RU2122718C1

RU2122718C1 - Method determining deformation of diffusion layer

Info

Publication number: RU2122718C1
Application number: RU95121034A
Authority: RU
Inventors: Л.П. Карпов; Г.М. Железнов
Original assignee: Комбинат "Электрохимприбор"
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 1998-11-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering, development of technology of manufacture of parts and tools. SUBSTANCE: method consists in manufacture of samples, in determination of their tested size before and after chemical and thermal treatment and in calculation of change of size due to treatment. For obtainment of technical result lied in generation of information on thickness of diffusion layer linear deformation of sample over entire length and of core are determined. Deformation of diffusion layer is calculated by difference of entire length and core that is related to thickness of diffusion layer found after chemical and thermal treatment. EFFECT: obtainment of authentic information on thickness of diffusion layer.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при разработке технологии изготовления деталей и инструмента с применением химико-термической обработки (ХТО) и назначения припусков под окончательную механическую обработку с учетом деформации конкретно диффузионного слоя. The invention relates to mechanical engineering and can be used to develop technology for the manufacture of parts and tools using chemical-thermal treatment (XTO) and the appointment of allowances for the final machining, taking into account the deformation of a specific diffusion layer.

Известно, например, что при азотировании размеры деталей изменяются за счет увеличения относительного объема металла, т.е. поверхность деталей "разбухает". По книге: Тутов И. Е. Металловедение, М., "Машгиз", 1954 - "разбухание" диффузионного слоя составляет 4-6% от толщины слоя. It is known, for example, that during nitriding, the dimensions of parts change due to an increase in the relative volume of the metal, i.e. the surface of the parts "swells". According to the book: Tutov I.E. Metallurgy, M., "Mashgiz", 1954 - "swelling" of the diffusion layer is 4-6% of the layer thickness.

Однако, если толщина слоя определяется стандартными методами, например, металлографически, то определение изменения толщины поверхностного слоя за счет диффузионного насыщения представляет известные трудности. However, if the thickness of the layer is determined by standard methods, for example, metallographically, then the determination of changes in the thickness of the surface layer due to diffusion saturation is a known difficulty.

Известен способ определения линейной деформации образцов, например, размером 14 мм в диаметре и 100 мм длиной (Карпов Л.П. Малодеформационная закалка в инертных газах, МиТОМ, 1973, N 10, с. 29). При этом можно определить общую деформацию образца, включающую деформацию сердцевины и диффузионного слоя, при этом преобладает деформация сердцевины и неизвестна деформация слоя. A known method for determining the linear deformation of samples, for example, measuring 14 mm in diameter and 100 mm in length (Karpov L.P. Low-strain hardening in inert gases, MiTOM, 1973, N 10, p. 29). In this case, it is possible to determine the total deformation of the sample, including the deformation of the core and the diffusion layer, with the predominant deformation of the core and unknown deformation of the layer.

В книге (ссылка на зарубежный источник): Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали, М.: Машиностроение, 1976, с. 135 - приводится расчетный способ определения "припухания" деталей с учетом времени азотирования и констант материала. Однако способ применим при режиме азотирования только 500^oC. Значения констант неконкретны, расчет затруднителен.In the book (reference to a foreign source): Lakhtin Yu.M., Kogan Ya.D. Steel nitriding, Moscow: Mashinostroenie, 1976, p. 135 - provides a calculation method for determining the "swelling" of parts taking into account the nitriding time and the constants of the material. However, the method is applicable when the nitriding mode is only 500 ^o C. The values of the constants are not specific, the calculation is difficult.

В справочнике "Металловедение и термическая обработка стали и чугуна", М. "Металлургиздат", 1956, с. 634" дается приращение диаметра азотированных стальных образцов при измерении диаметра при разной толщине стенки цилиндров без учета конкретной деформации азотированного слоя. In the reference book "Metallurgy and heat treatment of steel and cast iron", M. "Metallurgizdat", 1956, p. 634 "gives the increment of the diameter of nitrided steel samples when measuring the diameter at different cylinder wall thicknesses without taking into account the specific deformation of the nitrided layer.

За прототип принят способ определения общего приращения размеров деталей (диаметра) при ХТО, включающий изменение размеров диффузионного слоя и сердцевины (структурные превращения), описанный в справочнике "Металловедение" и термическая обработка стали и чугуна, указанном выше. For the prototype, a method has been adopted for determining the total increment in the dimensions of parts (diameter) during XTO, including changing the dimensions of the diffusion layer and the core (structural transformations) described in the Metallurgy reference book and the heat treatment of steel and cast iron mentioned above.

