CZ303769B6 - Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace - Google Patents
Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace Download PDFInfo
- Publication number
- CZ303769B6 CZ303769B6 CZ20120074A CZ201274A CZ303769B6 CZ 303769 B6 CZ303769 B6 CZ 303769B6 CZ 20120074 A CZ20120074 A CZ 20120074A CZ 201274 A CZ201274 A CZ 201274A CZ 303769 B6 CZ303769 B6 CZ 303769B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- oxidation
- tool
- cutting
- nitridation
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 19
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 7
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000007710 freezing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008014 freezing Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 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 compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 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
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging 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
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 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
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Popisuje se zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace, který 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 popustení, a na záver nitridace s oxidací. Ve variantním resení se popoustení provádí opakovane. Zpusob je vyuzitelný zejména ke zvýsení zivotnosti ruzných typu nástroju, napríklad vstrikovacích forem, kovacích zápustek nebo obrábecích nástroju.
Description
Způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s využitím nitridace a oxidace
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 transferace), výdrží 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 nejvyšší, 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 po snížení vznikajících pnutí), případně se provádí ochlazování inertním plynem v přetlakové komoře (přetlak činí zpravidla 4 až 8 105 Pa). Po dokončení procesu kalení se provádí popuštění, tj. ohřev na vhodnou popouštěcí teplotu (vždy po úrovni teploty počátku transformace feritické mřížky na austenitickou - Aci) a výdrž na této teplotě po dobu nezbytnou ke snížení úrovně vnitřních pnutí a k precipitaci jemných karbidů z přesyceného tuhého roztoku. Proces popuštění se obvykle několikrát opakuje.
Pokud zušlechtěním není možné dosáhnout požadovaných hodnot povrchové tvrdosti, odolnosti proti opotřebení, nebo dalších vlastností (např. odolnosti proti korozi), je možné následně aplikovat některý z postupů chemicko-tepelného zpracování. U nástrojových ocelí je jednou z často využívaných technologií chemicko-tepelného zpracování nitridace s následnou oxidací. Nitridace spočívá v sycení povrchu oceli dusíkem (získaným například rozpadem čpavku), který tvoří s legujícími prvky obsaženými v oceli velmi tvrdé nitridy. Při technologii nitridace s oxidací se vlastní nitridace provádí relativně krátkou dobu (v řadu jednotek hodin) a následně se provede řízená oxidace nitridového povrchu. Tímto způsobem se vytvoří velmi tvrdá povrchová vrstva (tvrdost kolem 1000 HV) šedé barvy s vysokou odolností proti opotřebení a velmi dobrou korozní odolností.
Nitridace se provádí zpravidla při teplotách v rozsahu 500 až 530 °C, vždy však pod úrovní teploty popouštění, aby nedošlo k dodatečnému popuštění materiálu. Následná oxidace se provádí nejčastěji ve vodní páře při teplotě kolem 520 °C.
Zušlechťování s následnou nitridací a oxidací se často využívá při výrobě nástrojů a součástí s vysokými nároky na abrazivzdornost a korozní odolnost (např. některé typy obráběcích nástrojů, dílenské nástroje pro venkovní použití apod.). U těchto typů nástrojů může vést nitridace s oxidací ke zvýšení životnosti v řádu desítek procent (někdy i více než 100%) ve srovnání s klasicky zušlechtěnými nástroji bez chemicko-tepelného zpracování.
Nevýhodou známých řešení je relativně malá tloušťka nitridové vrstvy. Pokud je požadavek na větší tloušťku nitridové vrstvy, čas nutný k jejímu vytvoření se neúměrně prodlužuje. Během dlouhé doby tvorby nitridové vrstvy, čas nutný kjejímu 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).
- 1 CZ 303769 B6
V některých průmyslových aplikacích, jako jsou například lisovací a vstřikovací formy, řezné nástroje nebojiné 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 následné nitridace s oxidací. 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 propuštění. U většiny materiálů je výhodné provést propouštění opakovaně. V posledním kroku je na nástroji provedena nitridace s oxidací. Při použití tohoto postupu je difuzní růst nitridové 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 (v závislosti na použitém materiálu se hloubka vrstvy může zvýšit o 15 až 60 %). K. rychlejší difúzi dochází i při následné oxidaci nitridovaného povrchu, což vede k vyšší odolnosti proti opotřebení u takto zpracovaných nástrojů a součástí.
Předkládaný vynález může v průmyslových podmínkách vést ke zvýšení životnosti vstřikovacích forem, kovacích zápustek, obráběcí nástrojů i dalších typů nástrojů řádově o desítky až stovky procent.
Přehled obrázku na výkrese
Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkres, kde je na obr. 1 srovnání odolnosti proti opotřebení u nástrojů zušlechtěného klasickým způsobem a poté zpracovaného klasickou nitridací s následnou oxidací (přerušovanou čarou) a nástroje, u kterého bylo před nitridací a oxidací provedeno zušlechtění se zmrazením na teplotu pod -140 °C (plnou čarou), přičemž na ose Xje zobrazen čas v minutách a na ose Y velikost opotřebení v pm.
