Способ химико-термической обработки металлических деталей

 

Роесон зн" я пд ° он о т. . : -«- ..я б,,„„.l å. = .:. А

ОПИС

ИЗОБРЕТЕНИЯ («) 6I2966

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.07.76 (21) 2383420/22-02 с присоединением заявки №

УдаРс еенный комитет (23) Приоритет

Совета Министров CCCF ла 3 щ„„. (43) Опубликовано 30.06.78. Бюллетень № 24 (51) М. Кл е С 23С 9/10

С 23С 11/18

С 23F 17/00 (53) УДК 621.785.51 (088.8) и открытии (45) Дата опубликования описания 09.06.78 (72) Авторы изобретения

Л. М. Корх, П. В. Трушко, Л. И. Бершадский, В. Г. Лукьянов, М. Ф. Корытко, И. В. Искровский и В. В. Либерман

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт редукторостроения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к области химикотермической обработки металлов, в частности к процессам комплексного насыщения поверхностей несколькими элементами, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения деталей машин, к которым предъявляются повышенные требования по прирабатываемости.

Известен способ повышения прирабатываемости, улучшения противозадирных свойств н износостойкости контактирующих поверхностей, нагружаемых трением, называемый сульфидированием (1).

Наиболее технологичным является низкотемпературное сульфидирование при 150—

200 С, не вызывающее изменений формы, размеров и твердости поверхностей.

Недостатком процесса сульфидирования является длительность, что затрудняет широкое его применение в условиях серийного и массового производства, и отсутствие упрочняющего действия. Прочностные характеристики материалов при сульфиднровании практически не изменяются.

Целый ряд деталей машин, работающих в условиях циклического нагружения (например, зубчатые колеса), должны отвечать повышенным требованиям по усталостной прочности, что обеспечивается проведением процессов химико-термической обработки, таких как нитроцементация или цементация.

Известен способ нитроцементации, взятый за прототип, осуществляемый при 840 — 860 С

5 с последующей закалкой и охлаждением в масляной ванне, обеспечивающий образование на поверхностях деталей карбонитридного слоя до 1 мм, что повышает их циклическую прочность и твердость (2), 10 Однако обработанные по такому способу детали плохо прирабатываются и обеспечивают надежную работу механизмов только после специальной приработки, прикатки, притирки с применением специальных химически

15 активных сред.

Целью изобретения является получение сочетания высоких прочностных и антифрикционных свойств.

Указанная цель достигается тем, что детали подвергаются химико-термической обработке, включающей насыщение поверхностей металлов углеродом и азотом и последующей закалкой в масляной ванне, отличающейся тем, что, с целью образования слоя сульфпдов на поверхности детали, имеющие после нитроцементации температуру 780 — 900 С, погружают в масляную ванну с температурой 150—

200 С, содержащую серу в количестве 2—

10 вес. %, и выдерживают в ванне 10 — 40 мин, 612966

Таблица 1

Результаты испытаний модельных образцов из стали

25 ХГМ после поверхностной обработки

Количество циклов нагружения роликов до полной приработки контактирующих поверхностей

Предел изгибной усталостной прочности цилиндрических образцов, > (Юг> =10 ), кгс/мм

Количество циклов контактного нагружения роликов до появления ямок выкрашивания при а„-150 кгс/мм

Коэффициент трения роликов при качении с проскальзыванием

Износ за

1 106 циклов нагружения, г

Твердость

Способ обработки

HRC

0,0023

0,076 вЂ,082 2,00 10

20 10

Выкрашивания нет

56 — 62

86 — 92

Нитроцементация

20 IO

Выкрашивания нет

0,068 вЂ,076

0,5 10

0,0017

84 — 90

54 — 60

Сульфонитроцементация

Таблица 2

Результаты стендовых испытачий зубчатых пар Z,=32; Z,=64; >и — -4 мм; А=200 мм; б=50 мм; сталь 25 ХГМ, М„.,>„— 200 кгсм, >V>;=10 циклов

Пятно контакта на поверхности зубьев (i). время, мин

Способ поверхностной обработки

Количество

Примечание пар

120

60

75 — 90

40 — 50

Сульфонитроцементация

Нитроцементвция

60 — 70

40 — 50

25 — 30

25 — 30

100

Отказов нет

40 — 50

50 — 60

Отказ вследствие поломки зубьев шестерни — 1 пара

П р и M е ч а н и е. Приработка проводится при постоянном крутящем моменте М =М„,„с маслом И вЂ” 45. т. е. процесс закалки совмещают с операцией сульфидирования.

