Способ химико-термической обработки стальных изделий

Номер патента: 1836483

Авторы: Пархоменко, Будюк, Крыжановский, Окара, Лысенко

Скачать ZIP файл.

Текст

Смотреть

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУБЛИК ПИСАНИ ЗОБ ЕТЕН ПАТЕНТ имико-технологи(71) Днепропетровский хческий институт(54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕ Изобретение относится к химико-термической обработке (ХТО) поверхностей деталей и может быть использовано для получения азотированных покрытий на стальных деталях.Целью изобретения является повышение износостойкости за счет образования сплошного нитридного слоя на поверхности деталей.Достигается это тем, что в известном способе химико-термической обработки стальных деталей, включающем обработку поверхности струей азотосодержащей плазмы со среднемассовой температурой струи 6000-10000 К с последующим охлаждением, согласно изобретению, обработку осуществляют при скорости истечения плазменной т и 500 - 700 м/с эа несколько термичеиклов, причем в первом термическом проводят закалку поверхностногоа последующие циклы - с нагревом 1836483 АЗ(57) Область применения: для получения азотированных покрытий на стальных деталях. Сущность способа: поверхность обрабатывают струей азотсодержащей плазмы со среднемассовой температурой струи 6000 - 10000 К с последующим охлаждением. Обработку осуществляют при скорости истечения плазменной струи 500 - 700 м/с за несколько термических циклов, причем а первом термическом цикле проводят закалку поверхностного слоя, а последующие циклы - с нагревом поверхностного слоя в пределах 775 - 975 К и охлаждением до температуры 425-475 К струей инертного газа, 1 табл,поверхностного слоя в преи охлаждением до темпераструей инертного газа,Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Для деталей работающих на износ при малых контактных нагрузках требуется азотированный слой с развитой нитридной зоной, состоящей из -фазы и обеспечивающий высокую прирабатываемость трущихся поверхностей. Для интенсивного протекания процесса аэотирования необходимо обеспечить достаточное количество диссоциированного и ионизированного азота на поверхности детали; его активную адсорбцию поверхностью; достаточное время воздействия диссоциированной и ионизированной азот- содержащей среды для протекания диффузии а детали; оптимальный температурный режим аэотироаания.Изобретение выбранное нами в качест- сена, Повышение скорости плазменной ве прототипа; позволяет поставлять к по- струи до 500 м/с позволяет увеличить аэоверхности диссоциированный и тонасыщающую способность атмосферы до ионизированный азот. Однако нагрев значения обеспечивающего образование струей азотсодержащей плазмы с такой вы нитридного слоя эа время воздействия сокой температурой происходит. быстро, не струи с поверхностью детали, Увеличение более 5 с, в результате чего. способ не обес- скорости истечения плазменной струи бопечивает подвод достаточного количества лее 700 м/с не дает увеличения степени диссоциированногр и ионизированного азотирования, так как лимитирующей стааэота к повефностидутали, при указанных "0 дией азотирования становятся процессы в нем скоростях истечения плазменной диффузии азота и зародышеобразования в струи и достаточное время воздействия поверхностном слое детали, Для интенсиплаэменной струи для протекания диффу- фикации азотирования в первом термичезии, ском цикле проводится закалка с нагревомСцельюувеличения времени воздейст поверхностного слоя деталей выше точки вия плазменной струи на деталь в предлага- АсЗ стали и охлаждением со скоростью выемом способе химико-термическую ше критической(по прототипу), что создает обработку проводят в несколько термиче- множество центров зародыщеобразования ских циклов, представляющих собой прохо- нитридов, за счет усложнения структурного ды плазменной струи с нагревом 20 состояния, вследствие