RU2428503C2 - Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 - Google Patents
Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428503C2 RU2428503C2 RU2009139310/02A RU2009139310A RU2428503C2 RU 2428503 C2 RU2428503 C2 RU 2428503C2 RU 2009139310/02 A RU2009139310/02 A RU 2009139310/02A RU 2009139310 A RU2009139310 A RU 2009139310A RU 2428503 C2 RU2428503 C2 RU 2428503C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloying
- thermal diffusion
- steel
- temperature
- parts
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Заявлен способ поверхностного легирования деталей из стали 40. Способ включает термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами из нанесенной на их поверхность обмазки путем нагрева, выдержки и охлаждения. Перед термодиффузионным насыщением проводят предварительное поверхностное локальное легирование с использованием лазерного нагрева из обмазки, содержащей один из следующих легирующих элементов: Cr, V, Ti, a термодиффузионное насыщение ведут при температуре Т=650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов с последующим охлаждением в печи. Технический результат - увеличение толщины диффузионного слоя, сокращение длительности и снижение температуры процесса термодиффузионного насыщения поверхности при сохранении высокой твердости. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам поверхностного упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок.
Известен способ лазерного легирования поверхности низкоуглеродистых и среднеуглеродистых легированных сталей различными легирующими элементами. Насыщение поверхности легирующими элементами проводят с помощью лазерного нагрева, сущность которого заключается в расплавлении участка поверхности стали вместе с добавляемыми легирующими элементами, предварительно нанесенными на обрабатываемый участок (см. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. «Лазерная обработка материалов», М., «Машиностроение», 1975 г., с.296).
Недостатком известного способа является возникновение внутренних напряжений между зоной расплава и основным металлом.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является принятый в качестве прототипа способ легирования стальных деталей путем термодиффузионного насыщения поверхности различными легирующими элементами, который заключается в нанесении на поверхность детали обмазки, содержащей легирующий элемент, и выдержке в печи при температуре Т=1000-1150°С в течение 6-10 часов с последующим охлаждением в печи (см. Ю.М.Лахтин, Б.Н.Арзамасов. «Химико-термическая обработка металлов», Москва, «Металлургия», 1985 г., с.255).
Недостатком этого способа является длительность процесса, высокие температуры и небольшая толщина диффузионного слоя в пределах 50…70 мкм, при этом концентрация легирующего элемента резко снижается от поверхности вглубь. Кроме того, при высоких температурах нагрева растет зерно аустенита, что приводит к снижению механических свойств стали и деформации изделий.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является увеличение толщины диффузионного слоя, сокращение длительности и снижение температуры процесса термодиффузионного насыщения поверхности стальных деталей при сохранении высокой твердости.
Указанная техническая задача решается за счет того, что в способе поверхностного легирования деталей из стали 40, включающем термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами из нанесенной на их поверхность обмазки путем нагрева, выдержки и охлаждения, согласно изобретению перед термодиффузионным насыщением проводят предварительное поверхностное локальное легирование с использованием лазерного нагрева из обмазки, содержащей один из следующих легирующих элементов: Cr, V, Ti, а термодиффузионное насыщение ведут при температуре Т=650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов с последующим охлаждением в печи.
Решение поставленной технической задачи достигается благодаря тому, что первоначально проводят процесс предварительного поверхностного локального легирования, используя лазерный нагрев подготовленных деталей. В результате образуются локальные легированные участки, которые на этапе термодиффузионного насыщения в процессе нагрева и выдержки становятся дополнительными источниками легирующих элементов. При этом диффузия легирующих элементов идет как на поверхности, так и вглубь детали, причем на большую глубину, чем в известных способах. Благодаря предварительному лазерному воздействию происходит локальный процесс предварительной диффузии легирующих элементов, что позволяет вести процесс термодиффузионного насыщения при более низких температурах и меньшей выдержке. При этом сохраняется высокая твердость за счет образования мелкозернистой структуры, высокой концентрации легирующего элемента в поверхностном слое и снятия внутренних напряжений, возникших после лазерной обработки между зоной расплава и основным металлом.
Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 заключается в термодиффузионном насыщении поверхности легирующими элементами. Предварительно на поверхность деталей наносится обмазка, содержащая легирующий элемент. Процесс термодиффузионного насыщения включает нагрев подготовленных деталей до заданной температуры, выдержку и охлаждение в печи. Согласно изобретению на первоначальном этапе проводят процесс предварительного поверхностного локального легирования с использованием лазерного нагрева из обмазки. Затем последующее термодиффузионное насыщение ведут в печи при нагреве до температуры Т=650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов с последующим охлаждением в печи. В качестве легирующих элементов используют металлы из ряда Cr, V, Ti.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Первоначально проводят процесс предварительного поверхностного локального легирования с использованием лазерного нагрева. Перед этим на поверхность деталей из конструкционных сталей наносится обмазка, состоящая из порошка легирующего элемента и связующего, например цапонлака или клея БФ-2. В качестве легирующих элементов могут быть использованы металлы из ряда Cr, Ti, V. Затем на поверхность воздействуют лазерным лучом. В результате нагрева образуются локальные легированные участки, которые являются дополнительными источниками легирующих элементов при последующем термодиффузионном насыщении, которое проводят при нагреве подготовленных деталей в печи до температуры Т=650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов. Далее следует охлаждение деталей вместе с печью до комнатной температуры. Таким образом, в процессе обработки диффузия выбранного легирующего элемента идет как на поверхности, так и вглубь детали.
Такой способ поверхностного легирования позволяет получить диффузионный слой толщиной 120…150 мкм, равномерный по всей поверхности детали вне зависимости от сложности ее геометрии. При этом внутренние напряжения, возникшие между зоной расплава и основным металлом, после лазерной обработки снимаются.
Для сравнения заявляемого способа с прототипом были проведены исследования деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению без предварительного легирования лазером и с лазерным легированием. Осуществимость и преимущества предлагаемого способа могут быть рассмотрены на представленных ниже примерах.
Примеры:
1. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению одним из следующих элементов: хромом, ванадием, титаном по способу, изложенному в прототипе: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=1100°С, выдерживали 6 часов, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 60(V), 65(Cr), 50(Ti) мкм, а микротвердость - 9000, 9200, 10000 МПа, соответственно.
2. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению хромом без предварительного легирования лазером по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=750°С, выдерживали 4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 30 мкм, а микротвердость - 9500 МПа.
3. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению ванадием с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=750°С, выдерживали 3, 3,5 и 4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 120, 125, 130 мкм, соответственно, т.е. увеличена за счет диффузии легирующего элемента из зон лазерного легирования, а микротвердость - 9000 МПа.
4. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению хромом с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=750°С, выдерживали 3, 3,5 и 4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 135, 140, 145 мкм, соответственно, т.е. увеличена за счет дальнейшей диффузии легирующего элемента из зон лазерного легирования, а микротвердость - 9200 МПа.
5. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению титаном с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=750°С, выдерживали 3, 3,5 и 4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 110, 115, 120 мкм, соответственно, а микротвердость - 10000 МПа.
6. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению хромом с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=800°С, выдерживали 4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 160 мкм, а микротвердость - 9000 МПа. Дальнейшее повышение температуры более 750°С приводит к некоторому замедлению скорости роста диффузионного слоя за счет снижения концентрации легирующего элемента в зонах лазерного легирования.
7. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению хромом с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=860°С, выдерживали 4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 175 мкм, а микротвердость - 8000 МПа. Повышение температуры более 800°С приводит к снижению микротвердости легированного слоя вследствие роста зерна аустенита и резкого снижения концентрации легирующего элемента от поверхности вглубь.
Из таблицы видно, что толщина диффузионного слоя при хромировании стали 40 без предварительного легирования лазером (см. пример 2) не превышает 30 мкм, а с зонами лазерного легирования - 135…145 мкм (см. пример 4). Микротвердость легированного слоя после комбинированной обработки стали 40 составляет 9000…10000 МПа (см. примеры 3-5). На примере хромирования стали 40 видно, что повышение температуры более 750°С приводит к увеличению толщины диффузионного слоя, однако скорость роста толщины диффузионного слоя уменьшается, при этом немного снижается и твердость. Оптимальным интервалом температур является 650-750°С с точки зрения сохранения высокой твердости и высокой концентрации легирующего элемента поверхностного слоя (см. примеры 6, 7).
Из таблицы также видно, что заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет достигать больших значений толщины диффузионного слоя при сокращении длительности процесса термодиффузионного насыщения до 4 часов при температуре Т=650-750°С с сохранением высокой твердости.
Таким образом, изобретение позволяет получить увеличение толщины диффузионного слоя, сократить длительность и снизить температуру процесса термодиффузионного насыщения поверхности стальных деталей из конструкционных сталей при сохранении высокой твердости.