Недостаток прототипа - не определяется изменение (приращение) металла диффузионного слоя отдельно от сердцевины. Это необходимо знать при разработке технологии поверхностного упрочнения любым методом (азотирование, нитроцементация, карбонитрация, цементация и др.), т.к. с учетом "припухания" назначается припуск под окончательную механическую обработку после ХТО. The disadvantage of the prototype is not determined by the change (increment) of the metal of the diffusion layer separately from the core. It is necessary to know this when developing the technology of surface hardening by any method (nitriding, nitrocarburizing, carbonitration, carburizing, etc.), because taking into account the "swelling", an allowance is assigned for the final machining after XTO.

Цель изобретения - определять приращение толщины диффузионного слоя отдельно от сердцевины. The purpose of the invention is to determine the increment of the thickness of the diffusion layer separately from the core.

Поставленная цель достигается измерением контролируемого размера образца по всей его длине, выбором еще одного контролируемого размера между метками, расположенными вблизи каждого его торца, проведенный ХТО, повторном измерении контролируемых размеров, определении толщины диффузионного слоя, расчете относительной деформации одностороннего диффузионного слоя в зависимости от его толщины. The goal is achieved by measuring the controlled size of the sample along its entire length, selecting another controlled size between the marks located near each of its ends, conducted by XTO, re-measuring the controlled sizes, determining the thickness of the diffusion layer, calculating the relative deformation of the one-sided diffusion layer depending on its thickness .

Общие признаки с прототипом - определяются линейные размеры образца (детали), общие сердцевины и диффузионного слоя до и после ХТО. Common features with the prototype — linear dimensions of the sample (part), common cores and diffusion layer before and after CTO are determined.

Отличительные признаки: определяется раздельно изменение (приращение) размера длины сердцевины образца и диффузионного слоя, образцы изготавливают из отожженной стали. Это позволяет учесть "припухание" слоя, не зависящего от деформации самой детали с разной геометрией. Distinctive features: the change (increment) of the size of the length of the core of the sample and the diffusion layer is determined separately, the samples are made of annealed steel. This allows you to take into account the "swelling" of the layer, which is independent of the deformation of the part itself with different geometries.

Для реализации способа выполняют операции. To implement the method perform operations.

1. Изготавливают образцы из исследуемой отожженной стали. При ХТО исходная структура сердцевины и режимы ХТО должны обеспечивать только увеличение относительно объема стали, но не уменьшение. Образцы могут быть цилиндрические или плоские, но достаточной жесткости, исключающей коробление при ХТО. Длина образца должна быть больше толщины диффузионного слоя не менее чем в 50 раз. 1. Make samples of the investigated annealed steel. In CTO, the initial core structure and CTO regimes should provide only an increase relative to the volume of steel, but not a decrease. Samples can be cylindrical or flat, but of sufficient rigidity, excluding warping during XTO. The length of the sample should be no less than 50 times the thickness of the diffusion layer.

2. На концах образцов изготавливают канавки или риски или другой геометрический знак, позволяющий измерять длину образца между этими знаками. Знаки от торцев образцов должны отстоять на расстоянии, превышающем толщину диффузионного слоя. Положение знака относительно оси образца при ХТО не должно изменяться. 2. Grooves or risks or another geometric sign are made at the ends of the samples, which makes it possible to measure the length of the sample between these signs. The signs from the ends of the samples must be separated at a distance exceeding the thickness of the diffusion layer. The position of the sign relative to the axis of the sample during XTO should not change.

3. Измеряют общую длину образцов l по торцам с точностью не грубее 0,05 нм. 3. Measure the total length of the samples l at the ends with an accuracy of no more than 0.05 nm.

4. Измеряют длину образцов между знаками l_зн с такой же точностью, как измерена общая длина.4. Measure the length of the samples between the signs l _zn with the same accuracy as the measured total length.

5. Выполняют ХТО, кроме тех, при которых окисляются поверхность деталей, например, высокотемпературной цементации. 5. Perform XTO, except those in which the surface of the parts is oxidized, for example, high-temperature cementation.

6. Измеряют общую длину образцов l'. 6. Measure the total length of the samples l '.

7. Измеряют длину образцов между знаками

8. Находят общее приращение длины образцов
9. Находят приращение длины сердцевины образца

10. Находят абсолютное значение одностороннего приращения толщины диффузионного слоя

11. Определяют толщину диффузионного слоя на одном из торцев образца - h мм. Для этого, например, шлифуют лыску на торце глубиной, превышающей предполагаемую толщину слоя, протравливают микрошлиф, измеряют толщину слоя с точностью не грубее, чем измеряли длину образца.7. Measure the length of the samples between the signs

8. Find the total increment of the length of the samples
9. Find the increment in the length of the core of the sample

10. Find the absolute value of the one-sided increment of the thickness of the diffusion layer

11. Determine the thickness of the diffusion layer at one of the ends of the sample - h mm To do this, for example, they polish the flats at the end with a depth exceeding the expected thickness of the layer, etch a microsection, measure the thickness of the layer with an accuracy no coarser than measure the length of the sample.

