Способ упрочнения стальных деталей

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ,(71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения(56) 1.Геллер Ю,А, Инструментальныестали, М "Металлургия", 1975,с.295297, 493-814,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 3623406/22-02,кл. С 23 С 11/18, 1983.(54)(57) 1,СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫКДЕТАЛЕЙ. преимущественно из высокохромистой стали, включающий высокотемпературную нитроцементацию, высокийотпуск, нагрев под закалку, закалку и низкий отпуск, о т л и ч а ющ и й с я тем, чтд, с целью увеличения глубины диффузионного слоя и требуемого распределения твердости по сечению, высокотемпературную нитроцементацию производят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу и мочевину, при следующем соотношении компонентов,мас.Х: Карбоксиметилцеллюлоза 12,5-)5,0 Мочевина 2,1-3,0 Вода Остальное а нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 С ниже прио ня той.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что высокотемпературную нитроцементацию проводят при 760-1050 С,3, Способ по п.1, о т л и ч а юи й с я тем, что высокий отпускуществляют при 600-700 С в течее 1-2 ч.4Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с ятем, что нагрев под эакапку ведут в соляной ванне и в печи с защитной атмосферой, 164290Изобретение относится к машиностроенйю, в частности к упрочнениюстальных деталей, преимущественноштампового инструмента из высокохромистой стали, например Х 12 М,5Известны. способы упрочненияштампового инструмента путем закалки и отпуска с применением предварительной химико-термическойобработки: азотирования цианиро ОРнанни, нитроцементации 1.Однако известные способы упрочнеиия не обеспечивают, высокиеэксплуатационные свойства для штампового инструмента Йз высокохромистой стали, работающего в услови-ях холодной деформации .Наиболее близким к предложенномупо технической сути и достигаемомурезультату является способ упрочюнения стальных деталей, включающийвысокотемпературную нитроцементациюс выдержкой в начале при 800-900 С,а затем при 940-960 С с последующимоотцуском при 630+10 С, закалку и от- р 5пуск по принятым режимам 2,После обработки стали 12 ХНЗЛупрочненный слой не превышает 1,1 мм,Однако известный способ характеризуется длительностью процессанитроцементации и недостаточнойглубиной упрочняемого слоя. Крометого, применение известного способадля штампового инструмента из высокохромистой стали не обеспечиваеттребуемого распределения твердости.Цель изобретения - увеличение глубины диффузионного слоя.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу упрочнения40стальных детапей, включающему высокотемпературную нитроцементацию, высокий отпуск, нагрев под закалку,закалку и низкий отпуск, высокотемпературную нитроцементацию произво 45дят путем нанесения водной пасты, содержащей карбоксиметилцеллюлозу имочевину, при следующем соотношении компонентов, мас,7.:Карбоксилметипцеллюлоза 12,5-15,050Мочевина 2,1-3,0Вода Остальноепри этом нагрев под закалку осуществляют до температуры на 30-50 С нижепринятой,Высокотемпературную нитроцементацию проводят при 760-1050 С. Высокий отпуск осуществляют при 600-700 С в течение 1-2 ч.Нагрев.под эакапку ведут в соляной ванне нли в печи с защитной атмосферой.Способ осуществляют следующим образом.