EA036583B1 - Method for alloyed structural steel case-hardening - Google Patents

Method for alloyed structural steel case-hardening Download PDF

Info

Publication number
EA036583B1
EA036583B1 EA201800454A EA201800454A EA036583B1 EA 036583 B1 EA036583 B1 EA 036583B1 EA 201800454 A EA201800454 A EA 201800454A EA 201800454 A EA201800454 A EA 201800454A EA 036583 B1 EA036583 B1 EA 036583B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
heating
steel
temperature
hardening
carburizing
Prior art date
Application number
EA201800454A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201800454A1 (en
Inventor
Владимир Аркадьевич Кукареко
Владимир Михайлович Гацуро
Александр Николаевич Григорчик
Александр Леонидович Валько
Сергей Петрович Руденко
Алексей Николаевич Чичин
Original Assignee
Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси"
Открытое акционерное общество "Минский тракторный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси", Открытое акционерное общество "Минский тракторный завод" filed Critical Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority to EA201800454A priority Critical patent/EA036583B1/en
Publication of EA201800454A1 publication Critical patent/EA201800454A1/en
Publication of EA036583B1 publication Critical patent/EA036583B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/20Carburising
    • C23C8/22Carburising of ferrous surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78Combined heat-treatments not provided for above
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/40Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/42Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being applied
    • C23C8/44Carburising
    • C23C8/46Carburising of ferrous surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/60Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C8/62Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
    • C23C8/64Carburising
    • C23C8/66Carburising of ferrous surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80After-treatment

Abstract

The invention relates to the field of metalworking and can be used for production of gears of alloyed structural steels of grades 18CrGT, 25CrGM, 20CrNiM, 20CrNi2M, 15CrGNi2TA, 20CrNi3A, etc., for transmissions of motor and tractor vehicles operated under increased specific loads. The invention can be used for production of bearing elements and sliding supports, spherical and cylindrical joints, and gears used in agricultural machine building, machine tool engineering, metallurgical industry. According to the proposed method for case-hardening of the alloy structural steel, the steel is heated up to hardening temperature according to the mode including heating in the range of 20-680°C at a speed of 6 deg/min, heating in the range of austenitic transformation (680-800°C) at a speed of 1 to 3.5 deg/min, and final heating up to a hardening temperature of 1,000-1,020°C at a speed of 6 deg/min.

Description

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изготовлении зубчатых колес из конструкционных легированных сталей типа 18ХГТ, 25ХГМ, 20ХНМ, 20ХН2М, 15ХГН2ТА, 20ХН3А и др. для трансмиссий автотракторной техники, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках. Изобретение может использоваться при изготовлении элементов подшипников и опор скольжения, сферических и цилиндрических сочленений, а также зубчатых колес, применяемых в сельхозмашиностроении, станкостроении, металлургической промышленности. Для обеспечения требуемой износостойкости и циклической долговечности зубчатых колес с использованием методов химико-термической обработки (ХТО), а именно цементации, проводят насыщение углеродом поверхностных слоев упрочняемых деталей, что обеспечивает формирование требуемого комплекса физикомеханических характеристик зубчатых колес.The invention relates to the field of metalworking and can be used in the manufacture of gears from structural alloy steels of the type 18KhGT, 25KhGM, 20KhNM, 20KhN2M, 15KhGN2TA, 20KhN3A, etc. for transmissions of automotive vehicles operating at increased specific loads. The invention can be used in the manufacture of elements of bearings and sliding bearings, spherical and cylindrical joints, as well as gears used in agricultural machinery, machine tool building, metallurgical industry. To ensure the required wear resistance and cyclic durability of gears using the methods of chemical thermal treatment (CHT), namely carburizing, carbon saturation of the surface layers of the parts to be strengthened is carried out, which ensures the formation of the required complex of physical and mechanical characteristics of gears.