Příklady provedení vynálezu
Příkladný způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí zahrnuje proces zušlechtění a následnou nitridaci s oxidací aplikovaných u strojních závitků. V procesu zušlechtění se bezprostředně po zakalení rychlořezné oceli ASP2030 při teplotě 1160 °C provede zmrazení nástroje. Teplota zmrazení nástroje je v tomto případě -160 °C a výdrž na této teplotě je po dobu 24 hodin.
V dalším kroku následuje popuštění. Popuštění se provádí při teplotě 520 až 560 °C, v tomto případě třikrát, vždy po dobu 2 hodin. Na závěr je provedena nitridace při teplotě 515 °C po dobu hodin s následnou oxidací ve vodní páře.
->
Závitníky zpracované touto technologií vykazují pri provoz o cca. 40% nižší rychlost rozvoje opotřebení, než závitníky, které byly zušlechtěny klasickým způsobem (tj. bez zmrazení) a poté u nich byla aplikována nitridace s oxidací.
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY io1. Způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s využitím nitridace a oxidace, vyznačující se tím, že v procesu zušlechťování se bezprostředně po zakalení nástrojové oceli provede zmrazení nástroje na teplotu -140 °C nebo nižší, s výdrží na této teplotě po dobu nejméně jedné hodiny,15 načež v dalším kroku následuje popuštění, a na závěr nitridace s oxidací.
- 2. Způsob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s využitím nitridace a oxidace podle nároku 1, vyznačující se tím, že popouštění se provádí opakovaně.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120074A CZ201274A3 (cs) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20120074A CZ201274A3 (cs) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ303769B6 true CZ303769B6 (cs) | 2013-04-24 |
| CZ201274A3 CZ201274A3 (cs) | 2013-04-24 |
Family
ID=48137129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20120074A CZ201274A3 (cs) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ201274A3 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JPH038232A (ja) * | 1989-06-06 | 1991-01-16 | Chubu Electric Power Co Inc | 回路遮断器の操作機構 |
| CN1804101A (zh) * | 2006-01-13 | 2006-07-19 | 沈传海 | 精纺机钢领的表面处理方法 |
| KR20110129683A (ko) * | 2010-05-26 | 2011-12-02 | 조선대학교산학협력단 | 내마모성 및 내식성이 우수한 철강의 표면처리 방법 |
-
2012
- 2012-02-01 CZ CZ20120074A patent/CZ201274A3/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JPH038232A (ja) * | 1989-06-06 | 1991-01-16 | Chubu Electric Power Co Inc | 回路遮断器の操作機構 |
| CN1804101A (zh) * | 2006-01-13 | 2006-07-19 | 沈传海 | 精纺机钢领的表面处理方法 |
| KR20110129683A (ko) * | 2010-05-26 | 2011-12-02 | 조선대학교산학협력단 | 내마모성 및 내식성이 우수한 철강의 표면처리 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ201274A3 (cs) | 2013-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10094014B2 (en) | Nitriding method and nitrided part production method | |
| TWI464281B (zh) | Nitriding and nitriding parts | |
| KR101792735B1 (ko) | 패시브 합금의 냉간 변형된 가공물의 용액 경화를 위한 방법 | |
| US6059898A (en) | Induction hardening of heat treated gear teeth | |
| KR101897321B1 (ko) | 패시브 합금의 냉간 변형된 가공물의 고용 경화를 위한 방법 및 상기 방법에 의해 용액 경화된 부재 | |
| EP3299487B1 (en) | Method for surface hardening a cold deformed article comprising low temperature annealing | |
| US20180223411A1 (en) | Rapid Nitriding Through Nitriding Potential Control | |
| CN101392361A (zh) | 马氏体不锈钢氮碳共渗方法及其制品 | |
| CN108277453B (zh) | 一种高铬微变形冷冲模具表面铬钒共渗处理方法 | |
| 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 | |
| CN104685073A (zh) | 用于热处理钢构件的方法及钢构件 | |
| US11958101B2 (en) | Method for manufacturing forged article | |
| 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 | |
| CZ303769B6 (cs) | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace a oxidace | |
| US20100154938A1 (en) | Layered fe-based alloy and process for production thereof | |
| CN106065458B (zh) | 工具及其制造方法 | |
| CZ201273A3 (cs) | Zpusob chemicko-tepelného zpracování nástrojových ocelí s vyuzitím nitridace | |
| JP4989146B2 (ja) | 有層Ｆｅ基合金及びその製造方法 | |
| KR20100107874A (ko) | 금형의 표면처리방법 | |
| JP4771718B2 (ja) | 金属の窒化方法 | |
| JP6416735B2 (ja) | 窒化部品の製造方法及び窒化部品 | |
| Vander Voort | Failures of tools and dies | |
| KR100988702B1 (ko) | 침질 담금질품 및 그 제조방법 | |
| JP7306580B2 (ja) | 鋼および鋼部品 | |
| JP7495099B2 (ja) | 熱処理方法、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 |