Пастой смазывают обрабатываемые детали, помещают в герметичный контейнер, производят сушку при 250-450 С с выдержкой 0,5-2,0 ч в зависимости от размеров контейнера, далее нагревают и выдерживаюто в интервале температур 760-1050 С, Время выдержки зависит от необходимой глубины диффузионного слоя. При нагреве происходит разложение составляющих пасты с вьделением высокоактив - ных продуктов деструкции и диффузия последних в поверхностный слой деталей со средней скоростью, равной соответственно 0,175; 0,6;0,865 и 1,17 мм/ч для температур 760, 920, 1000 и 1050 С.Такая скорость диффузии очевидно, обеспечивается высокой активностью компонентов, выделенных из пасты, и вторичной восходящей диффузией углерода и азота вглубь металла при дальнейшей закалке. Как показали сравнительные исследования, образующиеся в поверхностном слое карбиды и карбонитриды повышают его микротвердость Н = 1140 кгс/ммП р и м е р 1, Готовят пасту следующего состава, мас.7:Карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) 12,5Мочевина 2,1Вода ОстальноеУказанные ингредиенты тщательно перемешивают.при комнатной температуре до однородной массы и наносят на поверхность образцов из сталей Х 12 Ф и Х 12 М толщиной 2-3 мм. Последние помещают в герметичный контейнер и просышивают при 300 С во течение 45 мин, Варианты нагрева в селитовой печи Гследующие:отемпература нагрева 760 С, выдержка 2 и 4 ч;температура. нагрева 920 С, выдержка 1,3 и 4 ч;температура нагрева 1000 С, выдержка 1,3 и 4 ч;отемпература нагрева 050 С, выдержка 1 и 3 ч.П р и м е р 2, Готовят пасту следующего состава, мас. 7.:Кар боксиметилцеллюлоза 14Мочевина 2,5Вода ОстальноеТехнологические операции и варианты нагрева проводят аналогично примеРУП р и м е р 3, Готовят пасту следующего состава, мас, .:Карбоксилметил- Оцеллюлоза 15Мочевина 3,0Вода ОстальноеТехнологические операции и варианты нагрева проводят аналогично примеру 1,Образцы после поверхностного насыщения охлаждали на воздухе вместе сконтейнером, после чего производилиотпуск при 650+10 С в течение 1,5 ч,Одалее шлифовали с одного торца наглубину 3 мм. С целью получения высоких значений ударной вязкости ипредела прочности нагрев под закалку производили в соляной ванне притемпературах: сталь Х 12 Ф 1000+10 С,сталь Х 12 М 960+10 С, что на 30-50 Со ониже оптимальных, с выдержкой 15-30 сна 1 мм сечения, Предварительный подоогрев производили до 860 С, Детали охлаждали в масле. Температура отпуска190+10 С, время отпуска 1,5 ч. Нагревпод закалку можно производить и вэлектрических печах с использованиемзащитных атмосфер,Результаты исследования образцовприведены в табл.1 и 2.После термообработки матричнаятвердость деталей составляла НВС 5557, в поверхностных слоях микротвердость равнялась Н = 1140 кгс/ммЯ 40и плавно уменьшалась до микротвердости матрицы, равной Но= 613-644 кгс/мм,Ячто обуславливает прочную связь упрочненного поверхностного слоя с45матрицей.После шлифования со снятием припуска в 5,4-0,5 мм микротвердостьна шлифованной поверхности незначительно уменьшалась до Н = 890 -50940 кгс/мм и с увеличением глубины она плавно изменялась до Но== 613-644 кгс/мм, что позволяетобеспечить высокие износостойкость,а н вязкость и очность,уд Р ую прПредложенный способ позволяет уве.- личить глубину упрочненного слоя до 2,5 мм и одновременно повысить пластичность матрицы, Последнеедостигается благожаря снижению темопературы закалки на 30-50 С,Известна, что штамповые стали закаливаются на зерно 10-11 балла ста- .