В настоящее время цементацию подавляющего большинства деталей осуществляют в автоматизированных проходных и камерных агрегатах, обладающих высокой производительностью и обеспечивающих проведение всего цикла ХТО от нагрева до закалки в контролируемых газовых атмосферах без доступа воздуха [1].Currently, the overwhelming majority of parts are carburized in automated pass-through and chamber units with high productivity and ensuring the entire cycle of chemical treatment from heating to quenching in controlled gas atmospheres without air access [1].

Известен способ [2], включающий нагрев цементируемых деталей до температур 930-950°С, насыщение поверхностных слоев деталей углеродом с использованием контролируемой эндотермической газовой атмосферы (которые приготовляют путем конверсии природного газа метана или пропана с воздухом в специальных генераторах) в течение заданного времени, а также закалку в масле после подстуживания до температуры 800-860°С в зависимости от марки стали.The known method [2], including heating cemented parts to temperatures of 930-950 ° C, saturation of the surface layers of parts with carbon using a controlled endothermic gas atmosphere (which is prepared by converting natural gas methane or propane with air in special generators) for a given time, and also quenching in oil after cooling to a temperature of 800-860 ° C, depending on the steel grade.

Недостатком указанного способа является большая продолжительность изотермической выдержки в процессе насыщения поверхностных слоев стальных деталей углеродом, что приводит к низкой производительности процесса ХТО и его высокой стоимости. В частности, время выдержки конструкционных цементируемых сталей при температуре насыщения 930°С, необходимое для достижения толщины цементированного слоя 1,2-1,7 мм, составляет 12-13 ч [3]. В связи с этим проводятся работы по совершенствованию технологии цементации и, в частности, созданию высокопроизводительных и энергосберегающих методов цементации. При этом повышение температуры процесса насыщения является самым действенным методом увеличения производительности при ХТО, повышающим эффективность термического производства и прежде всего уменьшающим расходы энергетических ресурсов. В частности, увеличение температуры цементации от 950°С до 1000 и 1050°С приводит к уменьшению времени насыщения до глубины слоя 1,5 мм соответственно в 1,5 и 3 раза.The disadvantage of this method is the long duration of isothermal holding in the process of saturation of the surface layers of steel parts with carbon, which leads to low productivity of the CTO process and its high cost. In particular, the holding time of structural case-hardened steels at a saturation temperature of 930 ° C, required to achieve a thickness of the case-hardened layer of 1.2-1.7 mm, is 12-13 hours [3]. In this regard, work is underway to improve the cementation technology and, in particular, to create high-performance and energy-saving cementation methods. At the same time, an increase in the temperature of the saturation process is the most effective method of increasing productivity during CTH, increasing the efficiency of thermal production and, above all, reducing the consumption of energy resources. In particular, an increase in the cementation temperature from 950 ° C to 1000 and 1050 ° C leads to a decrease in the saturation time to a layer depth of 1.5 mm, respectively, by 1.5 and 3 times.

Процесс высокотемпературной цементации осуществляют в шахтных печах и проходных агрегатах при 960-1050°С. Вместе с тем высокотемпературная цементация при температуре 1000-1040°С с непосредственной закалкой после подстуживания до 860°С приводит к укрупнению зерна в конструкционных сталях и получению в связи с этим более грубой микроструктуры как в слое, так и в сердцевине, а также к повышенному содержанию остаточного аустенита в микроструктуре слоя [4], что сдерживает распространение технологии высокотемпературной цементации. В частности, результаты проведенных исследований показывают [5], что широко применяемые в автотракторостроении стали 25ХГТ, 20ХН3А, 20ХНР, 15ХГН2ТА (ГОСТ 4543-71) не применимы для высокотемпературной цементации из-за их склонности к росту аустенитного зерна при температурах выше 950°С. В связи с этим после высокотемпературной вакуумной цементации используют фазовую перекристаллизацию или термоциклирование [4].The high-temperature carburizing process is carried out in shaft furnaces and through-feed units at 960-1050 ° C. At the same time, high-temperature carburizing at a temperature of 1000-1040 ° C with direct hardening after cooling to 860 ° C leads to coarsening of grains in structural steels and, in this connection, obtaining a coarser microstructure both in the layer and in the core, as well as to an increased the content of retained austenite in the microstructure of the layer [4], which hinders the spread of high-temperature carburizing technology. In particular, the results of the studies carried out show [5] that the steels 25KhGT, 20KhN3A, 20KhNR, 15KhGN2TA (GOST 4543-71), widely used in the automotive industry, are not applicable for high-temperature carburizing due to their tendency to the growth of austenite grains at temperatures above 950 ° C. ... In this regard, after high-temperature vacuum carburizing, phase recrystallization or thermal cycling is used [4].