дробления зерна и поверхностного слоя детали до температур мартенситного превращения в поверхност 775 - 975 К, Понижение температуры нагре- ном слое, а также азотирования поверхноа поверхностного слоя детали ниже 775 К стного слоя без образования я -фазы в приводит к существенному понижению ко- процессе первого термического цикла. Та. эффициентов диффузии азота в железе и 25 ким образом, предлагаемый способ обеспеснижению активности адсорбционных про- чивает выполнение изложенных выше цессов при взаимодействии с плазменной условий интенсификации азотирования при струей в Кнудсеновском слое (О роли слоя плазменной обработке с целью повышения Кнудсена в теории гетерогенных химиче- износостойкости поверхностногослоядетаских реакций и в течениях с реакциями на 30 лей;поверхности. Увеличение температуры вы- - обеспечение достаточного количества ше 975 К приводит к уменьшению толщины диссоциированногои ионизированногоазое -фазы и уменьшению твердости, а следо- та на поверхности детали повышением сковательно иэносостойкости детали в реэуль- рости истечения плазменной струи до тате фазовых превращений. Прямое 35 500 - 700 м/с;применение. многостадийной обработки - обеспечение активной адсорбции азоплазменной струей не приводит к образова- та поверхностью предотвращением образонию сплошного нитридного слоя, так как вания оксидной пленки с помощью после первого термического цикла (прохо- охлаждения инертным газом до температуда) в результате взаимодействия с атмосфе ры 425 - 475 К и скоростью истечения плазрой на поверхности иэделия образуется менной струи 500-700 м/с;оксидная пленка, которая препятствует ад- - обеспечение достаточного для протесорбции атомов и ионов азота, Продолжи- кания диффузии времени воздействия дистельность устранения оксидной пленки с социированной и иониэированной использованием восстановительной атмос азотосодержащей среды на деталь многоферы при таких температурах превышает кратными термическими циклами;время обработки плазменной струей, Поэ- - обеспечение активизации образоватому охлаждение производят струей инерт- ния нитридов с помощью закалки в первом ного газа до температуры 425-475 К, при термическом цикле;которой оксидная пленка не образуется, 50 - обеспечение высокой скоростидиффуПри температуре 475 - 500 К начинается про- . зии без снижения износостойкости выбо. явление цветов побежалости, Достаточное ром оптимального температурного режима количестводиссоциированного и ионизиро- азотирования 775 - 975 К,ванного азота, характеризуемое азотонасы- П р и м е р, Эксперименты проводились щающей способностью атмосферы, может 55 на экспериментальной установке Днепро- быть достигнуто за счет увеличения скоро- петровского химико-технологического инссти потока азотосодержащей атмосферы титута, В качестве образцов были выбраны (Азотный потенциал, азотонасыщающая детали из сталей Ст 20 Х и Ст 45 диаметром способность и т,дчто приводит к активиза мм, Для испытания нового способахимицииадсорбционных процессов в слое Кнуд- ко-термической обработки выбраны следу1836483 Номер опыта Температура нагрева поверх- ностного слоя детали,К Способ Скорость плазменной струи,м/сКо-во термических циклов Температура охлаждения поверхности инертным газом, К Средняя величина износа после 700 тыс, циклов Глубина азоти- рованного слоя, фаза, мкм Наличие первого закалочного термоциклаУвеличение износост, по сравнению с прото- типом Ст Ст 20 Х 45Ст Ст 20 Х 45 10-бкг 1200 300 ИзвестныйТо же Предлагаемый То же 0 26 14 0 0 есть 2 3. 875 775 300 50052 28 15 9 нет есть 425 875 600 450 120 14 8 есть ющие режимы: ток плазмотрона косвенногодействия - ЗООА, напряжение В, плазмообразующий газ-азот, среднемассоваятемпература плазменной струи - 8000 К,расстояние от среза плазмотрона до детали 5-(5 - 10) 10 м, скорость перемещения плазменной струи -(1,0 - 2,5)10 м/с, охлаждение осуществлялось струей азота соскоростью - 20 м/с и расходом 8 л/мин.