой проводят обработку сначала шариками диаметром 1,5-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении сжатого воздуха 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин. В частных случаях осуществления изобретения химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом, а именно ионно-плазменным азотированием, или ионно-плазменной цементацией, или ионно-плазменной нитроцементацией. Обеспечивается повышение производительности и качества химико-термической обработки, а также повышение износостойкости деталей после химико-термической обработки. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Наверх