Способ обработки стальных деталей

Комитет Рессийскей Федерацииае патентам и теварным зи 19) 1 Ш оо 9323 С(УЗ) йелагуров Михаил Александрович (Эф СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬЙИХ ДЕТА 1 ЕВфЩ Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для прочнения стальных деталей сповной формы в условиях массового производства Сущность изобретения: стальные детапи подвергают газотермобарической обработке в атмосфере газообразного азота при давлении 10 - 200 МПа и температуре 750 - 1100 С в течение 05 - 5 ч, После этого детапи нагревают в соляной ванне до 350 - 1050 ОС, выдерживают в течение времещ необходимого для получения твердого раствора азота; и охлаждают по режиму, предотвращающему образование остаточного аустенита Закаленные детали подвергают отпуску при 100 - ИВОС в течение 65-2 ч.;ф. може; быть использовано для упрочнениястаьчых деталей сложной формы в условиях массе вого производства.Известен способ упрочнения деталей,,например шестерен, инструмента, штанг,включающий цементациюа аустенитной области, закалку и отпуск ЯПосле обработки известным способомдеталей сложной формы с технологическими отверстиями, какие имеют, например,плунжерные пары и корпуса распылителейдйзельных двигателей, имеет место отличиев твердости поверхности детали по глубинеотверстия, а именно, в интервале от 58 до 52НЙС.Низкая твердость у дна отверстия приводит к интенсивному износу в процессеэксплуатации детали.Различие по твердости появляетсявследствие отсутствия конвекции насыщенного газа в полость отверстия в процессецементации детали.У корпуса распылителя; обрабОтанногосогласно известной технологии, эксплуатационная стойкость не превышает 3 тыс. ч,Наиболее близким к предложенному является способ азотирования деталей, включающий выдержку.в токе аммиака винтервагге температур 570-590 С в течение20-50 ч, после чего температуру снижают до500-510 ОС и азотируют в течение 15-30 ч 2),Известный режим широко применяется внастоящее время на машиностроительнЫхзаводах, при массовой обработке деталей, вчастности для поверхностного упрочнениядеталей двигателей сложной формы с технологическими отверстиями - плунжерныхпар, корпусов распылителей и др.Толщина насыщенного азотом уирочненного слоя на деталях из сталей 25 Х БМ18 о Х Н 4 Уд составляет 0 30 0 35твердость по глубине технологического отверстия колеблется гт 59 до 54 НЯС. Присутствие в диффузионном слое на поверхностидеталей упрочняющей фазы в виде кубического нитрида Сгй, изоморфного матрице,предпочтительнее дпя обеспечения эксплуатационной стойкости, чем ромбоэдрического карбида, Сг 2 зС 6, фактическиобразующегося при цементации,Способом Я так же как и способом 13в условиях массового производства невозможно добиться равномерного упрочнениядеталей сложной формы,по всей поверхности, в том числе и по поверхности технологических отверстий, что связано сотсутствием конвекции насыщенного газа вполости отверстия. Кроме того, при реализации известного способа невозможно добиться постоянства азотного потенциаланасыщающей атмосферы в каждой точке реакционного пространства, в котором проходит обработку садка с деталям 1 ф, что5 впоследствии приводит к значительномуразбросу по стойкости (ресурсу), особеннозаметному в условиях массового производства. Вследствие непостоянства азотногопотенциала стойкость корпусов распылите"0 лей, обработанных в одной садке, колеблется от 2 до 4 тыс, ч,Кроме того, известный способ длителен - не менее 35 ч и неэкологичен, поскольку аммиак токсичен.15 целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости и ее стабильности в условиях массовогопроизводства, сокращение времени обработки и обеспечение ее экологичности.20 для достижения указанной цели пред- .лагается способ обработки стальных деталей, включающий нагрев, выдержку ваэатсодержащей среде, охлаждение и закалку с последующим отпуском, в котором,согласно изобретению, детали выдерживают в среде газообразного. молекулярногоазота при его давлении 10-200 Мйа, температуре 750-1100,С в течение 0,5-5 ч. Поокончании выдержки детали. охлаждают до30 комнатной температуры и подвергают закалке: нагрев в соляной печи (50 йаС 1+-+50,4. КО) до 850-1050 С, выдержка 5-10мин, охлаждение в 5-87 О-ном растворейаС 1. После закалки детали подвергают от 35 пуску при температуре 100-180 С в течение0,5-2 ч. Если после охлаждения в 5-8-номрастворе йаС в стали. сохраняется еще некоторое количество аустенита, закалку необходимо,".,родолжить в криогенной среде,Обработке предложенным способомподвергали детали сложной формы с технологическими отверстиями - корпуса распылителей из стали 18 Х 2 Н 4 МА и плунжерныепары из стали 25 ХБМ.45 Вследствие. того, что величина азотногопотенциала задается во время выдержкидеталей двумя параметрами - давлением и, вменьшей мере, температурой, которые можно с высокой степенью точности поддержи 50 вать постоянными в течение всего временивыдержки, о"еспечивается равная стойкость деталей, обработанных в одной садке,Использование безвредного газа - азота обеспечивает экологичность предлагае 55 мой технологии по сравнению с известной.За счет использования при обработкевысоких давлений азота в сочетании с высокими температурами и последующей перезакалкой обеспечивается сохранениемелкозернистой структуры, активизациянию поверхности и снижению ресурса работы деталей.