Способ термообработки борированных стальных изделий

(5 В) 5 АНИЕ ИЗОБРЕТОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И К АВТО О,4 СО ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Диффузионные покрытия на металлахКиев: Наукова думка, 1965, с,63 - 75,(54) СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ БОРИРОВАННЫХ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Использование: при индукционной термической обработке борированных изделий, Сущность изобретения: борированные Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке, а также к способам индукционной термической обработки сталей, и может быть использовано для упрочнения изделий, работающих в условиях износа при динамических нагрузках.Известен отжиг борированных изделий, осуществляемый при температуре образования борсодержащей эвтектики в и ределах 1050 - 1200 С. О н п редп ола гает образование эвтектического слоя большей толщины по сравнению с толщиной боридного слоя и с большей равномерностью свойств, Однако при этом происходит снижение исходной микротвердости упрочненной зоны. Кроме того, под действием локально неравномерных знакопеременных нагрузок эвтектика, полученная пере Ы, 1740448 А 1 образцы из стали 45 и 40 Х греют токами высокой частоты со скоростью 70 - 90 град/с до температуры, определяемой из соотно- ШЕНИЯ Тн = тэ - А(2 4) Чн, ГДЕ тн - ТЕМПЕ- ратура нагрева, С, ь - температура эвтектической реакции, С, Чн - скорость нагрева, гоад/с, А - размерный коэффициент, град, с, Охлаждение при закалке проводят со скоростью 800 - 1000 град/с до температуры мартенситного превращения с последующим самоотпуском. Применение способа позволяет увеличить срок службы упрочняемых изделий, предотвратить технологический брак, получить диффузионную зону обрабатываемых поверхностей с комплексом повышенных физико-механических характеристик. 2 табл. плавлением боридного слоя, часто выкрашивается, наблюдаются сколы.Известны способы получения эвтектических покрытий, в частности борсодержащих, с помощью нагрева токами высокой частоты. При формировании борсодержащих эвтектических покрытий на стальных изделиях с предварительно электролитически осажденным слоем образуется эвтектика толщиной до 1 мм с твердыми включениями, износостойкостью в 1,8 раза больше, чем для борированной стали 45. Процесс ведут при температуре нагрева до 1250 - 1280 с со скоростью нагрева 250 - 600 С/с. Эти слои характеризуются неравномерностью, пористостью, что требует введения дополнительной операции мехобработки. Нагрев ТВЧ вертикальных поверхностей ограничен вследствие потери деталью формы.ске изделий, обработанных по такой технологии, появляется большое количество брака,Целью изобретения является увеличение толщины слоя и его износостойкости, снижение обезборивания слоя, предотвращение сколов и трещин за счет обеспечения плавного перехода свойств борированного 30 слоя к сердцевине изделия, что позволит 35 увеличить долговечность борированныхстальных изделий.Поставленная цель достигается тем, чтонагрев осуществляют ТВЧ со скоростью 7090 С/с до температуры начала контактногоподплавления, определяемой по формуле1 н =тэ - А(2 - 4) Чн,а охлаждение осуществляют равномерно повсей поверхности со скоростью 800 -40 1000 С/с до температур мартенситного превращения с последующим самоотпуском с помощью тепла внутренних слоев изделия.