Известен способ [3] проведения вакуумной цементации с использованием печи типа VSQ-182436 фирмы Хейсс (карбюризатор - природный газ, температура процесса - 1050°С). Процесс вакуумной цементации включает два периода: насыщение при максимальной подаче газа и давлении 21 МПа и диффузия без подачи газа (давление остаточное). При таком режиме за 30 мин насыщения эффективная толщина цементированного слоя достигает 1,2 мм, а за 50 мин - 1,4 мм. После окончания процесса обработки детали охлаждают до 500-600°С, а затем подвергают повторному нагреву под закалку и охлаждению. Такой режим способствует измельчению зерна аустенита и получению высоких механических свойств изделий.The known method [3] of carrying out vacuum carburizing using a furnace type VSQ-182436 firm Heiss (carburizer - natural gas, process temperature - 1050 ° C). The vacuum carburizing process includes two periods: saturation at maximum gas supply and pressure of 21 MPa and diffusion without gas supply (residual pressure). In this mode, in 30 minutes of saturation, the effective thickness of the cemented layer reaches 1.2 mm, and in 50 minutes - 1.4 mm. After the end of the processing process, the parts are cooled to 500-600 ° C, and then subjected to reheating for quenching and cooling. This mode contributes to the refinement of the austenite grain and obtaining high mechanical properties of the products.

Недостатком указанного способа является необходимость проведения повторного нагрева и перезакалки, что существенно снижает энергосберегающую эффективность процесса высокотемпературной цементации и увеличивает коробление деталей.The disadvantage of this method is the need for re-heating and re-hardening, which significantly reduces the energy-saving efficiency of the high-temperature carburizing process and increases the warpage of parts.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ высокотемпературной цементации в вакуумных печах ModulTherm 7/1 фирмы ALD Vacuum Technologies GmbH при 10001050°С с циклической подачей ацетилена в процессе насыщения, последующим подстуживанием цементированных деталей до 850°С и их закалкой в среде инертного газа - гелия при давлении 2,0 МПа [6].The closest in technical essence to the claimed one is the method of high-temperature carburizing in ModulTherm 7/1 vacuum furnaces from ALD Vacuum Technologies GmbH at 1000-1050 ° C with cyclic supply of acetylene during saturation, followed by cooling the cemented parts to 850 ° C and their quenching in an inert gas - helium at a pressure of 2.0 MPa [6].

Недостатком указанного способа является рост аустенитного зерна в конструкционных сталях [5], что приводит к необходимости понижения температуры цементации до 950-960°С и увеличивает продолжительность обработки, либо требуется проведение повторного нагрева и перезакалки после высокотемпературной цементации при 1000-1050°С, что вызывает существенное возрастание стоимости ХТО, а также увеличение коробления обрабатываемых деталей, влияющее на качество их изготовления.The disadvantage of this method is the growth of austenite grains in structural steels [5], which leads to the need to lower the carburizing temperature to 950-960 ° C and increases the processing time, or it is required to reheat and re-quench after high-temperature carburizing at 1000-1050 ° C, which causes a significant increase in the cost of chemical treatment, as well as an increase in warpage of the processed parts, which affects the quality of their manufacture.

Задачей изобретения является:The objective of the invention is:

- 1 036583 повышение качества изготовления деталей, увеличение производительности способа ХТО, повышение эффективности термического производства и, в частности, уменьшение расхода энергетических ресурсов.- 1 036583 improving the quality of parts manufacturing, increasing the productivity of the CHT method, increasing the efficiency of thermal production and, in particular, reducing the consumption of energy resources.

