RU2198954C2 - Method of hardening parts surfaces - Google Patents

Method of hardening parts surfaces Download PDF

Info

Publication number
RU2198954C2
RU2198954C2 RU2001108024/02A RU2001108024A RU2198954C2 RU 2198954 C2 RU2198954 C2 RU 2198954C2 RU 2001108024/02 A RU2001108024/02 A RU 2001108024/02A RU 2001108024 A RU2001108024 A RU 2001108024A RU 2198954 C2 RU2198954 C2 RU 2198954C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radical
hardening
radicals
surface layer
plastic deformation
Prior art date
Application number
RU2001108024/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001108024A (en
Inventor
Д.Г. Громаковский
А.Г. Ковшов
В.П. Малышев
И.Д. Ибатуллин
А.В. Дынников
С.В. Шигин
Ю.Е. Анучин
К.И. Маруженков
Original Assignee
Самарский государственный технический университет
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 Самарский государственный технический университет filed Critical Самарский государственный технический университет
Priority to RU2001108024/02A priority Critical patent/RU2198954C2/en
Publication of RU2001108024A publication Critical patent/RU2001108024A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2198954C2 publication Critical patent/RU2198954C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: hardening of parts; applicable for increasing wear resistance of friction surfaces. SUBSTANCE: method includes cold plastic deformation of surface, its subsequent thermochemical treatment. In so doing, surface to be hardened is subjected to plastic deformation with continuous supply of radical-forming substance to zone of deformation up to attainment of preset value of cold-work hardening of surface layer material. Then part is heated up to temperature of chemical modification of radical-forming substance at which destruction of its molecules takes place, and part is held at said temperature with continuous supply of radical-forming substance for period of time required for limited saturation of hardened surface layer with radicals. EFFECT: formation of strong, wear- and corrosion-resistant layer on surface of part. 1 tbl

Description

Изобретение относится к упрочняющей обработке деталей и может быть использовано для повышения износостойкости поверхностей трения. The invention relates to hardening processing of parts and can be used to increase the wear resistance of friction surfaces.

Известны способы механического упрочнения поверхностных слоев металлов и сплавов, основанные на поверхностной пластической деформации (ППД) [1], в которых повышение механических характеристик достигается за счет наклепа, измельчения зерна, образования благоприятной текстуры и остаточных напряжений в поверхностном слое. Одним из важных недостатков механического упрочнения является снижение коррозионной стойкости трущихся поверхностей. Known methods of mechanical hardening of the surface layers of metals and alloys, based on surface plastic deformation (PPD) [1], in which the increase in mechanical characteristics is achieved due to hardening, grinding grain, the formation of favorable texture and residual stresses in the surface layer. One of the important disadvantages of mechanical hardening is a decrease in the corrosion resistance of rubbing surfaces.

Известны способы повышения прочности поверхностных слоев путем химико-термической обработки (ХТО): азотирование, цементация и др. [2]. При этом на поверхности протекают диффузионные процессы, в ходе которых кристаллическая решетка металлических зерен в поверхностном слое насыщается атомами внедрения, создающими энергетический барьер для образования и скольжения дислокации. Обработанные таким способом поверхностные слои характеризуются высокой прочностью и коррозионной устойчивостью. Существенным недостатком ХТО является энергоемкость и длительность обработки. Known methods for increasing the strength of the surface layers by chemical-thermal treatment (CTO): nitriding, cementation, etc. [2]. In this case, diffusion processes occur on the surface, during which the crystal lattice of metal grains in the surface layer is saturated with interstitial atoms, which create an energy barrier for the formation and slip of a dislocation. Surface layers treated in this way are characterized by high strength and corrosion resistance. A significant drawback of XTO is the energy intensity and processing time.

Прототипом изобретения является способ комбинированного механического и химико-термического воздействия [3] на упрочняемые поверхности, в котором для повышения износостойкости деталей узлов трения на рабочую поверхность путем деформационного формоизменения наносят сетку каналов гексагональной формы, после чего образцы азотируют. При этом происходит интенсификация процесса химико-термической обработки и увеличивается глубина диффузионной зоны. The prototype of the invention is a method of combined mechanical and chemical-thermal effects [3] on hardened surfaces, in which, to increase the wear resistance of parts of friction units, a grid of hexagonal channels is applied to the working surface by deformation shaping, after which the samples are nitrided. In this case, the process of chemical-thermal treatment is intensified and the depth of the diffusion zone increases.

