CZ201273A3 - Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace - Google Patents
Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace Download PDFInfo
- Publication number
- CZ201273A3 CZ201273A3 CZ20120073A CZ201273A CZ201273A3 CZ 201273 A3 CZ201273 A3 CZ 201273A3 CZ 20120073 A CZ20120073 A CZ 20120073A CZ 201273 A CZ201273 A CZ 201273A CZ 201273 A3 CZ201273 A3 CZ 201273A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- nitriding
- tool
- temperature
- chemical
- tool steel
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 title description 3
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 12
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005242 forging Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical group N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace spocívá v tom, ze v procesu zuslechtení se bezprostredne po zakalení nástrojové oceli provede zmrazení nástroje na teplotu -140 .degree.C nebo nizsí. Výdrz na této teplote je po dobu nejméne jedné hodiny. V dalsím kroku následuje propustení, a na záver nitridace. Ve variantním resení se popoustení provádí opakovane. Tento zpusob vede ke zvýsení zivotnosti ruzných typu nástroju, jako jsou napríklad vstrikovací formy nebo kovací zápustky.
Description
A
Způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s využitím nitridace
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu tepelného a chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí. Možné aplikace spadají do oblasti strojírenství, přesněji tváření a obrábění kovů a jiných materiálů.
Dosavadní stav techniky
Zušlechťování a chemicko-tepelné zpracování nástrojových ocelí jsou klíčové technologické postupy, které slouží k dosažení potřebných mechanických vlastností těchto ocelí, zejména pevnosti, houževnatosti, tvrdosti a odolnosti proti opotřebení. Samotné zušlechťování spočívá v ohřevu materiálu na kalicí teplotu (mírně nad teplotu austenitické transformace), výdrži na této teplotě po dobu nutnou k rozpuštění karbidů a dalších strukturních složek a následném rychlém ochlazení na pokojovou teplotu (tzv. kalení). Rychlost ochlazení se volí co možná nej vyšší, ovšem s ohledem na riziko poškození materiálu vlivem pnutí vzniklých nerovnoměrným chladnutím. V praxi se toto ochlazování pravidla realizuje ponořením materiálu do olejové lázně (v některých případech je možné tuto lázeň předehřát pro snížení vznikajících pnutí), případně, se provádí ochlazování inertním plynem v přetlakové komoře · n (přetlak činí zpravidla 4-8 barů).'
Po dokončení procesu kalení se provádí popuštění, tj. ohřev na vhodnou popouštěcí teplotu (vždy pod úrovní teploty počátku transformace feritické mřížky na austenitickou - Aci) a výdrž na této teplotě po dobu nezbytnou ke snížení úrovně vnitřních pnutí a kprecipitaci jemných karbidů z přesyceného tuhého roztoku. Proces popuštění se obvykle několikrát opakuje.
Pokud zušlechtěním není možné dosáhnout požadovaných hodnot povrchové tvrdosti a odolnosti proti opotřebení, je možné následně aplikovat některý z postupů chemickotepelného zpracování. U nástrojových ocelí je jednou z nejčastěji využívaných technologií chemicko-tepelného zpracování nitridace. Ta spočívá v sycení povrchu oceli dusíkem ' 2 (získaným například rozpadem čpavku), který tvoří s legujícími prvky obsaženými v oceli velmi tvrdé nitridy. Nitridace se provádí zpravidla při teplotách v rozsahu 500 až 530 °C, vždy však pod úrovní teploty popouštění, aby nedošlo k dodatečnému popuštění materiálu. Tímto způsobem je možné dosáhnout povrchové vrstvy o tloušťce cca, do 0,1 mm v povrchovou tvrdostí kolem 1000 HV.
Zušlechťování s následnou nitridací se často využívá například u forem pro tlakové lití, vstřikovacích forem pro výrobu plastových součástí, kovacích zápustek apod. U těchto typů nástrojů může vést nitridace ke zvýšení životnosti v řádu desítek procent (někdy i více než 100%) ve srovnání s klasicky zušlechtěnými nástroji bez nitridace.