Обработка деталей по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Детали (например, зубчатые колеса) из нитроцементуемых сталей 25 ХГМ, 20 ХНМ, 18ХГТ и других загружают в печь для нитроцементации, например в проходной безмуфельный агрегат СТЦА 5-60,5/ЗС>, где производится насыщение поверхностей углеродом и азотом на глубину 0,5 — 0,8 мм, Температура процесса 830 †8 С, темп толкания 15—

30 мин в зависимости от размеров деталей и требовани" по глубине слоя.

После окончания процесса насыщения детали подстуживают до закалочной температуры (790 — 820 С) и опускают в масляную ванну для закалки. В минеральное масло, температура которого поддерживается 150—

200 С, предварительно входят 2 — 10 вес. % серы, которая при температуре выше 113 С плавится и образует с маслом ряд химически активных соединений, взаимодействующих со стальными поверхностями деталей во всем диапазоне температур от 800 до 150 С.

Время выдержки деталей в масляной ванне определяется режимом работы агрегата и составляет 15 — 40 мин. Образующийся при этом слой сульфидов металлов имеет глубину

0,03 — 0,05 мм, что полностью обеспечивает улучшение прирабатываемости и повышает противозадирные свойства контактирующих поверхностей. Для предотвращения самовоз5 горания масляной ванны на поверхность ванны подают азот.

Совмещение операций нитроцементации, закалки и серонасыщения обеспечивает упрочненным поверхностям повышенные антифрик10 ционные свойства.

В лаборатории поверхностной прочности и смазки ВНИИредуктора проведены сравнительные испытания модельных образцов и зубчатых пар из стали 25ХГМ, подвергнутых

15 нитроцементации (прототип) и сульфонитроцементации (предложенный способ) . Оцениваются усталостная прочность: изгибная и контактная, износостойкость, коэффициент трения, прирабатываемость.

20 Испытания по определению изгибной усталостной прочности проводятся по ГОСТ

2860-65 на машине УКИ-10М, контактная прочность, износостойкость и прирабатываемость оцениваются испытаниями роликов

25 диаметром 40 мм при качении с проскальзыванием на машине СМЦ-2. Испытания зубчатых пар на прирабатываемость проводятс на стенде с замкнутым контуром.

612966

Составитель P. Клыкова

Текред Л. Гладкова

Корректор Л. Брахнива

Редактор 3. Ходакова

Заказ 1524/3 Изд. М 503 Тираж 1198 Подппсвос

НПО Госу,-,арствепиого комитета Совета М|шпстров СССР по дслаги пзооретсиий и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская íao., д. 4, 5

Типография, пр. Сапунова, 2

Сульфонитроцемснтация стали 25 ХГМ обеспечивает прочность такую же, как и нитроцементация при существенном улучшении износостойкости и прирабатываемости.

При приработке нитроцементованных зубчатых колес при номинальном крутящем моменте требуемое пятно контакта 70 — 80 /, доостигается через 6 — 8 ч работы, однако при этом возможны случаи отказа передач вследствие поломок зубьев. (Как правило, чтобы исключить поломку, приработка проводится ступенчатым нагружением передачи 0,25; 0,5;

0,75 и 1,0Ми,„, с выдержкой на каждой ступени до 25 ч) .

Приработка сульфонитроцементованных зубчатых колес при номинальной нагрузке обеспечивает требуемую площадь контакта уже через 40 — 60 мип. Поломок зубьев не установлено.

Результаты испытаний представлены в табл. 1 и 2.

Предлагаемый способ химико-термической обработки, сульфонитроцементация, может быть использован на предприятиях, выпускающих зубчатые колеса ответственных, тяжелонагруженных передач.

Формула изобретения

Способ химико-термической обработки металлических деталей, включающий нитроцементацию и последующую закалку в масля10 пой ванне. отличающийся тем, что, с целью придания упрочненным деталям антифрикционных свойств, процесс закалки совмещают с процессом сульфидирования в масляной ванне путем ввода в нее 2 — 10 вес. %

15 серы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Повышение стойкости деталей машин.

М., Машгиз, 1959, с. 11 — 29.

20 2. Минкевич А. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М., «Машиностроение», 1965, с. 132.