Способ обработки инструментальныхсталей

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик и 821512ФМе(22) Заявлено 11.06.79 (21) 2778229/22-02 с присоелинеиием заявки М(23) П риоритет -Гевудараевкмй кемитет СССР ве делам изабретеиик и открытий(72) Авторы изобретения М. С. Кенис, Л.А. Мигачева, Т. В. ТетюеваБ, ф, Трахтенберг,Е, АЯкубович, И, П. Степанова и Г, А, Котельников роцесса можетпредварителье до температув зоне 1= -фаУвеличение бины слоя не достиг Изобретение относится к химико-термической обработке инструментальнь 1 х сталей, преимущественно штампового назначения и может быть использовано для . повышения стойкости штампов и деталей пресс;4 орм, работающих в условиях интен- ф сивных температурно-силовых. нагрузок.В современном машиностроении для изготовления штампового инструмента применяются сложнолегированные хромо- вольфрамовые стали 4 ХЗВМФ, ЗХ 2 В 8 Ф и др. Для создания износоустойчивого и теплостойкого поверхностного слоя инструмент подвергают 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 карбонитрпдной20 фазы и нитридной сетки по границам зерен обуславливает резкое снижение прочности 11. 2Некоторое ускорение пбыть достигнуто за счетной дегазации при нагревры обработки в вакууме 21 .Однако эти способы не обеспечиваповышения прочности диффузионного сс одновременным увеличением его глубины. Невысокая прочность связана, вчастности с развитием пористостиметастабильной высокоазотистой ется также и в способе химико-термической обработки, согласно которого применительно к инструментальным сталям предварительная выдержка при 300-400 втечение 1-3 часов не пает ощутимогоувеличения коэффициента диффузии азота,что связано с наличием в инструментальных сталях большого количества дисперсных карбидов, которые связывают азотв карбонитриды, что препятствует развитию диффузионного подслоя в видес-твердого раствора 31.8215 1 О 5 20 25 30 40 45 3Наиболее близким по технической сущ. ности и достигаемому результату является способ химико-термической обработки инструментальных сталей штампового назначения, включающий. закалку с пониженной температуры 1000-1050 С, от 0 пуск и ваотирование 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 ударно- силовых и температурных нагрузок, это не обеспечивает высокой стойкости инструмента.При повышении температуры закалки цо 1100-1120 С проискодит рост зер 0на, 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 0, - твердом растворе, а также создать условия для повышения его диффузионной активности.Цель изобретения - интенсификация процесса насыщения стали азотом и повышение твердости аяотированного 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 до 1200-1250 С и охлаждением в масло,Оа отпуск совмещают с азотированием, При этом закалку с пониженной температуры проводят от 970-10700 С, а количество циклов при термоцикдировании выбирают равным 3-5 в зависимости от марки стали. 12 4Термоциклирование интенсифицируетпроцесс растворения карбидов и обеспечивает высокую концентрацию легируюаикэлементов в пересыщенном 0 - тверцомрастворе термообработанной стали. Повы-шение легированности тверцого раствораспособствует увеличению растворимостиазота в. 06 - фазе, что служит одной изосновнык причин повышения твердости.Повышение растворимости азота в й -фазе тормозит Образование на поверхностислоя хрупких высокоазотистых фаз и темсамым способствует повышению прочности.Кроме того, термоциклирование увеличивает количество дефектов кристаллической решетки, что облегчает диффузию, активирует кинетику азотирования и обеспечивает увеличение толщины диффузионногослоя.Совмещенйе отпуска с процессом азотирования определяется необкоцимостьюсохранения в твердом растворе на начальном.этапе упрочнения высокой концентрации дефектов, достигаемой в процессетермоциклирования, что важно в связи стем, что азотирование особенно интенсивно протекает на начальном этапе. Крометого, нагрев цо отпускнык температур ицлительная выдержка в процессе азотирования обеспечивают получение требуемого уровня физико-механических свойствосновного металла упрочняемого изделия.