По данному способу процесс электролизного борирования ведут по режимам,обеспечивающим толщину слоя не более 150 мкм. При этом в слое должны отсутствовать поры и трещины. В отличие от прототипа нагрев борированных изделий ТВЧ до температур контактного плавления предупреждает вероятность сколов, ускоряет диффузию атомов бора, увеличивая таким образом толщину диффузионной эоны и перенасыщенность бором фазы ЕегВ, формирует плавность перехода значений 4550 55 Обоснована необходимость снижения частоты и мощности индукционного тока в двухступенчатой схеме закалки с целью предотвращения хрупкого разрушения деталей, работающих при динамических на грузках.Наиболее близкой к предлагаемой является закалка ТВЧ борированных изделий, включающая предварительное электролизное борирование в течение 1,5 - 2 ч при тем пературе борирования 950 С и токе электролиза 0,25 А/см с последующей норгмализацией при 820-840 С в течение 2 ч и финишную операцию закалки ТВЧ с отпуском. При этом образуются боридные слои 15 толщиной до 180 мкм и закаленный на мартенсит подслой. При эксплуатации упрочненных изделий в начальный период (4 ч работы) износ в 6 раз ниже серийных неборированных закаленных объемно, Срок 20 службы в 1,3 раза выше серийных. Однако после обработки ТВЧ боридного слоя толщиной более 150 мкм наблюдается склонность его к самоликвидации в локальных областях существования критических оста точных напряжений и при серийном выпумикротвердости к сердцевине изделия. При нагреве ТВЧ со скоростью 70 - 90 С/с происходит снижение температуры контактного плавления на границе фаз Ее 2 В, Еез(В, С), -Ее по сравнению с температурами плавления для данных фаз на равновесной диаграмме состояния системы Ее-В-С и создаются условия для образования контактной переплавленной зоны при сохранении на поверхности зоны боридов с повышенными значениями микротвердости, При этом фаза ЕеВ не выявлена, а следовательно, отсутствуют растягивающие остаточные напряжения на границе фаз, Данная многослойная система обладает высокими физико-механическими свойствами. Кроме того, проведение ступенчатого охлаждения позволяет предотвратить сколы.П р и м е р, Борированные образцы из стали марок 45 и 40 Х с толщиной слоя 130 и 105 мм соответственно подвергались термообработке на установке с генератором ВЧГ/0,066, Изменение скорости нагрева проводили от 50 до 110 С/с через 20 С/с, изменение температуры нагрева варьировали в пределах 1050 - 1150 С, Охлаждение проводили при скоростях 150-200, 800- 1000, 1500 в 18 С/с. Температуру контролировали шлейфовым осциллографом и оптическим пирометром "Проминь", металлографический анализ проводили с помощью микроскопа "МЕОРНОТ". Микротвердость измеряли на приборе ПМТ, износ определяли на стенде и при полевых испытаниях по изменению размера рабочей части изделия. Результаты приведены в табл,1, 2.В табл.1 приведены значения толщины структурных составляющих борированного слоя после охлаждения со скоростью 150- 200 С/с,Как видно из результатов, приведенных в табл,1 и 2, нагрев ТВЧ до температур эвтектических реакций (для стали 45 1100 С, для стали 40 Х 1120 С) приводит к образованию зоны со структурой равновесной эвтектики, Нагрев до температур ниже эвтектических на 50 - 60 С не вызывает структурных изменений, не происходит перераспределения бора в борированном слое, сохраняется скачкообразность изменения микротвердости и остаточных напряжений, а значит сохраняется вероятность сколов,При скоростях нагрева менее 70 С/с в зависимости от температуры нагрева образуется либа эвтектика, либо сохраняется боридный слой, что не обеспечивает повышенных прочностных характеристик диффузионного слоя, Повышение скорости1740448 Тн =Тэ - А(2" 4) Чн,Таблица 11Заключение с+ 10 оС Чаа 10 с/с Вид обработки Толщина зоны, мкм Нарка стали боридов контакт- антек" п ного тики с подплав,45 Неудовл.