ли, что соответствует максимальнойтвердости матричных слоев. Снижениеотемпературы закалки до 30 С не оказывает существенного влияния на размер зерна, которое соответствует 11баллу. Твердость после отпуска сос"тавляет НКС 56-57. Дальнейшее снижение температуры на 30-50 С позволяетполучить зерно 12-14 балла, а твердость равна НКС 53-56 (после отпуска при 200 С), Снижение температурыозакалки более, чем на 50 С значительно снижает твердость матричныхслоев (НЕС 52 и ниже), что резкоуменьшает сопротивление пластическимдеформациям.Предельные значения концентрацийКМЦ и мочевины в пасте обоснованыс точки зрения. технологически и экономически,Нитроцементация с пастой, содержание КМЦ в которой ниже 12,5 Е, невозможна из-за ее мгновенного испаре"ния при нагреве, требует длительнойсушки, что затрудняет герметизацию муфеля,Концентрация КМЦ в пасте свыше 15 незначительно влияет на твердость и глубину диффузионного слоя,Добавка мочевины в пределах 2,13,0 обеспечивает диффузию азота вметалл вместе с углеродом, понижаеттемпературную область существования аустенита и значительно влияетна ускорение диффузии углерода.Дальнейшее повышение концентрациимочевины в пасте приводит к тому,что в процессе насыщения в поверхностных слоях образуются хрупкиекарбонитридные фазы, что ухудшаетшлифование,П р и м е р 4. Готовят пасту следующего состава, мас, :Карбоксилметил -целлюлоза 12Мочевина 3Вода С стальноеТехнологические операции приводят аналогично примеру 1. Обнаружена недостаточная герметизация, Характерно, что с повышением времени выдержки происходит обезуглероживание поверхностных слоев образцов.1164290 Таблица 1 Глубина диффузионного слоя, мм Режим обработки Микротвердостьупрочненногослоя ) Н )кгс/мм2 Пример 1 Пример 2 Пример 3 Насыщение при760"С; выдержка2 ч О, 38-0,41 0,60-0,62 0,32-0, 350,55-0,58 О, 38-0,40 0,60-0 )62 794-840 840-890 4 ч Насыщение при920 С; выдержка1 ч3 ч 0,72-0,75 1,60-1,70 890-10 О 940-1070 О, 72-0, 75 1,60- 1, 70 0,70-0,75 1,50-1,00 1070-140 2,00-2,102,05-2,10 2,05-2,15 4 ч Насыщение при 1000 С; выдержка 1 ч 1010-1070 140-1220 1140-1220 1,15-1,20 2,20-2,30 2,45-2,50 1,10-1,15 2,20-2,25 2,40-2,45 1, 15-1, 20 2, 20-2, 30 2,45-2,50 3 ч 4 чНасыщение при1050 С; выдержка1 ч 1,50-1,55 1,50-1,55 940-107(7 2,40-2,50 2,40-2,50 1140-1220 1,45-1,502,40-2, 50 3 ч%Значение микротвердости указано на расстоянии 20-30 мкм от поверхности. П р и м е р 5, Готовят пасту следующего состава, мас,7;Карбоксилметилцеллюлоза 20Мочевина 3Технологические операции проводят аналогично примеру 1,П р и м е р 6. Готовят пастуследующего состава, мас.Е:Карбоксиметилцел:,"люлоза 20Мочевина 4Вода . ОстальноеРезультаты исследования образцовприведены в табл.2,Таким образом, предложенный способ обеспечивает высокую твердостьповерхности на глубину до 2,5 5 мм с плавным уменьшением ее ксердцевине, что обеспечивает высокую эксплуатационную стой -кость. О Экономический эфФект на единицупродукции от использования штампа для вырубки статорных и роторных листов электродвигателя составит до 403 за счет повышения износо стойкости в условиях эксплуатации.1164290 Таблица 2 олщина диффузионного слоя, мм по примерам ротвердость Не, кгс/ммФпо прииерам Реаим обработки 1 е 05-в 10 115-,25 794-840 840-890890-940 2,25-2,30 2,20-2,35 713-.752 010-1070 940-1070 2,50-2,55 2,45-2,55 508-532 100-1140 1070-1140 4 ч Значение микротвердости указано на расстоянии 15-25 мкм от поверхности.Обнарукен нетравлеиый карбонитридный слой толщиной 10-15 мкм,Появляется обеэуглероживание поверхности на глубину О, 3-0,4 мм. Составитель Р.Клыкова Редактор Т. Колб Техред Л.Микеш Корректор И, ЭрдейиЗакаэ 4157/25 Тираж 553 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5