Nevýhodou známých řešení je dosažení relativně nízké tloušťky nitridované vrstvy. Pokud je požadavek na větší tloušťku nitridované vrstvy, čas nutný k jejímu vytvoření se neúměrně prodlužuje. Během dlouhé doby tvorby nitridované vrstvy vzniká v této vrstvě chemická heterogenita (tzv. bílá vrstva), která je velice křehká a často kvůli ní dochází k tvorbě povrchových trhlin. Tyto trhliny se vlivem cyklického mechanického namáhání postupně šíří do hloubky a vedou často k výraznému snížení životnosti nitridované součásti (prasknutí celé součásti vlivem únavových trhlin iniciovaných v povrchové vrstvě).
V některých průmyslových aplikacích, jako jsou například kovací zápustky, lisovací a vstřikovací formy nebo jiné druhy nástrojů náchylných na mechanickou únavu tak uživatel nemá možnost dosáhnout vyšší tloušťky nitridované vrstvy bez rizika vzniku výrazné bílé vrstvy a s ní spojených trhlin. To má za následek nutnost častějších výměn nástrojů a z toho vyplývající zvýšené finanční náklady.
Podstata vynálezu
Podstatou nárokovaného vynálezu je způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí, zahrnující proces zušlechtění a následnou nitridaci. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v procesu zušlechtění se bezprostředně po zakalení nástrojové oceli provede zmrazení nástroje na teplotu -140 °C nebo nižší. Výdrž na této teplotě je po dobu nejméně jedné hodiny. Během této doby je znemožněna difúze uhlíku v tuhém roztoku, který tak zůstává silně přesycený, což má pozitivní vliv na kinetiku precipitace karbidů při následném popuštění. Rovněž tento způsob zušlechtění vede k nahromadění mřížkových poruch v materiálu (zejména počtu dislokací), což vede k rychlejšímu difuznímu nasycení povrchu při následné nitridaci.
V dalším kroku následuje popuštění. U většiny materiálů je výhodné provést popouštění opakovaně. V posledním krokuje provedena nitridace nástroje.
Při použití tohoto postupu je difuzní růst nitridované vrstvy výrazně rychlejší, než je obvyklé u nitridace prováděné po klasickém zušlechtění. Díky tomu dochází ke vzniku výrazně tvrdší a hlubší vrstvy při srovnatelné celkové době nitridace (viz obr. 1). Tloušťka dosahované vrstvy je u procesů s výdrží na nitridační teplotě o délce cca» 10-JO hodin přibližně 0,1 mm, zatímco u klasických procesů bez předchozího kryogenního zpracování je dosahováno tloušťky cca< 0,05-0,06 mm a při delší době nitridace se zvyšuje riziko vzniku trhlin kvůli rychlému nárůstu tloušťky bílé vrstvy.
Předkládaný vynález může v průmyslových podmínkách vést ke zvýšení životnosti vstřikovacích forem, kovacích zápustek a dalších typů nástrojů řádově o desítky až stovky procent.
Přehled obrázků na výkresech
Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkres, kde je na obr. 1 graf srovnání tvrdosti nitridované vrstvy při konvenční technologii (přerušovanou čarou) a při technologii nitridace po předchozím zmrazení (plnou čarou), přičemž na ose X je uvedena hloubka vrstvy od povrchu v mm a na ose Y je mikrotvrdost HV0,l.
Příklad provedení vynálezu
Příkladný způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí zahrnuje proces zušlechtění a následnou nitridaci. V procesu zušlechtění se bezprostředně po zakalení nástrojové oceli 1.2343 při teplotě 1020 °C provede zmrazení nástroje. Teplota zmrazení nástroje je v tomto případě -160 °C a výdrž na této teplotě je po dobu 8 hodin V dalším kroku následuje popuštění. Popouštění se provádí při teplotě 560 °C, v tomto případě dvakrát. Na závěr je provedena nitridace při teplotě 515 °C po dobu 15 hodin. Uvedeným postupem vyrobená kovací zápustka má oproti doposud známým technologiím životnost vyšší o cca 40 %.
