RU2134726C1

RU2134726C1 - Method of hardening of steel parts

Info

Publication number: RU2134726C1
Application number: RU97100860A
Authority: RU
Inventors: Ольга Валентиновна Афанасьева; Анатолий Александрович Грабов; Светлана Степановна Дьяченко; Владимир Александрович Золотько; Сергей Владимирович Кафтанов
Original assignee: Ольга Валентиновна Афанасьева; Анатолий Александрович Грабов; Светлана Степановна Дьяченко; Владимир Александрович Золотько; Сергей Владимирович Кафтанов
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: metallurgy; applicable in hardening of machine parts by method of cold plastic deformation for operation under conditions of friction and cyclic loads. SUBSTANCE: method includes prior to finishing thermo-chemical treatment - ionic nitriding, performance of prerecrystallization stabilizing annealing at temperatures exceeding temperature of maximum deformation ageing for the given steel grade by 80-120 C. This is made to preserve deformation hardening produced in material of part during cold plastic deformation. Such intermediate annealing ensures higher resistance of deformed steel to recrystallization in repeated heating. The method allows preservation of considerable part of metal deformation hardening in nitriding after annealing to increase strength properties of part core by 25-50% without appreciable reduction of ductility, and improved cyclic strength of finished article. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для упрочнения деталей машин, получаемых методом холодной пластической деформации (ХПД) и работающих в условиях трения и циклических нагрузок. The invention relates to metallurgy and can be used to harden machine parts obtained by cold plastic deformation (HFA) and working under friction and cyclic loads.

Известен способ [1], согласно которому для ускорения процесса азотирования сталь предварительно подвергают пластической деформации. Созданная при этом дислокационная структура способствует увеличению скорости роста азотированного слоя. Однако такой способ имеет существенный недостаток, обусловленный тем, что при азотировании машиностроительных конструкционных сталей в холоднодеформированном состоянии упрочнение, созданное в стали в процессе деформации, не сохраняется, поскольку длительная выдержка при температуре азотирования (520-540^oC) приводит к рекристаллизации металла, которая как известно, сопровождается полным разупрочнением. Таким образом, в рамках этого способа предварительная пластическая деформация лишь несколько ускоряет процесс азотирования на начальных его стадиях (до завершения рекристаллических процессов), но не обеспечивает сохранения субструктурного упрочнения в сердцевине изделия.The known method [1], according to which to accelerate the nitriding process, the steel is preliminarily subjected to plastic deformation. The dislocation structure created in this way contributes to an increase in the growth rate of the nitrided layer. However, this method has a significant drawback, due to the fact that during nitriding of engineering structural steels in a cold-deformed state, the hardening created in steel during deformation is not preserved, since long exposure at a nitriding temperature (520-540 ^o C) leads to metal recrystallization, which as is known, is accompanied by a complete softening. Thus, in the framework of this method, preliminary plastic deformation only slightly accelerates the nitriding process at its initial stages (until the completion of recrystallization processes), but does not ensure the preservation of substructural hardening in the core of the product.

В основу данного изобретения "Способ упрочнения стальных деталей" поставлена задача сохранения деформационного упрочнения холоднодейормированной стали в процессе последующего ионного азотирования путем повышения устойчивости против рекристаллизации субструктуры, созданной в металле при ХПД, что обеспечивает существенный (на 25 - 50% прирост прочностных свойств сердцевины азотированных деталей без заметного снижения пластичности. Поставленная задача достигается за счет того, что в известном способе, включающем холодную пластическую деформацию и ионное азотирование согласно изобретению, деталь, полученную методом ХПД, перед азотированием подвергают дорекристаллизационному стабилизирующему отжигу продолжительностью 90 минут при температуре, на 80 - 120^oC превышающей температуру максимума деформированного старения используемой стали (t_дс ^max). Стабилизирующий отжиг обеспечивает формирование термически устойчивой субструктуры и, как следствие, тормозит протекание рекристаллизационных процессов.The basis of this invention, “Method of hardening steel parts”, is tasked with maintaining the strain hardening of cold-deformed steel in the process of subsequent ion nitriding by increasing the resistance against recrystallization of the substructure created in the metal during CCD, which provides a significant (25 - 50% increase in strength properties of the core of nitrided parts without a noticeable decrease in ductility. The problem is achieved due to the fact that in the known method, including cold plastic Reformation and ionic nitriding according to the invention, the item obtained by HFA before nitriding subjected dorekristallizatsionnomu stabilizing anneal lasting 90 minutes at a temperature of 80 -. 120 ^o C greater than (t _ds ^max) strain aging maximum use temperature of the steel stabilizing anneal enables the formation of thermally stable substructures and, as a result, inhibits the course of recrystallization processes.

