Способ высокотемпературной нитроцементации

ЯИ 4889 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4(51) С 23 С 8 56 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) .1, Авторское свидетельство СССРФ 396446, кл. С 23 С 9/04, 1968,2. Авторское свидетельство СССРУ 840196, кл, С 23 С 11/16, 199.(54)(57) СПОСОБ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙНИТРОЦЕМЕНТАЦИИ, преимуществеиио хромоникелевых сталей, вклвчаощий нагрев до 940-960 С и выдержку в пасыщающей среде, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьаеиия долговечности при циклических нагрузках, в процессе нагрева производятвыдержку при 800-900 фСИзобретение относится к упрочнениюстальных деталей, преимущественноиэ хромоникелевых, путем высокотемпературной нитроцементации, и можетнайти применение в машиностроениии других отраслях промышленности.Известен способ высокотемпературной нитроцементации из хромоникелевых сталей включающий выдержку приВ 60-870 С 1) 10ДанНый способ не позволяет получить достаточной глубины диффузионного слоя и высокой прочности, чтонеобходимо для деталей типа шестерен. 15Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способ высокотемпературной нитроцементации,включающий выдержку в течение 1-3 ч 20при 940-960 С, а затем при 890-910 Св течение времени, необходимого дляполучения заданной глубины слоями 2 1.Недостатком известного способаявляется то, что он не обеспечивает достаточно высокого предела выносливости при циклических нагрузках, Понижение температуры процессана второй ступени снижает растворимость углерода в аустените и вызыва- З 0ет образование карбонитридов в поверхностном слое, которые являютсяцентрами возникновения усталостныхтрещин в процессе работы деталей прициклических нагрузках.Целью изобретения является повышение долговечности при циклических нагрузках,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу высокотемпературной нитроцементации, преимущественно хромоникелевых сталей,овключающему нагрев до 940-960 С ивыдержку в насыщающей среде, в процессе нагрева производят выдержкупри 800-900 С. Насыщение азотом производят преимущественно на первой ступени, так как йри пониженной температуре соз даются наиболее благоприятные усло вия для поглощения его из насыщающей среды.Время выдержки должно обеспечивать предельное насыщение стали азотом до появления "темной составляющей" 55 в виде точечной сетки, наличие которой приводит к образованию деФектной структуры, снижающей предел выносливости нитроцементованной сталина 30-703, при этом контактная выносливость уменьшается в .5-6 раз,Продолжительность выдержки 1-2 чявляется оптимальной, так как обеспечивает концентрацию азота в поверх-ностном слое 0,28-0 у 35 Х,В последствии азот активизируетпроцесс насыщения металла углеродом.Повышение температуры на второй ступени ускоряет процесс диффузии вглубьметалла, предотвращает образованиегрубых карбонитридов в поверхностном слое и обеспечивает формнрованиедиффузионного слоя с оптимальным содержанием компонентов по глубинеслоя.П р и м е р, Детали иэ стали12 ХНЗА загружают в шахтную печь Ц,нагретую до 870110 С, после прогрева подаюттриэтаноламин (до 65-70 капель в минуту) и выдерживают 1 ч.Затем производят нагрев деталей яуглеродоазотистой среде беэ изменеония подачи триэтаноламина до 950 ф 10 Спо мощности печи и выдержку приэтой температуре 5 ч. Охлаждение деталей производят на воздухе.Последующая термическая обработка деталей заключается в высокомотпуске прн 630+10 С с охлаждениемна воздухе, закалке в масле, от810+10 С и низком отпуске при180 110 С.После обработки по такому режиму получается мелкодисперсная структура поверхностного слоя, состоящая из скрытноигольчатого мертенсита и мелкодисперсных карбонитридов, распределенных по всей глубине активного слояОбработка при выходе за граничные значения температурных интервалов 1-й ступени не обеспечивает получение микроструктуры стали, соответствующей требованиям ОСТ 3-4704- 80 как "годная". При нижней граничной температуре 780-790 С и продолжительности выдержки 2 ч в микро- структуре после окончательной термическойобработки видны следы разорванной сетки, карбонитриды балла 8. При продолжительности выдержки 1 ч при этой температуре в поверхностном слое получают карбонитриды балла 7, но также видны следы разорванной карбидной сетки на глубине до 0,1 мм, что является неже1148дательным явлением, так как снижают,ся прочностные свойства стали,При верхнем граничном значении температурного интервала 1-й ступени (930110 С) при выдержке 1 ч и последующей продолжительности выдержки во 2-й ступени 5 ч в структуре получают остаточный аустенит балла 4, а при выдержке 2 ч в 1-й ступени остаточный аустенит балла 6, что приводит 1 О к браку, для исправления которого требуется дополнительно повторная термическая обработка, включающая нагрев и закалку.Повторная термическая обработка увеличивает технологический цикл обработки деталей и экономически является нецелесообразной.На чертеже представлено распределение твердости по глубине нитро О цементированного слоя зубьев шестерен, обработанных по известному и предлагаемому способам.Режимы обработки шестерен из стали 12 ХНЗА по известному и пред- д лагаемому режимам, а также результа ты исследований качества нитроцементации приведены в таблице.Из приведенных результатов исследований видно, что по сравнению с .известным способом предлагаемый обеспечивает получение больших значений эффективной глубины слоя при одина 896 4ковых общих глубинах слоев, Нитроцементация при граничных условияхпервой ступени в случае несколькоменьшей общей глубины слоя такжеобеспечивает большую глубину эффективного слоя по сравнению с известным способом,Испытания зубьев шестерен при циклическом изгибном напряжении пульсирующей нагрузкой по ассиметричномузнакопостоянному циклу с коэффициентом ассиметрии 0,5 показали, что набазе 1 10 циклов шестерни, обрабоьтанной по известному способу, нагрузка составляет 9 тнс, а обработаннойпо предлагаемому способу 12 тнс.Таким образом, предлагаемый, способ нитроцементации за счет увеличения эффективной глубины диффузионного слоя повышает долговечность прициклических нагрузках на 303 по сравнению с известным способом. По сравнению с базовым объектом, включающимцементацию при 940+10 С в течение8-9 ч, предлагаемый способ повышаетпроизводительность, улучшает качество изделий и повышает долговечностьдеталей.Предварительный расчет показал,.что экономический эффект от использования изобретения на предприятияхподотрасли. составит 36,0 тыс.руб,в расчете на 100 иэделий.3 д о ф Е Ю Х Юх до хь 3 оАхюяО ее о Е йю.-х.о в ) )О лЕо ц о Ф Ф И Ю Ф х О Д л Я ЦоЗ о ххцо ое д.- ХР, б 3 о е ееюхо Е и х о х е ойцо хр,о о м.3 О лужхбооех- о4 1 ч Р,сб Хца,1-Ьещхох эххох й о о о ф а 1 1 1 1 1 2жх ф й Ц о 1 щ 7 с 3 4 о Ц а ф иф оо ох 111 ф Ь 1 1,О1 ИЕ О