Изобретение относится к химико-термической обработке инструментальнь1х сталей, преимущественно штампового назначения и может быть использовано цля . повышения стойкости штампов и цеталей пресс;форм, работающих в условиях иитен сивных температурно-силовых. нагрузок.

В современном машиностроении цля изготовления штампового инструмента применяются сложнолегированные хромовольфрамовые стали 4ХЗВМФ, ЗХ2В8ф и др. йля созцания износоустойчивого и теплостойкого поверхностного слоя инструмент поцвергают химико-термической обработке, в процессе которой основное упрочнение достигается за счет азотирования.

Известны способы химико- техмической обработки, отличающиеся большой длительностью. Образующийся на поверхности сплошной слой карбонитрицной

20 фазы и нитрицной сетки по границам зерен обусл юливает резкое снижение

Некоторое ускорение процесса может быть достигнуто за счет прецварительной цегазации при нагреве цо температуры обработки в вакууме (2).

Однако эти способы не обеспечивают повышения прочности циффузионного слоя с оцновременным увеличением егo глубины. Невысокая прочность связана, в частности с развитием пористости в зоне метастабильной высокоазотистой Е -фазы.

Увеличение глубины слоя не цостиг»ется также и в способе химико-термической обработки, согласно которого применительно к инструментальным сталям пред-. варительная выцержка при 300-400 в течение 1-3 часов не пает ощутимого увеличения коэффициента циффузии азо-.а, что связано с наличием в инструментальных сталях большого количества дисперсных карбицов, которые связывают азот в карбонитрицы, что препятствует развитию диффузионного поцслоя в вице с -твердого раствора $3(.

8215

10!

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ химико-термической обработки инструментальных сталей штампового назначения, включающий. закалку с пониженной температуры 1000-1050 С, от0 пуак е ваотерование (41, Однако этот способ не позволяет получить повышенные значения твердости и глубины упрочненного слоя, а обеспечивает только лучшее сочетание вязкости и разгаростойкости основного металла

В ряде случаев для штампов, работаю щих под воздействием интенсивных ударносиловых и температурных нагрузок, это не обеспечивает высокой стойкости инструмента.

При повышении температуры закалки цо 1100-1120 С проискодит рост зер-.

0 на, а растворимость карбидов в твердом растворе увеличивается незначительно.

Сохранение цисперснык карбидов легирующик элементов в структуре термообработанной стали приводит в процессе азотирования к развитию гетерофазной хрупкой карбонитридной зоны азотированного слоя.

Для повышения прочности азотированного слоя необходимо увеличить растворимость азота в a(, - твердом растворе, а также создать условия для повышения его диффузионной активности.

Цель изобретения - интенсификация процесса насыщения стали азотом и повышение твердости аннотированного слоя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе химико-термической обработки инструментальнык сталей, включающем закалку с пониженной температуры, отпуск, и азотирование, перец закалкой проходят термоциклирование с нагревом цо 1200-1250 С и охлаждением в масло, О а отпуск совмещают с азотированием.

При этом закалку с пониженной температуры провоцят от 970-10700С, а количество циклов при термоциклировании выбирают равным 3-5 в зависимости от марки стали.

12 4

Термоциклирование интенсифицирует процесс растворения карбидов и обеспечивает высокую концентрацию легируюк1ик элементов в пересыщенном 0 - тверцом растворе термообработанной стали. Повы- шение легированности тверцого раствора способствует увеличению растворимости азота в. 4, - фазе, что служит одной из основнык причин повышения твердости.

Повышение растворимости азота в и -фазе тормозит образование на поверхности слоя хрупких высокоазотистых фаз и тем самым способствует повышению прочности.

Кроме того, термоциклирование увеличивает количество дефектов кристаллической решетки, что облегчает диффузию, активирует кинетику азотирования и обеспечивает увеличение толщины циффуэионного слоя.

Совмещенйе отпуска с процессом азотирования определяется необкоцимостью сохранения в твердом растворе на начальном. этапе упрочнения высокой концентрации дефектов, достигаемой в процессе термоциклирования, что важно в связи с тем, что азотирование особенно интенсивно протекает.на начальном этапе. Кроме

- того, нагрев цо отпускных температур и цлительная выдержка в процесСе азотирования обеспечивают получение требуемого уровня физико-механических свойств основного металла упрочняемого изделия.