рез-тсколы, неровностиНеудовл.ревет - разруш.при работеТо наНудоалат.раз-т " недостат.толанна упрочнанной зоныНеудовл,рез-т - ск лы,неровностиОптимальный рез-т То же . Предлагаемьспособ 900 105 1 ЗО90 50 110 40 1 ЗО Прототип Неудовл.рез-т - недостат.толщина упрочненной зоны э о 00 Неудовл.рез-тлы,нероаностиОптимальный резТо же Ча Предлагаемыиспособ 21 Чн са 4 тЧн050800. Неудовл.резротрещины рототип икс- Оч , - 2 Ч Предлагаемыйспособ Неудовл.реалы,неровностНеудовл.рездостат.толщи рочненной зо То же, трещи Неудол,рез-т ротрещины 70 ско 750 а упы Сэ чЧаасэ-",6 Ча 700 700 110 1 ЗО Прототип20 Прототип 00 нагрева более 90 С/с увеличивает вероятность образования микротрещин и сколов,Результаты, приведенные в табл,2, показывает, что охлаждение со скоростью более 1000 С/с приводит к возникновению трещин, которые могут распространяться вглубь материала, Охлаждение со скоростью ниже 800 С/с приводит к неполной закалке на мартенсит упрочненной зоны, не достигается плавность перехода физико- механических свойств, возникают зоны разупрочнения, происходит выкрашивание и ускоренный износ материала изделия.Полевые испытания, проведенные на звездочках свеклоуборочной техники, упрочненных по данному способу, показали повышение срока их службы в 2,5 - 3 раза. Износостойкость борированного слоя при этом после 500 ч работы увеличивалась в 4 - б раз по сравнению с серийными,Формула изобретения Способ термообработки борированных стальных изделий, включающий нагрев под закалку токами высокой частоты, закалку и отпуск, отл и чаю щийся тем,что, с целью увеличения толщины слоя и его износостойкости, снижения обезборирования слоя, 5 предотвращения сколов и трещин за счетобеспечения плавного перехода свойств борированного слоя к сердцевине изделия, нагрев осуществляют со скоростью 70 - 90 С/с до температуры, определяемой из ооотно шения ь - температура нагрева, С;15 Ь - температура эвтектической реак,С;Чн - скорость нагрева, .С/с;А - размерный коэффициент, град .20 а охлаждение при закалке проводят со скоростью 800 - 1000 град/с до температуры мартенситного превращения с последующим самоотпуском,1740448 Продолжение табл. 1 Вид обработки Чэ 10 07 с с+ 10 ес Заключение Толщина зоны мкм Иарка стали боридов контакт- эвтек- подного тики слоя подплав. с- ОЧ 40 Х 70 са 2 Чк с, - 4 Гч со - 61 ч э н110 350 Предлагаемыйспособ ЭО 40 Х 550 500 350 40 30 708510 г Прототип 0,1 Чь110с - 24 Чк 110 350 Предлагаемыйспособ 40 Х 400 8530 с, - 4; с - 6 Гчэ ч Следы,90105 350 То же 350 То же Прототип Таблица 2 Вид обработки Скорость охлаждения С/с Качество поверхности Толщина Иикротвердость, Н ГПа Иа рка стали зоны, мкм боридов конт.подплав. подслоя под- слоя бори- конт дов подплавПредлагаемыйспособ 50 40 40 150-200800-10001500- 1800 Прототип 775 7,58 40 Х 150-200 800- 1000 .1500" 1800 Предлагаемыйспособ 50 30 20 12 8 12,5 95 13 9 Гладкаятрещины 50 Составитель И.М.СпиридоноваТехред М.Моргентал Корректор М.Кучерявая Редактор О.Спесивых Заказ 2052 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 ГладкаяИикротрещ.ГладкаяИикротрещ.ГладкаяИикротрещ. 105 105 105 60 75 95 900 16 1000 19 850 20 350 16 350 18 350 19 550 21 650 20 450 21,5 Неудовл.реэ-тколы, неровностиОптимальный рез-тТо жеНеудовл,рез-т "недостат. толщинаупроч,зоны Неудовл.рез-т - сколы,неровностиОптимальный реэ"т То жеНеудов.реэ-т - микротрещиныНедов.рез-т - сколы, неровностиНеудов.рез-т - недостат,толщина упроч,эоны,микротрещи- ны