12. Находят относительное значение одностороннего приращения толщины диффузионного слоя

Способ проверен практически при сравнении приращения толщины диффузионного слоя стали 40Х при азотировании и при нитроцементации. Образцы диаметром 14 и длиной 100 мм вытачивали из прутков с твердостью 207 НВ (отожженные). Азотировали образцы при температуре 520-540^oC 48 ч. Нитрацементация при температуре 800^oC с выдержкой 20 ч выполнена в печи СШЦМ-6,6/9И4 с подачей триэтаноламина 60-80 капель в минуту с непосредственной закалкой из печи в воде. По краям образцов на расстоянии 2 мм от торца проточены кольцевые канавки глубиной 1 мм с симметричным раскрытием 60^o. Торцы образцов после ХТО (нитроцементации) протирались для удаления сажи. Результаты определения линейных размеров, приращения толщины диффузионного слоя показаны в таблице. Поверхностная твердость после азотирования равна 414 HV, нитроцементация с закалкой 896 HV.12. Find the relative value of the one-sided increment of the thickness of the diffusion layer

The method was tested practically when comparing the increment of the thickness of the diffusion layer of steel 40X during nitriding and nitrocarburizing. Samples with a diameter of 14 and a length of 100 mm were machined from bars with a hardness of 207 HB (annealed). Samples were nitrided at a temperature of 520-540 ^° C for 48 hours. Nitrocementation at a temperature of 800 ^° C with a shutter speed of 20 hours was performed in an SSHCM-6.6 / 9I4 furnace with 60-80 drops per minute of triethanolamine being directly quenched from the furnace in water. Along the edges of the samples at a distance of 2 mm from the end are grooved annular grooves 1 mm deep with a symmetrical opening of 60 ^o . The ends of the samples after CTO (nitrocarburizing) were rubbed to remove soot. The results of determining the linear dimensions, increments of the thickness of the diffusion layer are shown in the table. Surface hardness after nitriding is 414 HV, nitrocarburizing with hardening is 896 HV.

Видно и таблицы, что относительно приращение толщины диффузионного слоя при азотировании равно 1,3%, при нитроцементации - 1,7%, при толщине слоя соответственно 0,38 мм и 0,90 мм и поверхностной твердости соответственно 414 HV и 896 HV. Полученные значения используются для назначения технологического припуска при изготовлении деталей оснастки и инструмента. It can also be seen in the tables that the relative increment in the thickness of the diffusion layer during nitriding is 1.3%, with nitrocarburizing - 1.7%, with a layer thickness of 0.38 mm and 0.90 mm, respectively, and surface hardness of 414 HV and 896 HV, respectively. The obtained values are used to assign technological allowance in the manufacture of tooling and tool parts.

Технический результат от внедрения способа определения деформации диффузионного слоя образцов заключается в сокращении сроков подготовки производства (разработки технологии без ХТО пробных деталей), снижении технологического брака, когда мал припуск, или снижение трудоемкости, когда не нужно снимать большой припуск после ХТО деталей. Возможность осуществления способа подтверждается планами внедрения вновь разработанных способов ХТО, например, нитроцементации, карбонитрации. The technical result from the introduction of a method for determining the deformation of the diffusion layer of samples is to reduce the time for production preparation (development of technology without XTO test parts), reduce technological defects when the allowance is small, or reduce the complexity when it is not necessary to remove a large allowance after XTO parts. The possibility of implementing the method is confirmed by plans for the introduction of newly developed methods of CT, for example, nitrocarburizing, carbonitration.

Claims

The method for determining the deformation of the diffusion layer during chemical-thermal treatment of steel samples, which consists in the manufacture of samples, determining their controlled size, conducting chemical-thermal treatment, re-determining the controlled size and calculating its change due to chemical-thermal treatment, characterized in that it is made from samples of annealed steel, each of which is no less than 50 times longer than the expected thickness of the diffusion layer, choose another controlled size, before By carrying out chemical-thermal treatment on the samples at a distance from each end exceeding the expected thickness of the diffusion layer, signs are applied and the total length of the samples and the core length between the signs, which are controlled sizes, are measured, after calculating the change in the controlled sizes, the absolute value of the one-sided change in the thickness of the diffusion layer is found equal to half the difference in the change in the total length of the samples and the change in the length of the core, determine the thickness of the diffusion layer and calculate about relative deformation of a one-sided diffusion layer depending on its thickness.