Указанный способ имеет недостатки, отмеченные выше. The specified method has the disadvantages noted above.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что производимый при ХТО процесс насыщения атомами внедрения предлагается заменить процессом диффузионного насыщения поверхностного слоя радикалами в процессе механо-термической обработки. The essence of the invention lies in the fact that the process of saturation with interstitial atoms produced during XTO is proposed to be replaced by the process of diffusion saturation of the surface layer with radicals during the mechanical-thermal treatment.

В предлагаемом способе используются радикалы, образующиеся при деструкции смазочных материалов, которые, как известно, представляют собой цепочку химически связанных атомов, содержащую на конце незавершенную атомную связь, что обусловливает их высокую прочность и химическую активность. Размеры радикалов превышают атомарные, поэтому их проникновение в кристаллическую решетку путем обычной диффузии затруднительно, однако радикалы могут проникать вглубь поверхностного слоя через более крупные дефекты материала, расположенные по границам зерен или по ямкам выходящих на поверхность дислокации. Миграция радикалов вглубь поверхностного слоя осуществляется за счет собственной избыточной свободной энергии радикалов, ядер дислокации, границ зерен и протекает согласно принципу минимума свободной энергии. Кроме того, этот процесс интенсифицируется за счет механической активации материала при его поверхностном деформировании. The proposed method uses radicals generated during the destruction of lubricants, which, as you know, are a chain of chemically bonded atoms containing an incomplete atomic bond at the end, which determines their high strength and chemical activity. The sizes of the radicals are larger than the atomic ones; therefore, their penetration into the crystal lattice by ordinary diffusion is difficult, however, radicals can penetrate deeper into the surface layer through larger material defects located at the grain boundaries or at the pits of dislocations that surface. The radicals migrate deeper into the surface layer due to their own excess free energy of radicals, dislocation nuclei, grain boundaries and proceeds according to the principle of minimum free energy. In addition, this process is intensified due to the mechanical activation of the material during its surface deformation.

Наблюдаемый эффект повышения прочности поверхностного слоя обусловлен "армированием" материала поверхностного слоя цепочками атомов радикалов, прочность связей в которых превышает металлическую, а также барьерным действием внедренных радикалов на процесс образования и скольжения новых дислокаций, что препятствует накоплению дефектов и замедляет развитие усталости и разрушение материала. The observed effect of increasing the strength of the surface layer is due to the "reinforcement" of the surface layer material with chains of radical atoms, the bond strength of which exceeds the metal one, as well as the barrier action of the introduced radicals on the formation and sliding of new dislocations, which prevents the accumulation of defects and slows down the development of fatigue and destruction of the material.

Образование радикалов на металлической поверхности в предложенном способе производится путем инициирования деструкции длинных молекул органических соединений при механическом и термическом воздействии за счет механического перетирания молекул и их термического разложения. В обоих случаях наблюдается диссоциация слабейших ковалентных связей в цепочке главных валентностей, а металлическая поверхность оказывает каталитическое действие на процесс деструкции адсорбированных молекул. The formation of radicals on a metal surface in the proposed method is carried out by initiating the destruction of long molecules of organic compounds during mechanical and thermal effects due to mechanical grinding of molecules and their thermal decomposition. In both cases, the dissociation of the weakest covalent bonds in the chain of principal valencies is observed, and the metal surface has a catalytic effect on the destruction of adsorbed molecules.

Заявленный способ упрочнения металлических поверхностей осуществляется по следующим этапам. The claimed method of hardening metal surfaces is carried out in the following steps.

