RU2003732C1 - Способ обработки стальных деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано дл  прочнени  стальных деталей сложной формы в услови х массового производства Сущность изобретени : стальные детали подвергают газотермобарической обработке в атмосфере газообразного азота при давлении 10 - 200 МПа и температуре 750 - 1100° С в течение 05 - 5 ч После этого детали нагревают в сол ной ванне до 850 - 1050 °С, выдерживают в течение времени необходимого дл  получени  твердого раствора азотд и охлаждают по режиму, предотвращающему образование остаточного аустенита Закаленные детали подвергают отпуску при 100 - 180°С в течение 0,5 - 2 ч

Description

€

§

/зобрегнеиие относитс  к металлургии . может 5ыть использовано дл  упрочнени  та/ьчых датапей сложной формы в услови х массового производства.

Известен способ упрочнени  деталей, 5 например шестерен, инструмента, штанг, включающий цементацию в аустенитной области , закалку и отпуск 1.

После обработки известным способом деталей сложной формы с технологически- Ю ми отверсти ми, какие имеют, например, плунжерные пары и корпуса распылителей дизельных двигателей, имеет место отличие в твердости поверхности детали по глубине отверсти , а именно, в интервале от 58 до 52 15 HRC,

Низка  твердость у дна отверсти  приводит к интенсивному износу в процессе эксплуатации детали.

Различие по твердости по вл етс  20 вследствие отсутстви  конвекции насыщенного газа в полость отверсти  в процессе цементации детали.

У корпуса распылител , обработанного согласно известной технологии, эксплуата- 25 ционна  стойкость не превышает 3 тыс. ч.

Наиболее близким к предложенному  вл етс  способ азотировани  деталей, включающий выдержку в токе аммиака в иктерэзпй температур 570-590°С а течение 30 20-50 ч, после чего температуру снижают до 500-51Q°€ w азотируют в течение 15-30 ч 2. Известный режим широко примен етс  в насто щее врем  нз машиностроительных заводах, при массовой обработке деталей, в 35 частности дл  поверхностного упрочнени  деталей двигателей сложной формы с технологическими отверсти ми - плунжерных пар, корпусов распылителей и др.

Толщина насыщенного азотом упроч- 40 некного сло  на детал х из сталей 25 X 5М .и 18 X 2Н4МА составл ет 0,30-0,35 мм, твердость по глубине технологического отверсти  колеблетс  от 59 до 54 HRC, Присутствие в диффузионном слое на поверхности 45 деталей упрочн ющей фазы 8 виде кубического нитрида CrN, изоморфного матрице, предпочтительнее дл  обеспечени  эксплуатационной стойкоста, чем ромбоэдрического карбида, СгазСб, фактически 50 образующегос  мри цементации,

Способом 2 (так же как и способом в услови х массового производства невозможно добитьс  равномерного упрочнени  деталей сложной формы по всей поверено- 55 сТи, в том числе и по поверхности технологических отверстий, что св зано с отсутствием конвекции насыщенного газа в полости отверстий. Кроме того, при реализации известного способа невозможно добитьс  посто нства азотного потенциала насыщающей атмосферы в каждой точке реакционного пространства, в котором проходит обработку садка с детал ми, что впоследствии приводит к значительному разбросу по стойкости (ресурсу), особенно заметному в услови х массового производства . Вследствие непосто нства азотного потенциала стойкость корпусов распылителей , обработанных в одной садке, колеблетс  от 2 до 4 тыс, ч.

Кроме того, известный способ длителен - не менее 35 ч и неэкологичен, поскольку аммиак токсичен.

Целью изобретени   вл етс  повышение эксплуатационной стойкости и ее стабильности в услови х массового производства, сокращение времени обработки и обеспечение ее экологичности.

Дл  достижени  указанной цели предлагаетс  способ обработки стальных деталей , включающий нагрев, выдержку в азотсодержащей среде, охлаждение и закалку с последующим отпуском, в котором, согласно изобретению, детали выдерживают в среде газообразного, молекул рного азота при его давлении 10-200 МПа, температуре 750-1100°С в течение 0,5-5 ч. По окончании выдержки детали охлаждают до комнатной температуры и подвергают закалке: нагрев в сол ной печи (50% NaCf + +50% Ш) до 850-1050°С, выдержка 5-10 мин, охлаждение в 5-8%-ном растворе NaCI, После закалки детали подвергают отпуску при температуре 100-180°С в течение 0,5-2 ч. Если после охлаждени  в 5-8%-ном растворе NaCI в стали сохран етс  еще некоторое количество аустенита, закалку необходимо г.родолжить в криогенной среде.

Обработке предложенным способом подвергали детали сложной формы с технологическими отверсти ми - корпуса распылителей из стали 18Х2Н4МА и плунжерные пары из стали 25Х5М.

Вследствие того, что величина азотного потенциала задаетс  во врем  выдержки деталей двум  параметрами - давлением и, в меньшей мере, температурой, которые можно с высокой степенью точности поддерживать посто нными в течение всего времени выдержки, обеспечиваетс  равна  стойкость деталей, обработанных в одной садке.

Использование безвредного газа - азота обеспечивает экологичность предлагаемой технологии по сравнению с известной.

За счет использовани  при обработке высоких давлений азота в сочетании с высокими температурами и последующей перезакалкой обеспечиваетс  сохранение мелкозернистой структуры, активизаци 

диффузии азота в поверхностный слой, следствием чего  вл етс  повышение стойкости деталей при эксплуатации; так, ресурс работы корпусов распылителей из стали 18Х2Н4МА с 2-4 тыс. ч повысилс  до 10 тыс. ч. а у плунжерных пар из стали 25Х5М с 3-5 до 12 тыс.ч. При этом необходимо отметить отсутствие сажеобразовани  в отверсти х корпусов распылител , через которые происходит впрыскивание топлива. Это происходит именно потому, что поверхность отверсти  равномерно насыщена азотом, чего в случае известного способа получить невозможно.