Для решения поставленной задачи, в способе цементации, включающем нагрев стали до температуры цементации, насыщение углеродом при температуре цементации, а также подстуживание до 850°С и закалку науглероженных деталей, согласно изобретению нагрев стали до температуры цементации осуществляют по режиму, включающему нагрев в интервале 20-680°С со скоростью > 6 град/мин, нагрев в интервале аустенитного превращения (680-800°С) со скоростью от 1 до 3,5 град/мин и окончательный нагрев до температуры цементации 1000-1020°С со скоростью > 6 град/мин.To solve this problem, in the carburizing method, including heating steel to the carburizing temperature, saturation with carbon at the carburizing temperature, as well as cooling up to 850 ° C and quenching the carburized parts, according to the invention, heating the steel to the carburizing temperature is carried out according to a mode including heating in the interval 20 -680 ° C at a rate of> 6 deg / min, heating in the range of austenitic transformation (680-800 ° C) at a rate of 1 to 3.5 deg / min and final heating to a cementation temperature of 1000-1020 ° C at a rate of> 6 deg / min.

При этом нагрев стали в интервале аустенитного превращения со скоростью <1 град/мин - экономически нецелесообразен, поскольку при этом сильно возрастает время обработки, а нагрев со скоростью > 3,5 град/мин приводит к браку вследствие возникновения островной разнозернистости в цементированной стали (фиг. 1, фиг. 2).In this case, heating steel in the range of austenitic transformation at a rate of <1 deg / min is not economically feasible, since this greatly increases the processing time, and heating at a rate of> 3.5 deg / min leads to rejects due to the occurrence of island grain size in case hardened steel (Fig. . 1, fig. 2).

В заявляемом способе нагрев стали по указанным режимам обеспечивает сохранение в процессе высокотемпературной цементации качественной мелкозернистой аустенитной структуры в цементированном слое и в сердцевине деталей, что исключает необходимость проведения повторной фазовой перекристаллизации (закалки) цементированных деталей и обеспечивает повышение качества обработки деталей и более высокие экономические показатели предлагаемой технологии ХТО.In the inventive method, the heating of steel according to the specified modes ensures the preservation of a high-quality fine-grained austenitic structure in the cemented layer and in the core of the parts during high-temperature carburizing, which eliminates the need for repeated phase recrystallization (hardening) of cemented parts and provides an increase in the quality of parts processing and higher economic indicators of the proposed HTO technology.

Изобретение поясняется фигурами.The invention is illustrated by the figures.

На фиг. 1 представлена микроструктура стали 20ХН3А после термообработки по режиму, включающему нагрев до 1000°С со скоростью 5-6 град/мин, выдержка 1 ч и закалка в масло.FIG. 1 shows the microstructure of 20KhN3A steel after heat treatment according to the regime including heating to 1000 ° C at a rate of 5-6 deg / min, holding for 1 h and quenching in oil.

На фиг. 2 представлена микроструктура стали 20ХГНР после термообработки по режиму, включающему нагрев до 1000°С со скоростью 5-6 град/мин, выдержка 1 ч и закалка в масло.FIG. 2 shows the microstructure of steel 20KhGNR after heat treatment according to a regime including heating to 1000 ° C at a rate of 5-6 deg / min, holding for 1 h and quenching in oil.

На фиг. 3 представлена микроструктура цементированного слоя стали 20ХН3А после высокотемпературной цементации при 1000°С по экспериментальному режиму, включающему нагрев в интервале аустенитного превращения (680-800°С) со скоростью от 1,3 град/мин.FIG. 3 shows the microstructure of the cemented layer of 20KhN3A steel after high-temperature carburizing at 1000 ° C according to the experimental regime, including heating in the range of austenitic transformation (680-800 ° C) at a rate of 1.3 deg / min.