1. Производят холодное поверхностное пластическое деформирование обрабатываемой детали любым традиционным способом (накатка шариком, роликом, вибронакатка и т. д.) в среде радикалообразующего вещества. На этом этапе формируется благоприятная текстура, микрорельеф, происходит активация и механический наклеп поверхностного слоя, а также частичное насыщение поверхности радикалами, образованными при механической деструкции молекул радикалообразующего вещества в зоне контакта индентора (шарика, ролика) с поверхностью. Кроме того, при пластической деформации поверхностного слоя образуется большое количество дислокаций, способствующих внедрению радикалов на следующем этапе обработки. 1. Produce cold surface plastic deformation of the workpiece in any traditional way (rolling by ball, roller, vibratory rolling, etc.) in a medium of a radical-forming substance. At this stage, a favorable texture, microrelief is formed, activation and mechanical hardening of the surface layer takes place, as well as partial saturation of the surface with radicals formed during the mechanical destruction of the molecules of the radical-forming substance in the contact zone of the indenter (ball, roller) with the surface. In addition, during plastic deformation of the surface layer, a large number of dislocations are formed that promote the introduction of radicals in the next stage of processing.

2. Не удаляя с поверхности слой радикалообразующего вещества, производят нагрев обрабатываемой детали до температуры, близкой к температуре химической модификации этого вещества, при которой начинается деструкция молекул, и появляются активные центры - радикалы, представляющие собой отдельные фрагменты исходной молекулы с незавершенными атомными связями. Кроме того, нагрев способствует интенсивному взаимодействию радикалов с обрабатываемой поверхностью. При этом основная часть радикалов проникает в поверхностный слой, упрочняя его, а некоторая часть радикалов окисляется, образуя на поверхности лаковую пленку, или испаряется в атмосферу. Скорость и способ нагрева детали должны обеспечивать равномерный и быстрый прогрев поверхности, так, чтобы не вызвать отпуска металла. После завершения упрочнения производят механическую или химическую очистку обработанной поверхности от следов нагара. 2. Without removing a layer of a radical-forming substance from the surface, the workpiece is heated to a temperature close to the temperature of the chemical modification of this substance, at which the destruction of the molecules begins, and active centers - radicals appear, which are separate fragments of the original molecule with incomplete atomic bonds. In addition, heating promotes intense interaction of radicals with the treated surface. In this case, the bulk of the radicals penetrates the surface layer, strengthening it, and some of the radicals oxidize, forming a lacquer film on the surface, or evaporate into the atmosphere. The speed and method of heating the part must ensure uniform and quick heating of the surface, so as not to cause tempering of the metal. After hardening is completed, mechanical or chemical cleaning of the treated surface from traces of soot is carried out.

В результате описанного способа на поверхности образуется прочный, износостойкий корозионно-устойчивый слой материала детали. As a result of the described method, a durable, wear-resistant corrosion-resistant layer of the material of the part is formed on the surface.

В качестве радикалообразующих веществ используются промышленные смазочные материалы. При ППД обрабатываемой детали они одновременно выполняют функцию смазочно-охлаждающей жидкости, а при термической деструкции является радикалообразующим материалом. As radical-forming substances, industrial lubricants are used. With the PPD of the workpiece, they simultaneously serve as a cutting fluid, and with thermal degradation it is a radical-forming material.

Для повышения температурной стойкости в смазочный материал добавляют антиокислительную присадку, что предотвращает нежелательную реакцию радикалов и ювенильных участков поверхности с кислородом, растворенным в смазочном материале. To increase the temperature resistance, an antioxidant additive is added to the lubricant, which prevents the unwanted reaction of radicals and juvenile surface areas with oxygen dissolved in the lubricant.

Повышение температурной стойкости радикалообразующей жидкости производят потому, что окисленные радикалы превращаются в лаки, а образующаяся на поверхности оксидная пленка препятствует диффузии радикалов, что превращает предложенный процесс в известный способ воронения поверхностей. The temperature stability of the radical-forming liquid is increased because the oxidized radicals turn into varnishes, and the oxide film formed on the surface prevents the diffusion of radicals, which turns the proposed process into a known method of surface burnishing.

В патенте [4] предлагаемый способ используется для контрольной процедуры - оценки энергии активации термомеханической деструкции смазочных материалов, поскольку деструкция смазочных материалов на металлической поверхности вызывает повышение энергии активации пластической деформации материала поверхностного слоя на величину, характеризующую прочность связей молекул испытываемого смазочного материала. В заявленном способе этот эффект используется с целью упрочнения поверхностей деталей. In the patent [4], the proposed method is used for a control procedure - estimating the activation energy of thermomechanical destruction of lubricants, since the destruction of lubricants on a metal surface causes an increase in the activation energy of plastic deformation of the surface layer material by an amount characterizing the bond strength of the molecules of the tested lubricant. In the claimed method, this effect is used to harden the surfaces of parts.