8 предлагаемом способе выдержка при темпера1уре ниже 750°С недостаточна дл  эффективной диффузии азота и получени  глубины упрочненного сло  1 мм и выше, поэтому эксплуатационна  стойкость деталей была бы низкой. Обработка выше 1100°С привела бы к значительному росту зерна, следствием чего было бы падение стойкости деталей. Кроме того, в поверхностном слое присутствует остаточный азот- но-углеродиетый аустенит, который вследствие его стабильности невозможно полностью превратить в мартенсит даже путем проведени  криогенной обработки. Наличие же в поверхностном слое остаточного аустенита приводит в процессе эксплуатации деталей к изменению ,ее геометриче- ских размеров и выходу из стро  (зак- гнивание плунжерной пары).

Давление при обработке ниже 10 МПа недостаточно дл  создани  требуемой концентрации азитз в поверхностном слое, что ведет к падению эффекта упрочнени . Давление свыше 200 Mi i;i создает избыточную концентрацию азота, что приводит кохруп- чиванию поверлног того сло 

Выдержка менее 0,5 ч не позвол ет получить слой глубиной свыше 1 мм, что при эксплуатации деталей приведет к преждевременному выходу их из стро .

Выдержка более 5 ч нецелесообразна по экономическим соображени м, т.к. получаемые слои имеют глубину 3 мм, что более чем достаточно дл  эффективного упрочнени .

Нагрев под закалку следует проводить в сол ной ванне(50% NaCI+50% KCI) вследствие того, что детали после закалки подвергаютс  только финишному шлифованию, и, кроме того, расплав соли снижает деазо- тирование поверхности.

Нагрев под закалку ниже 850°С недостаточен дл  растворени  нитридов и перевода азота в твердый раствор. Нагрев выше 1050°С приводит к сильному деазотироеанию поверхности и снижению ресурса работы деталей.

Врем  выдержки при закалке определ ют стандартным способом.

5Охлаждение провод т по режиму, обеспечивающему полное протекание мартен- ситного превращени  - дл  стали 25Х5М это 5-8 %-ный раствор NaCI, дл  18Х2Н4МА охлаждение необходимо продолжить в жид0 ком азоте.

Отпуск при температуре ниже 100°С недостаточен дл  сн ти  закалочных напр жений; выше 180°С - приводит к снижению эксплуатационной стойкости.

5 Выдержка приотпуске менее 0,5 ч недостаточна дл  сн ти  закалочных напр жений . Выдержка более 2 ч экономически нецелесообразна.

0 Предложенным способом обработаны партии деталей по 500 шт. в каждой - корпуса распылителей из стали 18Х2Н4МА и плунжерные пары из стали 25Х5М.

Детали помещают в нагревательное ус5 тройство газостата и герметизируют его ка- меру. После этого камеру вакуумируют, заполн ют газообразным азотом и повышают его давление до 10-200 МПа. По дости-. жении требуемого согласно технологии

0 давлени  включают нагревательное устройство и повышают температуру до 750- 1100°С, выдерживают при этих режимах 0,5-5 ч и провод т охлаждение до комнатной температуры,

5 Азотированные издели  подвергают нагреву под закалку до 850-1050°С в сол ной ванне 50% NaCI + 50% KCI, выдерживают 5-10 мин и охлаждают подрежиму, предотвращающему образование остаточного аус0 тенита - дл  плунжерных пар из стали 25Х5М, охлаждение провод т в 5-8%-ном растворе Nad в воде, дл  корпусов распылителей из стали 18Х2Н4МА необходимо продолжить охлаждение, например, в жид5 ком азоте или твердой углекислоте. После закалки детали подвергают отпуску при 400-180°С в течение 0,5-2 ч.

Обработанные предложенным спосо- 0 бом детали подвергают ускоренным стендовым испытани м, которые имитируют реальную работу деталей при поступлении топлива с абразивом,

5 Стендовые испытани  показали, что ресурс работы корпусов распылителей повысилс  с 2-4 до8-10 тыс. ч. а плунжерных пар с 3-5 до 10-12 тыс. ч при отсутствии разброса по стойкости деталей, обработанных по одному режиму.

720037328

Предложенный способ менее длителен высоких нагрузках, в том числе и в агрессивно времени, чем известный и экологически ных средах, поскольку топливо, особенно чистый,.дизельное, содержит значительное количество серы.

Все эти преимущества делают предла- 5

гаемое техническое решение перспектив- (56) 1. Лахтин Ю. М. Химико-термическа  ным дл  внедрени  на заводах, где обработка металлов. 1985, с. 114. требуютс  глубокие упрочненные слои на2. Авторское свидетельство СССР

детал х, работающих в услови х износа при № 899712, кл. С 23 С 8/26,1980.

10

Claims (1)

1. Формула изобретени в течение 0,5 - 5,0 ч, а после охлаждени 

   СПОСОВ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕ- Ј™ Й5 Т ТАЛЕЙ, включающий нагрев и выдержку в Ј fl2J2L I Г МННв 8ЫДвРЖ азотсодержащей среде и охлаждение, от- ±f Bf Щ твеРдого личающийе  тем, чтГныдержку провод т в EE22L ЧвГ° ПРОвОДЯТ °Х

   атмосфере газообразного азот придавлв- 3222Ги . У предотвращающему ;нии 10Ф-Ш МПа, температуре 7ВОР- 11(ХГС