На фиг. 4 представлена микроструктура сердцевины образца стали 20ХН3А после высокотемпературной цементации при 1000°С по экспериментальному режиму, включающему нагрев в интервале аустенитного превращения (680-800°С) со скоростью от 1,3 град/мин.FIG. 4 shows the microstructure of the core of a 20KhN3A steel specimen after high-temperature carburizing at 1000 ° C according to the experimental regime, including heating in the range of austenitic transformation (680-800 ° C) at a rate of 1.3 deg / min.

На фиг. 5 изображено распределение микротвердости по глубине цементированного слоя стали 20ХН3А. Цементация проведена по экспериментальному режиму.FIG. 5 shows the distribution of microhardness along the depth of the cemented layer of steel 20KhN3A. Cementation was carried out according to the experimental regime.

Пример осуществления изобретения.An example of implementation of the invention.

Экспериментальная высокотемпературная химико-термическая обработка деталей из стали 20ХН3А проводилась на вакуумной линии ModulTherm 7/1 с применением ступенчатого нагрева до температуры насыщения, включающего ускоренный нагрев до температуры 680°С, медленный нагрев со скоростью 1,3 град/мин в интервале 680-800°С, ускоренный нагрев от 800°С до температуры цементации 1000°С с последующей изотермической выдержкой в течение 2,5 ч на стадии насыщения углеродом и дальнейшей закалкой в среде инертного газа (гелия) в закалочной камере после подстуживания до температуры 850°С. На завершающей стадии цикла химико-термической обработки стали 20ХН3А проводился низкий отпуск при 170°С в течение 2,5 ч.Experimental high-temperature chemical-thermal treatment of parts made of steel 20XN3A was carried out on a ModulTherm 7/1 vacuum line using step heating to saturation temperature, including accelerated heating to a temperature of 680 ° C, slow heating at a rate of 1.3 deg / min in the range 680-800 ° C, accelerated heating from 800 ° C to a carburizing temperature of 1000 ° C, followed by isothermal holding for 2.5 h at the stage of saturation with carbon and further quenching in an inert gas (helium) medium in a quenching chamber after cooling to a temperature of 850 ° C. At the final stage of the cycle of chemical-thermal treatment of steel 20KhN3A, low tempering was carried out at 170 ° C for 2.5 h.

Насыщение углеродом осуществляется любым известным из уровня техники способом, применимым в данном случае, например насыщение в среде углеводородсодержащего газа ацетилена с циклическим режимом его подачи.The saturation with carbon is carried out by any method known from the prior art, which is applicable in this case, for example, saturation in the medium of a hydrocarbon-containing gas with acetylene in a cyclic mode of its supply.

На фиг. 3 приведена микроструктура цементированного слоя стали 20ХН3А. Можно видеть, что сталь имеет мелкозернистую структуру со средним размером зерна 50 мкм в цементированном слое и 43 мкм в сердцевине (фиг. 4). Распределение микротвердости по глубине цементированного слоя приведено на фиг. 5. Глубина цементированного слоя составляет 1,5-1,6 мм, а микротвердость поверхности 780 HV0,2 (61-62 HRC). Указанные характеристики структурного состояния и микротвердости поверхностного слоя полностью отвечают требованиям СТП 257 - 2188 - 2004 и достигаются за существенно меньшее время цементации, что обеспечивает экономию энергетических ресурсов при высоком качестве цементированных деталей.FIG. 3 shows the microstructure of the cemented layer of 20KhN3A steel. It can be seen that the steel has a fine-grained structure with an average grain size of 50 µm in the cemented layer and 43 µm in the core (Fig. 4). The distribution of microhardness over the depth of the cemented layer is shown in Fig. 5. Cemented layer depth is 1.5-1.6 mm, and a surface microhardness of 780 HV 0, 2 (61-62 HRC). The specified characteristics of the structural state and microhardness of the surface layer fully meet the requirements of STP 257 - 2188 - 2004 and are achieved in a significantly shorter cementation time, which ensures energy savings with high quality cemented parts.