Claims (2)
1. Způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s využitím nitridace. vyznačující se tím, A . .M že v procesu /ušlechtění.se bezprostředně po zakalení nástrojové oceli provede zmrazení nástroje na teplotu -140 °C nebo nižší o, výdrž na této teplotě je po dobu nejméně jedné hodiny, v dalším kroku následuje popuštění, a na závěr nitridace.
2. Způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s využitím nitridace podle nároku 1, vyznačující se tím, že popouštění se provádí opakovaně.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120073A CZ303768B6 (cs) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120073A CZ303768B6 (cs) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ201273A3 true CZ201273A3 (cs) | 2013-04-24 |
| CZ303768B6 CZ303768B6 (cs) | 2013-04-24 |
Family
ID=48137128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20120073A CZ303768B6 (cs) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ303768B6 (cs) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US889451A (en) * | 1906-03-15 | 1908-06-02 | Charles Garver | Automatic wagon-brake. |
| CS251205B1 (cs) * | 1981-06-15 | 1987-06-11 | Konstantin A Gracev | Způsob nitridace ocelových součásti |
| CS258988B1 (cs) * | 1986-04-25 | 1988-09-16 | Jiri Bures | Způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách |
-
2012
- 2012-02-01 CZ CZ20120073A patent/CZ303768B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ303768B6 (cs) | 2013-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10094014B2 (en) | Nitriding method and nitrided part production method | |
| KR101792735B1 (ko) | 패시브 합금의 냉간 변형된 가공물의 용액 경화를 위한 방법 | |
| US20180223411A1 (en) | Rapid Nitriding Through Nitriding Potential Control | |
| JP5457000B2 (ja) | 鋼材の表面処理方法およびそれによって得られた鋼材ならびに金型 | |
| JP5878699B2 (ja) | 鋼製品およびその製造方法 | |
| JP2009041063A (ja) | 温熱間成形用金型のガス窒化処理方法およびそれによって得られた温熱間成形用金型 | |
| JP4865438B2 (ja) | アルミニウム押出し加工用ダイスの表面処理方法及びアルミニウム押出し加工用ダイス | |
| CZ201273A3 (cs) | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace | |
| US20210245233A1 (en) | Method for manufacturing forged article | |
| US20100154938A1 (en) | Layered fe-based alloy and process for production thereof | |
| CZ201274A3 (cs) | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace | |
| JP6416735B2 (ja) | 窒化部品の製造方法及び窒化部品 | |
| US20090047528A1 (en) | Surface treatment method of aluminum extruding die, and aluminum extruding die | |
| CN106065458B (zh) | 工具及其制造方法 | |
| JP7306580B2 (ja) | 鋼および鋼部品 | |
| Hradil et al. | Gas nitriding with deep cryogenic treatment of high-speed steel | |
| JP2015059248A (ja) | 鋼の熱処理方法 | |
| KR100988702B1 (ko) | 침질 담금질품 및 그 제조방법 | |
| JP2007063667A (ja) | 有層Ｆｅ基合金及びその製造方法 | |
| JP2006249486A (ja) | 金属の窒化方法 | |
| Mochtar et al. | Application of shot peening and shot blasting to increase hardness and depth of nitride hardened layer to the modified H13 steel as die casting die materials | |
| JP7495099B2 (ja) | 熱処理方法、金型の製造方法 | |
| Priyadarshini | Wire electro-discharge machining of sub-cooled AISI P20 tool steel | |
| JP7289728B2 (ja) | 窒化材料の製造方法及び窒化材料 | |
| JP2000334544A (ja) | 熱間加工用金型の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20140201 |