CZ201273A3 - Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace - Google Patents

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.