Для сравнения на фиг. 1 и 2 приведены микроструктуры образцов сталей 20ХН3А и 20ХГНР после нагрева до 1000°С (1 ч) по обычному режиму (без участка медленного нагрева в интервале аустенитного α^γ превращения). Можно видеть, что, несмотря на значительно более короткий промежуток высокотемпературной выдержки, средний размер аустенитного зерна сталей после обычного нагрева в >2 раза больше (»100-120 мкм), чем размер зерна после предлагаемого режима обработки с замедленным нагревом в интервале α^γ превращения.For comparison, FIG. Tables 1 and 2 show the microstructures of 20KhN3A and 20KhGNR steel samples after heating to 1000 ° C (1 h) in the usual mode (without a slow heating section in the range of austenitic α ^ γ transformation). It can be seen that, despite a significantly shorter high-temperature holding interval, the average austenite grain size of steels after conventional heating is> 2 times larger (»100-120 μm) than the grain size after the proposed processing mode with delayed heating in the α ^ γ range transformation.

Источники информацииInformation sources

1. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. М.: 1985, 256 с.1. Lakhtin Yu.M., Arzamasov B.N. Chemical heat treatment of metals. Moscow: 1985, 256 p.

2. Сагарадзе B.C. Повышение надежности цементуемых деталей. М.: Машиностроение, 1975. - 216 с.2. Sagaradze B.C. Improving the reliability of cemented parts. M .: Mashinostroenie, 1975 .-- 216 p.

- 2 036583- 2 036583

3. Розенберг С.Э., Сусин А.А. Дефекты структуры диффузионно-упрочненных слоев. Минск, Беларуская наука, 1997. - 224 с.3. Rosenberg S.E., Susin A.A. Defects in the structure of diffusion-hardened layers. Minsk, Belarusian Science, 1997 .-- 224 p.

4. Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -304 с.4. Zinchenko V.M. Engineering of the surface of gears by chemical thermal treatment. M .: MVTU im. N.E. Bauman, 2001.-304 p.

5. Валько А.А., Руденко С.П., Чичин А.Н. Влияние вакуумной высокотемпературной цементации на величину зерна конструкционных сталей // Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. / Объедин. ин-т машиностроения НАН Беларуси; редкол.: С.Н. Поддубко [и др.]. 2014. -Вып.3. - С. 343-346.5. Valko A.A., Rudenko S.P., Chichin A.N. Influence of high-temperature vacuum carburizing on the grain size of structural steels // Actual problems of mechanical engineering: collection of articles. scientific. tr. / Combine. Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus; editorial board: S.N. Poddubko [and others]. 2014.-Issue 3. - S. 343-346.

6. Высокотемпературная вакуумная цементация - резерв по снижению энергоемкости производства и улучшению качества зубчатых колес трансмиссий энергонасыщенных машин / А.А. Шипко, СП. Руденко, А.Л. Валько, А.Н. Чичин // Литьё и металлургия. - 2016. - № 2. - С. 104-109.6. High-temperature vacuum carburizing - a reserve for reducing the energy intensity of production and improving the quality of gear wheels of transmissions of power-saturated machines / А.А. Shipko, SP. Rudenko, A.L. Valko, A.N. Chichin // Casting and metallurgy. - 2016. - No. 2. - S. 104-109.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ цементации конструкционной легированной стали, включающий нагрев стали до температуры цементации, насыщение углеродом при температуре цементации, а также подстуживание до 850°С и закалку, отличающийся тем, что нагрев стали до температуры цементации осуществляют по режиму, включающему нагрев в интервале 20-680°С со скоростью >6 град/мин, нагрев в интервале аустенитного превращения 680-800°С со скоростью от 1 град/мин до 3,5 град/мин и окончательный нагрев до температуры цементации 1000-1020°С со скоростью > 6 град/мин.The method of carburizing structural alloy steel, including heating the steel to the carburizing temperature, saturation with carbon at the carburizing temperature, as well as hardening to 850 ° C and quenching, characterized in that the steel is heated to the carburizing temperature according to a mode including heating in the range of 20-680 ° C at a rate> 6 deg / min, heating in the range of austenitic transformation 680-800 ° C at a rate from 1 deg / min to 3.5 deg / min and final heating to a cementation temperature of 1000-1020 ° C at a rate of> 6 deg / min.
EA201800454A 2018-07-06 2018-07-06 Method for alloyed structural steel case-hardening EA036583B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800454A EA036583B1 (en) 2018-07-06 2018-07-06 Method for alloyed structural steel case-hardening