Выбор температур 1200-1250 дляонагрева при термоциклировании обусловлен необходимостью наиболее полного 5растворения карбидов типа М е 6 С иповышения степени насыщения твердогораствора легирующими элементами. Сцелью обоснования необходимого количества циклов термоциклирования выполнена оценка влияния количества циклов.на глубину упрочненного слоя в обраэцакиз сталей 4 ХЗВМФ и 4 Х 4 ВМФС. Термоциклирование осуществляется с нагревомдо 1250 в каждом цикле, выдержкойвремени 6 мин и охлаждением в масло.Азотирование в среде диссоциированногоаммиака при 560+10 О в течение 18 ч.Данные привецены в табл. 1.Таблица 1Ма ка стали 4 ХЗ ВМФКоличество цикловтермоциклирования 1, 2 3 4 Глубина упрочненногослоя, мкм 190 227 295 301 4 4 ВМФС5 1 2 3 4 5 6304 183 202 278 315 326 329821512 Таблица 2 предла гаему способу 290 180 168 1097 1064 1003 9 920 870 847 803 72 24 514 454 27 429 429 По,известном ый способины упрочрцости по азываетния происхоидной незцов,Таким об Ьбеспечивает пенного слоя глубине, Кро металл огра фи цит заметное оцнороцности разом, прецлагаемувеличение глуб и повышение тв ме того, как пок ческие исслепова уменьшение карб по сечению обра л а и 3 о б р е 1. Спос ных сталей назначения Из анализа приведеннык в табл. 1 результатоь слецует, что глубина упрочненного споя на стали 4 ХЗВМФ, заметно возрастает при увеличении числа циклов до 3, При меньшем количестве циклов не обеспечивается интенсификация процесса и повышение тверпости аэотированного слоя, так как при этом не достигается, аостаточная циссоциация карбидов МеС и не образуется необходимая для аливиэации циффузии азота плотность дефектов, При увеличении степени легированности (например цля стали 4 Х 4 ВМФС) число циклов необкоцимо увеличить. Оцнако, как слепует 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 происхоцит полная диссоциация карбидов МеС и насыщение М - . тверцого раствора легирующими элементами. Это поцтвержцается цанными рентгеноструктурного анализа экстрагированных карбицов, которые показывают, что в стали 4 ХЗВМФ, подвергнутой 3-х кратному термоциклированию, рефлексы карбидов МеОС. уже не наблюдаются. В более легированной стали 4 Х 4 ВМФС этот эффект постигается за 5 циклов. При этом максимальобработки инструментальреимущественно штамповоговключающий закалку с пониная поверхностная тверцость соответствует 3-5 кратному термоциклированию и при пальнейшем увеличении числа циклов практически не изменяется. Это позволя ет считать, что оптимальное число циклов термоциклирования накопится в прецелах 3-5,П р и м е р . Испытания преплагаемого способа проводят на цилннцрическихобразцах диаметром 26 мм высотой10 мм из стали 4 ХЗВМФ. Образцы подвергают 3-х кратному термоциклированяюс нагревом цо 1250 О и охлаждением вмасло. После термоциклирования выполня-ют закалку с нагревом цо 970 и охлажодением в масло. Затем образцы аэотируютв среце циссоцированного амиака притемпературе 560+ 10 в течение 18 ч. й Одновременно провоцят обработку аналогичных образцов по известному способу:,закалка в масло с температуры 1070,аотпуск при температуре 600 О н последующее азотирование при 560+ 10 в течео ф ние 18 ч. В образцак, обработаннык посравниваемым режимам, опрецеляют глубину диффузионного слоя и распределениемнкротверцости по глубине на приборе0 пию 6.". Результаты привецены в 30 табл. 2. женкой температуры, отпуск и аэотированне, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью интенсификации процесса аэотирования и увеличения тверцости азотированного слоя, перец закалкой проводят термоциклирование с нагревом цо 1200 1250 С и охлажцением в масло, а отпуск совмещают с азотированием.2.Способпоп. 1, отлячающ и й с я тем, Что закалку провоаят с 970-1070 С.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что количество цикловпри термоциклировании равно 3-5 в зависимости от марки стали.Источники информации; принятые во внимание при экспертизе1. Геллер Ю. А, Инструментальные стали. М., 1968, с. 491-495.821512 8 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, 1975,4. Лахтин Ю. А. и др. Азотирование стали. М., 1976, с, 73,Составитель Р. КлыковаРедактор И.Касарда Техред С,Мигунова Корректор М,немчикЗаказ 1723/42 . Тираж 618 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4