Выбор температур 1200-1250 для о нагрева при термоциклировании обусловлен необходимостью наиболее полного растворения карбицов типа М е6С и повышения степени насыщения тверцого раствора легирующими элементами. С целью обоснования необходимого количества циклов термоциклирования выполнена оценка влияния количества циклов. на глубину упрочненного слоя в обраэцак из сталей 4ХЗВМФ и 4Х4ВМФС. Термоциклирование осуществляется с нагревом до 1250 в каждом цикле, выцержкой времени 6 мин и охлаждением в масло.

Азотирование в среде диссоциированного аммиака при 5600+10o в течение 18 ч.

Данные привецены в табл. 1.

Таблица 1

Ма ка стали 4ХЗ ВМФ

Количество циклов термоциклирования 1, 2 3 4

Глубина упрочненного слоя, мкм 190 227 295 301

4 4ВМФС

5, . 1 2 3 4 5 6

304 183 202 278 315 326 329

821512

Таблица 2

По предлагаемому способу

1168 1097 1064 1003 920 824 514 454

920 870 847 803 724 627 429 429

290

По известному

180

Из анализа приведенных в табл. 1 результатоь следует, что глубина упрочненного споя на стали 4ХЗВМФ, заметно возрастает при увеличении числа циклов до 3. При меньшем количестве циклов не обеспечивается интенсификация процесса и повышение твердости аэотированного слоя, так как при этом не достигается, аостаточная диссоциация карбидов Ме С и не образуется необходимая для активи- . зации диффузии азота плотность дефектов.

При увеличении степени легированности (например для стали 4Х4ВМФС) число циклов необходимо увеличить. Однако, как следует иэ приведенных данных, вы- . бор числа циклов более 5 нецелесообразен, так как практически не способствует увеличению глубины упрочненного слоя.

В процессе 3-5 кратного термоциклирования происходит полная диссоциация карбидов Ме С и насыщение М вЂ”. твердого раствора легирующими элементами. Это подтверждается данными рентгеноструктурного анализа экстрагированных карбицов, которые показывают, что в стали

4ХЗВМФ, подвергнутой 3-х кратному термоциклированию, рефлексы карбидов Ме С. уже не наблюдаются. В более легированной стали 4Х4ВМФС этот эффект достигается за 5 циклов. При этом максимальТаким образом, предлагаемый способ

Ьбеспечивает увеличение глубины упрочпенного слоя и повышение твердости по глубине. Кроме того, как показывает металлографические исследования происхо» дит заметное уменьшение карбидной неоднородности по сечению образцов.

Формула изобретения

1. Способ обработки инструментальных сталей, преимущественно штампового назначения, включающий закалку с пони» ная поверхностная твердость соответствует 3-5 кратному термоциклированию и при дальнейшем увеличении числа циклов практически не изменяется. Это позволяS ет считать, что оптимальное число циклов термоциклирования находится в пределах 3-5.

Пример . Испытания предлагае16 мого способа проводят на цилиндрических образцах диаметром 26 мм,, высотой

10 мм из стали 4ХЗВМФ. Образцы подвергают 3-х кратному термоциклированию с нагревом до 1250э и охлаждением в масло. После термоциклирования выполня ют закалку с нагревом до 970 и охлажо дением в масло. Затем образцы аэотируют в среде циссоцированного а,.миака при температуре 560 + +10 в течение 18 ч.

Одновременно проводят обработку аналогичных образцов по известному способу:, закалка в масло с температуры 1070, а отпуск при температуре 600 н последующее азотирование при 560 + 10 в течео ние 18 ч. В образцах, обработанных по сравниваемым режимам, определяют глубину диффузионного слоя и распределение мнкротвердости по глубине на приборе

0пиа61.. Результаты приведены в

30 табл. 2. женкой температуры, отпуск и аэотированне, отличающийся тем,что, с целью интенсификации процесса азотно р вания и увеличения тверцости азотированного слоя, перец закалкой проводят термоциклирование с нагревом до 1200»

1250 С и охлаждением в масло, а отпуск совмещают с азотированием.

2.Способпоп. 1, отлячаюшийся тем, Что закалку проводят с

970-1070 С.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и Ася тем,,что количество циклов

7 при термоциклировании равно 3-5в зависимости от марки стали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Геллер Ю. A. Инструментальные стали. М., 1968, с. 491-495.

821512

2. Авторское .свидетельство СССР

М 560004, кл. С 23 С 11/14, 196.1.

3. Авторское свидетельство СССР

М 534520, кл. С 23 С 11/14, 1975.