Claims (1)
- Способ поверхностного легирования деталей из стали 40, включающий термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами из нанесенной на их поверхность обмазки путем нагрева, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что перед термодиффузионным насыщением проводят предварительное поверхностное локальное легирование с использованием лазерного нагрева из обмазки, содержащей один из следующих легирующих элементов: Cr, V, Ti, а термодиффузионное насыщение ведут при температуре Т=650-750°С с выдержкой в течение 3-4 ч с последующим охлаждением в печи.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139310/02A RU2428503C2 (ru) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139310/02A RU2428503C2 (ru) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009139310A RU2009139310A (ru) | 2011-05-10 |
RU2428503C2 true RU2428503C2 (ru) | 2011-09-10 |
Family
ID=44732067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139310/02A RU2428503C2 (ru) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2428503C2 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556455C1 (ru) * | 2014-03-13 | 2015-07-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ГОСНИТИ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Способ легирования поверхности детали |
RU2688009C1 (ru) * | 2018-10-01 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ поверхностного упрочнения детали из стали |
RU2688011C1 (ru) * | 2018-10-01 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ поверхностного упрочнения детали из стали |
RU2716177C1 (ru) * | 2019-11-14 | 2020-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40х |
RU2749008C1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-06-02 | Публичное Акционерное Общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Способ поверхностного упрочнения дисперсионно-твердеющих сталей |
-
2009
- 2009-10-26 RU RU2009139310/02A patent/RU2428503C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556455C1 (ru) * | 2014-03-13 | 2015-07-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ГОСНИТИ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Способ легирования поверхности детали |
RU2688009C1 (ru) * | 2018-10-01 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ поверхностного упрочнения детали из стали |
RU2688011C1 (ru) * | 2018-10-01 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ поверхностного упрочнения детали из стали |
RU2716177C1 (ru) * | 2019-11-14 | 2020-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40х |
RU2749008C1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-06-02 | Публичное Акционерное Общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Способ поверхностного упрочнения дисперсионно-твердеющих сталей |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009139310A (ru) | 2011-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2428503C2 (ru) | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 | |
Ge et al. | Influence of the surface nanocrystallization on the gas nitriding of Ti–6Al–4V alloy | |
EP2278038A1 (en) | A method of activating an article of passive ferrous or non-ferrous metal prior to carburizing, nitriding and/or nitrocarburizing | |
US20070193660A1 (en) | Method for carburizing steel components | |
Wang et al. | Surface properties of low alloy steel treated by plasma nitrocarburizing prior to laser quenching process | |
JP6843612B2 (ja) | 良好な延性を示す高強度鋼およびインライン熱処理下流の溶融亜鉛浴による製造方法 | |
RU2669663C2 (ru) | Сталь c цинковым покрытием для упрочнения под прессом, применения и способ изготовления | |
Frandsen et al. | Simultaneous surface engineering and bulk hardening of precipitation hardening stainless steel | |
JP2008038220A (ja) | 鉄鋼部材の焼入れ方法、焼入れ鉄鋼部材及び焼入れ表面保護剤 | |
RU2600789C2 (ru) | Способ закалки на твердый раствор деформированной при низких температурах заготовки из пассивного сплава и деталь, закаленная на твердый раствор с помощью способа | |
JP2011032536A (ja) | 焼入れ鉄鋼部材の複合熱処理方法及び焼入れ鉄鋼部材 | |
Bartkowska et al. | Laser production of B–Ni complex layers | |
JP5649884B2 (ja) | 窒素化合物層を有する鉄鋼部材、及びその製造方法 | |
Prince et al. | Experimental investigations on the effects of multicomponent laser boriding on steels | |
JP2011032512A (ja) | 窒素化合物層を有する鉄鋼部材の保護膜形成処理液、および化合物層保護膜 | |
Adebiyi et al. | Microstructural evolution at the overlap zones of 12Cr martensitic stainless steel laser alloyed with TiC | |
Fu et al. | Effect of temperature on microstructure, corrosion resistance, and toughness of salt bath nitrided tool steel | |
RU2415964C1 (ru) | Способ низкотемпературного азотирования стальных деталей | |
Santos et al. | Surface characterization in a 300 M bainitic steel laser carburizing | |
RU2539128C1 (ru) | Способ поверхностного борирования деталей из стали 40 | |
JP5520536B2 (ja) | 窒素化合物層を有する鉄鋼部材の保護膜形成処理液、および化合物層保護膜 | |
RU2439171C2 (ru) | Способ обработки чугунных изделий | |
RU2606683C1 (ru) | Способ комбинированной химико-термической обработки конструкционной теплопрочной стали | |
RU2716177C1 (ru) | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40х | |
RU2599950C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171027 |