Способ упрочнения стальных деталей

(51) 4 ОПИСА ЗОБРЕТИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ свинЬей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССВ) ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 21) 3701777/22-02(71) Краснодарский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(54) (57) 1. СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬ-. НЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий насыщение легиФующим элементом из легкоплавкого расплава при температуре насыщения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения долговечности деталей после насыщения производят высокотемпературный вакуумный отжиг и нормализацию.2, Способ по п. 1, о т.л и ч а ю - щ и й с я тем, что насыщение осу ществляют никелем из расплава ца, содержащего 3% никеля.1 11787Изобретение относится к металлургии, в частности к получению защитных диффузионных покрытий на стальных деталях, работающих при циклических нагрузках в условиях малоцикловой или многоцикловой усталости на воздухе и в агрессивных средах.Цель изобретения - увеличение долговечности стальных деталей.Для осуществления предлагаемого 10 способа производят насьпцение легирующим элементом из легкоплавкого расплава при температуре насьпцения, затем высокотемпературный вакуумный отжиг и нормализацию. 15Высокотемпературный вакуумный отжиг обеспечивает удаление свинца по границам зерен из диффузионного слоя, Нормализация необходима для измельчения зерна, так как предшествующие що операции диффузионного насьпцения и отжиг- высокотемпературные, приводящие к росту зерна и разупрочнению стальных изделийРежим нормализации выбирается в зависимости от марки 25 стали.1П р и м е р 1. Образец из листовой нормализованной стали 55 сечени"м 5 8 мм подвергается химико-термической обработке в ванне с расплавленным ЗО свинцом, в котором растворено 37. массы никеля в течение 20 ч при 105 УС.После этого для испарения свинца из диффузионного слоя производят высокотемпературный дифйузионный отжиг, для З 5 чего деталь помещают в вакуумную печь при разрежении 1 Т мм рт.ст. и выдерживают при 1050 ОС в течение 1 ч.После высокотемпературного вакуумного диффузионного отжига производят нормализацию. Готовый образец устанавливается на машину и деформируется при симметричном циклическом изгибе на воздухе с частотой 7 цикл/мин при максимальном напряжении цикла 350 МПа в течение 30000 циклов. Число циклов 30000 является заданной долговечностью для данного образца, так как при этом величина раскрытия трещины не превышает 20 мкм и ее можно залечить, при 50 большем раскрытии трещин она не залечивается. Далее образец снимают и залечивают трещину, применяя снова указанный вьш 1 е способ химико-термической обработки стали. Восстановленный образец устанавливают на машину и циклически деформируют на воздухе при тех же режимах в течение 30000 циклов,77 2после чего образец снимают и вновь подвергают аналогичной химико-термической обработке. Процесс восстановления можно повторить многократно, Аналогичный образец с покрытием согласно прототипу (без вакуумного отжига и нормализации), испытанный при тех же режимах, что и образец в примере 1, исчерпал свою долговечность при 2100 циклах.П р и м е р 2, Плоский образец изР листовой нормализованной стали сечением 58 мм подвергают аналогичной примеру 1 химико-термической обработ-.ке и симметричному циклическому изгибу с частотой 7 цикл/мин при амплитуде напряжения 330 МПа в 37.-ном водном растворе ИаС 1. В этих условиях он разрушается в интервале 28-28 тыс.циклов, поэтому образец снимается с машины после обработки 22000 циклов и подвергается снова химико-термической обработке для залечивания дефектов. Восстановленный образец вновь устанавливают на машину и циклически деформируют в том же режиме в ЗХ-ном водном растворе ИаС 1. После 22000 циклов его снимают и снова подвергают вьппеуказанной химико-термической обработке. Аналогичный образец с покрытием согласно прототипу, испытанный при режимах, аналогичных примеру 2, исчерпал свою долговечность при 12000 циклах.П р и м е р 3. Плоский образец .излистовой нормализованной стали 45 сечением 803 мм, имеющий в средней " части пропил шириной О, 16 мм и длиной 7,8 мм (имитатор трещины) подвергается аналогичной примеру 1 химико- термической обработке, после чего его ставят в испытатепьную машину и испытывают при пульсационном растягивающем напряжении 510 МПа с частотой 2 цикла в минуту. Рост трещины наблюдается после 5000 циклов, образцы сразу снимают и подвергают повторной химико-термической обработке предлагаемым способом, после чего на восстановленном образце в последующие 5000 циклов нагружения трещины не развивается. Аналогичный образец с покрытием согласно прототипу вьдерживает 500 циклов. П р и м е р 4. Стандартный цилиндрический образец нз нормализованнойстапи 45, прошедший указанную химикотермическую обработку, подвергается1178777 Составитель Р.КлыковаРедактор С.Лисина Техред М.Надь Корректор Л.Пилипенко Заказ 5611/23 Тираж 553 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Фшиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.проектная,4 циклическому изгибу с вращением в 37.-ном водном растворе ИаС 1 при частоте 3000 цикл/мин при максимальной амплитуде напряжения 200 МПа. После 410 циклов образец снимают и подвергают указанной химико-термическойобработке, после чего его опять ставят ,на машину,и он в тех же условиях ра 6ботает 4 10 циклов без образования -чтрещины. Аналогичный образец с химикоО термической обработкой согласно прототипу выдерживает 510 циклов до5образования трещины.П р и м е р 5. Стандартный цилиндрический образец из нормализованной 15 стали 45, прошедший предлагаемую химико-термическую обработк, подвергается циклическому изгибу с вращением при частоте нагружения 3000 цикл/мин и максимальной амплитуде 200 МПа в 20 407.-ном водном растворе ИаОН, После6410 циклов образец снимают и повторно подвергают предлагаемой химикотермической обработке, после чего онпри тех же режимах работает 410 циклов без образования трещины. Образецс покрытием согласно прототипу, испытанный в тех же условиях дает образование трещины при 5 ф 10 циклах. Срок службы в условиях малоцикловой усталости в результате покрытия согласно предлагаемому способу возрастает в 14-18 раз, а в условиях многоцикловой усталости - в 8-10 раз без учета повторного восстановления детали. Наиболее полный экономический эффект предлагаемого способа по сравнению с прототипом может быть получен при применении его с учетом повторного восстановления эксплуатационных свойств детали. Предлагаемый способ особенно перспективен для деталей, работающих при высоких температурах.