Время выдержки при закалв определяют стандартным способом,5 Охлаждение проводят по режиму, обеспечивающему полное протекание мартен-ситного превращения - для стали 25 Х 5 М это5 - 8 -ный раствор МаС 1, для 18 Х 2 Н 4 МАохлаждение необходимо продолжить в жид 10 ком азоте.Отпуск при температуре ниже 100 С недостаточен для снятия закалочных напряжений; выше 180 С - приводит к снижениюэксплуатационной стойкости,15 Выдержка приотпуске менее 0,5 ч недостаточна для снятия закалочных напряжений. Выдержка более 2 ч экономическинецелесообразна. Выдержка более 5 ч нецелесообразна по экономическим соображениям, т,к. получаемые слои имеют глубину3 мм, что более чем достаточно для эффективного упрочнения. 5Нагрев под закалку следует проводить в соляной ванне(50% йаС 1+50% КО) вследствие того, ч о детали после закалки подвергаются только финишному шлифованию, и, кроме того, расплав соли снижает деазо тирование поверхности.Нагрев под закалку ниже 850 С недостаточен для растворения нитридов и перевода азота в твердый раствор, Нагрев выше 1050 С приводит к сильному деазотироаадиффузии азота в поверхностный слой, следствием чего является повышение стойкости деталей при эксплуатации; так, ресурс работы корпусов распылителей из стали 18 Х 2 Н 4 МА с 2 - 4 тыс. ч повысился до 10 тыс.ч, а у плунжерных пар из стали 25 Х 5 М с 3-5 до 12 тыс.ч. При этом необходимо отметить отсутствие сажеобразования в отверстиях корпусов распылителя, через которые происходит впрыскивание топлива, Это происходит именно потому, что поверхность отверстия равномерно насыщена азотом, чего в случае известного способа получить невозможно;В предлагаемом способе выдержка при . темпера 1 уре ниже 750 С недостаточна дляэффективной диффузии азота и полученияглубины упрочненного слоя 1 мм и выше,поэтому эксплуатационная стойкость деталей была бы низкой. Обработка выше 1100 С привела бы к значительному росту . зерна, следствием чего было бы падение стойкости деталей. Кроме того, в поверхностном слое присутствует остаточный азотно-углеродистый аустенит, который вследствие его стабильности невозможно полностью превратить.в мартенсит даже путем проведения криогенной обработки. Наличие же в поверхностном слое остаточного .аустенита приводит в процессе эксплуатации деталей к изменению,ее геометрических размеров и выходу из строя (зак: нивание плунжерной пары).Давление при обработке ниже 10 МПа недостаточ о для создания требуемой концентрации азн а в поверхностном слое, что веде. к падению эффекта упрочнения. Давление свыше 200 МП:.1 создает избыточную конценрацик азота, что приводит к охрупчиванию повермносного слояВыдержка менее 0,5 ч не позволяет получить слой глубиной свыше 1 мм, что при эксплуатации деталей приведет к преждев. ременному выходу их из строя. Предложенным способом обработаны партии деталей по 500 шт. в каждой - корпуса распылителей из стали 18 Х 2 Н 4 МА и плунжерные пары из стали 25 Х 5 М.. Детали помещают в нагревательное устройство газостата и герметизируют его камеру; После этого камеру вакуумируют, заполняют газообразным азотом и повышают его давление до 10-200 МПа. По дости- . жении требуемого согласно технологии давления включают нагревательное устройство и повышают температуру до 750- 1100 С, выдерживают при этих режимах 0,5 - 5 ч и проводят охлаждение до комнатной температуры,Азотированные изделия подвергают нагреву под закалку до 850-1050 С в соляной ванне 50 О йаО + 50 О КС 1, выдерживают 5-10 мин и охлаждают по-режиму, предотв ращающему образование остаточного аустенита - для плунжерных пар из стали 25 Х 5 М, охлаждение проводят в 5-8-ном растворе КаО в воде, для корпусов распылителей из стали 18 Х 2 Н 4 МА необходимо продолжить охлаждение, например, в жидком азоте или твердой углекислоте. После закалки детали подвергают отпуску при 100 - 180 С в течение 0,5-2 ч,Обработанные предложенным способом детали подвергают ускоренным стендовым испытаниям, которые имитируют реальную работу деталей при поступлении топлива с.абразивом. Стендовые испытания показали, что ресурс работы корпусов распылителей повысился с 2-4 до 8-10 тыс, ч, а плунжерных пар с 3-5 до 10-12 тыс. ч при отсутствии разброса па стойкости деталей, обработанных по одному режиму.2003732 Составитель А. ОмельченкоРедактор С, Кулакова Техред М.Моргентал Корректор М.Самборская ТиражПодписное НПО "Поиск". Роспатента113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5 Заказ 3311 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Предложенный способ менее длителен высоких нагрузках, в том числе и в агрессивпо времени, чем известный и экологически ных средах, поскольку топливо, особенно чистый, дизельное, содержит значительное количество серы.Все зти преимущества делают предла-. 5гаемое техническое решение перспектив- (56) 1. Лахтин Ю. М. Химико-термическая . ным для внедрения на заводах, где обработка металлов. 1985, с. 114.требуются глубокие упрочненные слои на2. Авторское свидетельство СССР . деталях, работающих в условиях износа приМ 899712, кл. С 23 С 8/26, 1980.10Формула изобретенйя . в течение 0,5-5,0 ч, а после охлаждения,ПОС ОБРАБОТКИ Тн 1 Х ДЕ детали подвергают закалке путем нагрева,до 850 - 1050 С в соля,ной ванне и вы е ж-ки, обеспечивающей пол ение твераствора азота, после чего и ово т ох, обеспечивающей получение твердого,атмосфере газообразного азота при давле- лажд по Режиму, предотвращающему. нии 10 -200 МПа, температуре 750 - 1100 С образование остаточного аустенита, и от-.пуск при 100180 С в течение 0,5-2,0 ч,