Результаты экспериментов приведены 10в таблице,Испытания образцов проводились намашине СМЦ, позволяющей проводитьиспытания материалов на износ при трениикачения и трении скольжения при нормальных температурах,Из анализа данных таблицы видно, чтопри осуществлении химико-термическойобработки по прототипу износостойкостьдеталей соответствовала износостойкости 20при закалке (1) или износостойкости исходного нетермоупрочненного материала (2).Образование нитридного слоя не происходило. Крайне незначительно было повышение износостойкости нитридного слоя на 25азотированной поверхности при скоростяхистечения плазменной струи ниже 500 м/сили температуре нагрева поверхностногослоя ниже 775 К, или при температуре охлаждения инертным газом более 475 К (6, 7, 3012), С увеличением температуры поверхностного слоя, скорости плазменной струи глубина нитридного слоя повысилась до100-150 мкм и износостойкость увеличилась от 30 до 50 (3, 4, 5). При температуре 35 нагрева поверхностного слоя выше 975 К или в отсутствии закалки, нитридный слой составляет 60 мкм, а износостойкость увеличивается на 14 - 15, (9, 10). Если скорость истечения плазменной струи более 700 м/с или температура охлаждения инертным газом ниже 425 К, то дальнейшего увеличения глубины нитридного слоя и иэносостойкости не происходит (8, 11).Таким образом, "положительный эффект" достигнут только при одновременном соблюдении всех отличительных признаков технического решения в совокупности. Предлагаемое техническое решение позволяет получать сплошной азотированный слой состоящий иэ я -фазы толщиной 100 - 150 мкм и за счет этого повысить износостойкость на 30 - 50.Формула изобретения Способ химико-термической обработки стальных деталей, включающий обработку поверхности струей азотосодержащей плазмы со среднемассовой температурой струи 6000-10000 К с последующим охлаждением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, обработку осуществляют при скорости истечения плазменной струи 500-700 м/с за несколько термических циклов, причем после первого термического цикла проводят закалку поверхностного слоя детали, а последующие циклы осуществляют нагревом поверхностного слоя в пределах 775 - 975 К и охлаждением до температуры 425 - 475 К струей инертного газа,1836483 Продолжение таблицы Ко-во термических циклов Номер опыта Способ Ст Ст Ст Ст 20 Х 45 20 Х 45 10-6 кг Оиг йг мгиВ Составитель И.ПойменоваТехред М,Моргентэл Корректор С,Патрушева Редактор С.Кулакова Заказ 3011 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 б 6 8 9 10 11 12 13 14 5 5 5 5 5 5 Б 5 3 10 Температура нагрева поверх- ностного слоя детали,К 975 750 975 975 975 1000 975 975 975 975 Скорость плазменной струи,м/с.700 700 475 700 700 700 725 700 700 700 Температура охлаждения поверхности инертным газом, К 475 450 450 400 450 450 450 500 475 475 Наличие первого закалочного термо- цикла есть есть есть есть нет есть есть есть есть есть Глубина азоти- рованного слоя, фаза, мкм 150551506060150570200 Средняя величина износа после 700 тыс. циклов 13 7 24 12 24 12 13 7 22 12 22 12 13 7 24 12 18 10 13 7 Увеличение износост. ПО сравнению с прото- типом 50 50 8 14 8 14 50 50 15 . 14 15 14 50 50 8 14 30 28 50 50

Заявка

5018701, 24.07.1991

ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ПАРХОМЕНКО ВЛАДИМИР ДМИТРИЕВИЧ, КРЫЖАНОВСКИЙ МИХАИЛ ВИКТОРОВИЧ, ОКАРА СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, БУДЮК ЭДУАРД ДМИТРИЕВИЧ, ЛЫСЕНКО АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ

МПК / Метки

МПК: C23C 4/00, C23C 8/06

Метки: химико-термической, стальных

Опубликовано: 23.08.1993

Код ссылки

<a href="http://patents.su/4-1836483-sposob-khimiko-termicheskojj-obrabotki-stalnykh-izdelijj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ химико-термической обработки стальных изделий</a>

Похожие патенты