Пример реализации. Implementation example.

Образцы из стали 12Х18Н10Т в количестве 10 шт. (материал в состоянии поставки) обрабатывали шлифованием на плоскошлифовальном станке, а затем для получения высококачественной плоскости контакта притирали на чугунной плите. Samples of steel 12X18H10T in an amount of 10 pcs. (material in the delivery state) was processed by grinding on a surface grinding machine, and then rubbed on a cast-iron plate to obtain a high-quality contact plane.

После притирки оценивали микротвердость по Виккерсу и энергию активации пластической деформации поверхностного слоя методом склерометрии. Энергию активации пластической деформации рассчитывали как удельную работу, затрачиваемую на пластическое оттеснение 1 моля вещества поверхностного слоя. After grinding, Vickers microhardness and the activation energy of plastic deformation of the surface layer by sclerometry were evaluated. The activation energy of plastic deformation was calculated as the specific work spent on plastic displacement of 1 mole of the substance of the surface layer.

Затем образцы подвергали пластической деформации (ППД) накатыванием шариком ⌀10 мм, нагрузка на шарик 100Н в среде радикалообразующей жидкости (масло индустриальное И-40А). После ППД производили нагрев образцов в том же масле при Т= 200oС при выдержке 10 мин. Затем по той же методике оценивали энергию активации пластической деформации поверхностного слоя после упрочнения предложенным способом, способом СВС и упрочнения взрывом. Результаты оценки эффективности предлагаемого способа приведены в таблице.Then, the samples were subjected to plastic deformation (PPD) by rolling a ⌀10 mm ball, the load on the 100N ball in a medium of a radical-forming liquid (industrial oil I-40A). After PPD, the samples were heated in the same oil at T = 200 ° C for 10 minutes. Then, according to the same methodology, the activation energy of plastic deformation of the surface layer after hardening by the proposed method, the SHS method and explosion hardening was evaluated. The results of evaluating the effectiveness of the proposed method are shown in the table.

ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием /Справочник. -М.: Машиностроение, 1987. -328 с.
LITERARY SOURCES
1. Hardening and finishing of parts by surface plastic deformation / Reference. -M .: Mechanical Engineering, 1987. -328 p.

2. Химико-термическая обработка металлов и сплавов /Справочник. -М.: Металлургия, 1981. -424 с. 2. Chemical-thermal treatment of metals and alloys / Reference. -M .: Metallurgy, 1981. -424 p.

3. А.с. 1497269, "Способ упрочнения поверхности деталей" //Громаковский Д. Г. , Кириленко Л.Н., Отражий В.И., Курицын В.Н., кл. C 23 C 8/24, 8/26, 1987 г. 3. A.S. 1497269, “Method for hardening the surface of parts” // Gromakovsky D. G., Kirilenko L.N., Otrazhiy V.I., Kuritsyn V.N., class. C 23 C 8/24, 8/26, 1987

4. Патент РФ 2119165. "Способ оценки энергии активации термомеханической деструкции смазочных материалов" /Громаковский Д.Г., Беленьких Е.В., Ибатуллин И. Д. , Карпов А.С., Ковшов А.Г., Сорокин А.Н., Торренс А.А.; опубл. 20.09.98, Бюл. //Открытия. Изобретения.-1998 г. 4. RF patent 2119165. "A method for evaluating the activation energy of thermomechanical destruction of lubricants" / Gromakovsky DG, Belenkikh EV, Ibatullin I.D., Karpov A.S., Kovshov A.G., Sorokin A. N., Torrens A.A .; publ. 09/20/98, Bull. //Discoveries. Inventions. 1998

Claims (1)