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800454A EA036583B1 (en) 2018-07-06 2018-07-06 Method for alloyed structural steel case-hardening

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201800454A1 EA201800454A1 (en) 2020-01-31
EA036583B1 true EA036583B1 (en) 2020-11-26

Family

ID=69374466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201800454A EA036583B1 (en) 2018-07-06 2018-07-06 Method for alloyed structural steel case-hardening

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA036583B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4191599A (en) * 1978-09-13 1980-03-04 Ford Motor Company Method of heat treating high carbon alloy steel parts to develop surface compressive residual stresses
SU863713A1 (en) * 1978-05-17 1981-09-15 Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Технологии Автомобильной Промышленности Method of gaseous carburization of structural steel articles
US20050045247A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 Ntn Corporation Bearing's component, heat treatment method thereof, heat treatment apparatus, and rolling bearing
US20090266449A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-29 Aisin Aw Co., Ltd. Method of carburizing and quenching a steel member

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU863713A1 (en) * 1978-05-17 1981-09-15 Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Технологии Автомобильной Промышленности Method of gaseous carburization of structural steel articles
US4191599A (en) * 1978-09-13 1980-03-04 Ford Motor Company Method of heat treating high carbon alloy steel parts to develop surface compressive residual stresses
US20050045247A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 Ntn Corporation Bearing's component, heat treatment method thereof, heat treatment apparatus, and rolling bearing
US20090266449A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-29 Aisin Aw Co., Ltd. Method of carburizing and quenching a steel member

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Шипко А.А. и др. Высокотемпературная вакуумная цементация - резерв по снижению энергоемкости производства и улучшению качества зубчатых колес трансмиссий энергонасыщенных машин. Литье и металлургия, 2016, №2, с. 105, абзацы 1-2 снизу - с. 109 *

Also Published As

Publication number Publication date
EA201800454A1 (en) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2518840C2 (en) Case-hardened steel element and method of its production
US8137482B2 (en) Carburization heat treatment method and method of use
Farrahi et al. An investigation into the effect of various surface treatments on fatigue life of a tool steel
JP5535922B2 (en) Heat treatment process for steel
JP4627776B2 (en) High concentration carburizing / low strain quenching member and method of manufacturing the same
WO2001068933A2 (en) High performance carburizing stainless steel for high temperature use
JP2011032536A (en) Method of combined heat treatment of quench-hardened steel member, and quench-hardened steel member
CN112593183A (en) Heat treatment method for carburizing and quenching
CN110438319B (en) Heat treatment method of sliding block
CN110578109A (en) Vacuum carburizing heat treatment process for 18Cr2Ni4WA material workpiece
CN105039901A (en) Carbonitriding bearing component, preparing method and spherical bearing with component
EP2888379B1 (en) Method for heat treating a steel component
EP3604562B1 (en) Method and steel component
JP2018141218A (en) Component and manufacturing method thereof
JP2018141216A (en) Component and manufacturing method thereof
US9758849B2 (en) Bearing steel composition
CN101638791A (en) Heat treatment process for driving and driven bevel gear of drive axle
EP2888377B1 (en) Method for heat treating a steel component and a steel component
CN1570192A (en) Valve finisher surface modified processing method
JP6113141B2 (en) Method for processing components such as gears
EA036583B1 (en) Method for alloyed structural steel case-hardening
CN116083838A (en) Small-deformation vacuum carburization method for synchronously strengthening and toughening surface layer and matrix of workpiece
CN112501396B (en) Isothermal quenching heat treatment process method for third-generation bearing steel
JP7263796B2 (en) RING GEAR FOR AUTOMOBILE TRANSMISSION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JP2018141217A (en) Component and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KZ KG TJ TM