Предлагаемый принцип выбора температуры отжига основан на том, что повышение термической стабильности дислокационной структуры, сформированной при деформировании, может быть достигнуто при рациональном сочетании двух процессов: частичной перестройки дислокаций по механизму полигонизации и закреплении образовавшихся субграниц сегрегациями примесных атомов за счет процесса деформированного старения. Такая последовательность протекания этих процессов может иметь место в довольно узком температурном интервале, положение которого определяется склонностью стали к деформированному старению. Отжиг за пределами этого интервала приводит к уменьшению термической устойчивости дислокационной структуры: при более низких температурах деформационное старение подавляет процесс перестройки дислокаций в стабильные конфигурации, а более высокие температуры отжига не обеспечивают эффективное закрепление субграниц. The proposed principle of choosing the annealing temperature is based on the fact that an increase in the thermal stability of a dislocation structure formed during deformation can be achieved by a rational combination of two processes: partial rearrangement of dislocations by the polygonization mechanism and fixing of the formed subboundaries by segregation of impurity atoms due to the process of deformed aging. Such a sequence of these processes can take place in a rather narrow temperature range, the position of which is determined by the tendency of steel to deformed aging. Annealing outside this interval leads to a decrease in the thermal stability of the dislocation structure: at lower temperatures, strain aging suppresses the process of rearrangement of dislocations into stable configurations, and higher annealing temperatures do not provide effective fixation of subboundaries.

Температуру максимума деформационного старения определяют экспериментально для каждой марки стали. Для этого серию холоднодеформированных образцов подвергают изотермическим отжигам указанной выше продолжительности при температурах от 200 до 400^oC с интервалом 25^oC, строят зависимость прироста твердости, как наиболее чувствительной к деформационному старению характеристики, от температуры отжига и определяют температурное положение максимума твердости.The temperature of the maximum strain aging is determined experimentally for each steel grade. For this, a series of cold-deformed samples is subjected to isothermal annealing of the above duration at temperatures from 200 to 400 ^o C with an interval of 25 ^o C, the dependence of the increase in hardness, as the most sensitive to deformation aging characteristics, is built on the annealing temperature and the temperature position of the maximum hardness is determined.

Пример выполнения: образцы сталей 18ХГТ, 40Х подвергают предварительной термообработке по общепринятой для азотируемых сталей схеме: закалка с температурой на 50 - 70^oC выше Ac₃ и высокий отпуск при температурах, соответственно, 540 и 650^oC. Термообработанные образцы деформируют при комнатной температуре со степенями деформации 20 - 40%. После деформации образцы подвергают стабилизирующему отжигу при температурах, на 80-120^oC, превышающих температуру максимума деформационного старения. Как видно на чертеже, где приведены графики зависимостей твердости деформационных сталей от температуры отжига, максимумы твердости для сталей 18ХГ и 40Х наблюдаются при температурах 200 и 250^oC соответственно. Следовательно, оптимальная температура последеформационного отжига для указанных сталей должна находиться в пределах: для стали 18ХГТ - 280...320^oC, для стали 40Х 330...370^oC.Example of execution: samples of steels 18KhGT, 40Kh are subjected to preliminary heat treatment according to the scheme generally accepted for nitrided steels: quenching with a temperature of 50 - 70 ^o C higher than Ac ₃ and high tempering at temperatures of 540 and 650 ^o C., respectively. Heat-treated samples are deformed at room temperature with degrees of deformation of 20 - 40%. After deformation, the samples are subjected to stabilizing annealing at temperatures of 80-120 ^o C, exceeding the temperature of the maximum strain aging. As can be seen in the drawing, which shows the graphs of the dependences of the hardness of deformation steels on the annealing temperature, maximum hardness for steels 18XG and 40X are observed at temperatures of 200 and 250 ^o C, respectively. Therefore, the optimum temperature of post-deformation annealing for these steels should be in the range: for steel 18KhGT - 280 ... 320 ^o C, for steel 40X 330 ... 370 ^o C.

После стабилизирующей термообработки производиться ионное азотирование при t = 500-540^oC в течение 4,5-6 часов.After stabilizing heat treatment, ion nitriding is performed at t = 500-540 ^o C for 4.5-6 hours.

Эффективность заявляемого способа и корректность выбора режима последеформационной стабилизирующей термообработки подтверждается данными таблиц 1 и 2, показывающими изменение свойств сердцевины азотированных сталей в пределах и за пределами области оптимизации. Как видно из данных таблиц, применение заявляемого способа позволяет значительно (на 25-50%) по сравнению с известным способом повысить прочностные свойства сердцевины деталей без существенного снижения пластичности, что положительно сказывается на циклической прочности готового изделия. The effectiveness of the proposed method and the correct choice of the mode of post-deformation stabilizing heat treatment is confirmed by the data of tables 1 and 2, showing the change in the properties of the core of nitrided steels within and outside the scope of optimization. As can be seen from these tables, the application of the proposed method can significantly (25-50%) compared with the known method to increase the strength properties of the core parts without a significant decrease in ductility, which positively affects the cyclic strength of the finished product.

Источник информации. Sourse of information.

1. Бараз В. Р. , Штремт М.А., Кирьякова Н.С., Ускоренное азотирование деформированной аустенитной стали //Изв. Вузов. Черная металлургия, 1989, N 8, С. 101-103. 1. Baraz VR, Shtremt MA, Kiryakova NS, Accelerated nitriding of deformed austenitic steel // Izv. Universities. Ferrous metallurgy, 1989, N 8, S. 101-103.

Claims

A method of hardening steel parts, including heat treatment, cold plastic deformation and nitriding, characterized in that before nitriding, post-deformation annealing is carried out at temperatures 80 to 120 ^° C higher than the temperature of the maximum strain aging.