Способ упрочнения поверхностей деталей, заключающийся в том, что обрабатываемую поверхность подвергают холодной пластической деформации, а затем химико-термической обработке, отличающийся тем, что упрочняемую поверхность подвергают пластической деформации при непрерывной подаче радикалообразующего вещества в зону деформации до достижения заданной величины наклепа материала поверхностного слоя, а затем производят нагрев детали до температуры химической модификации радикалообразующего вещества, при которой начинается деструкция его молекул, и выдерживают деталь при данной температуре при непрерывной подаче радикалообразующего вещества в течение времени, необходимого для предельного насыщения радикалами упрочняемого поверхностного слоя. The method of hardening the surfaces of parts, which consists in the fact that the surface is subjected to cold plastic deformation, and then thermo-chemical treatment, characterized in that the hardened surface is subjected to plastic deformation by continuously supplying a radical-forming substance to the deformation zone until a predetermined hardening value of the surface layer material is achieved, and then the part is heated to the temperature of the chemical modification of the radical-forming substance, at which the destruction begins of molecules, and is kept at this temperature part with a continuous feed of radical substances for the time required for the saturation limit radicals hardenable surface layer.
RU2001108024/02A 2001-03-26 2001-03-26 Method of hardening parts surfaces RU2198954C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108024/02A RU2198954C2 (en) 2001-03-26 2001-03-26 Method of hardening parts surfaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108024/02A RU2198954C2 (en) 2001-03-26 2001-03-26 Method of hardening parts surfaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001108024A RU2001108024A (en) 2003-01-27
RU2198954C2 true RU2198954C2 (en) 2003-02-20

Family

ID=20247622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001108024/02A RU2198954C2 (en) 2001-03-26 2001-03-26 Method of hardening parts surfaces

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2198954C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462517C2 (en) * 2010-11-10 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Method of treatment of steel parts surfaces
RU2476626C2 (en) * 2010-11-17 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологические покрытия" Treatment method of part with galvanic coating
RU2766388C1 (en) * 2021-04-02 2022-03-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for surface treatment on steel parts
RU2777058C1 (en) * 2022-01-30 2022-08-01 Аскар Джамилевич Мингажев Method for nitriding parts from alloyed steel

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462517C2 (en) * 2010-11-10 2012-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Method of treatment of steel parts surfaces
RU2476626C2 (en) * 2010-11-17 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Технологические покрытия" Treatment method of part with galvanic coating
RU2766388C1 (en) * 2021-04-02 2022-03-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for surface treatment on steel parts
RU2777058C1 (en) * 2022-01-30 2022-08-01 Аскар Джамилевич Мингажев Method for nitriding parts from alloyed steel
RU2787278C1 (en) * 2022-06-04 2023-01-09 Аскар Джамилевич Мингажев Method for nitriding parts from alloyed steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007046088A (en) Nitrided quenched part, and method for producing the same
US5187017A (en) Sliding member, and method and apparatus for producing the same by gas sulphonitriding
Balanovskii et al. Estimation of wear resistance of plasma-carburized steel surface in conditions of abrasive wear
CN100494498C (en) Method for surface treatment of metal material
US5707460A (en) Method of producing parts having improved wear, fatigue and corrosion resistance from medium alloy, low carbon steel and parts obtained therefrom
RU2198954C2 (en) Method of hardening parts surfaces
JP4771718B2 (en) Metal nitriding method
US20060266436A1 (en) Carburizing method
RU2339704C1 (en) Method of combined magnetic-impulse processing of surfaces of tools and machine parts
Liew et al. Reciprocating wear behavior of mild steel carburized using Na2CO3–NaCl
Harnett et al. Comparing the surface hardness of mild steel processed with CO₂ and fibre lasers
RU2462517C2 (en) Method of treatment of steel parts surfaces
Ідан et al. Surface hardening of steel parts
Totten et al. Advances in polymer quenching technology
Romanenko et al. Increasing of fatigue limit and efficiency of constructional steels through additional chemical and thermal treating using nitrogenous carbonaceous carburizers
JPH10259421A (en) Method for heat-treating machine parts
RU2037556C1 (en) Method of carburization
KR100988702B1 (en) A quenched nitride and the method of manufacture thereof
JPH08209324A (en) Method of pretreating member made of steel in the form of passive state before carbonitridation in salt bath
RU2052536C1 (en) Method for thermochemical treatment of steel products
JP4858071B2 (en) Steel surface treatment method and surface-treated steel material
RU2812940C1 (en) Method for ionic nitriding parts from alloyed steel
RU2109081C1 (en) Method for manufacturing steel part
RU2779075C1 (en) Method for hardening the surface of a part made of structural steels
RU2153006C1 (en) Process of magnetic treatment of tools, parts of machines and assembly units

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060327