RU2462517C2

RU2462517C2 - Method of treatment of steel parts surfaces

Info

Publication number: RU2462517C2
Application number: RU2010145895/02A
Authority: RU
Inventors: Максим Владимирович Ненашев (RU); Максим Владимирович Ненашев; Владимир Васильевич Калашников (RU); Владимир Васильевич Калашников; Дмитрий Анатольевич Деморецкий (RU); Дмитрий Анатольевич Деморецкий; Родион Михайлович Богомолов (RU); Родион Михайлович Богомолов; Ильдар Дугласович Ибатуллин (RU); Ильдар Дугласович Ибатуллин; Илья Владимирович Нечаев (RU); Илья Владимирович Нечаев; Андрей Николаевич Журавлев (RU); Андрей Николаевич Журавлев; Андрей Николаевич Мурзин (RU); Андрей Николаевич Мурзин; Сергей Юрьевич Ганигин (RU); Сергей Юрьевич Ганигин; Константин Петрович Якунин (RU); Константин Петрович Якунин
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-09-27
Also published as: RU2010145895A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: cold plastic deformation of the treated surface is carried out during continuous feeding of radical-generating substance to the zone of deformation to achieve a given quantity of material hardening of the surface layer. This is followed by chemical and thermal processing of parts by heating of parts to the temperature of chemical modification of radical-generating substance at which the destruction of its molecules starts, the details are exposed at a given temperature at continuous supply of radical-generating substance within the time required for maximum saturation with radicals of the hardened surface layer. Before heating the parts, vacuum is generated in the chamber or shielding gas nitrogen is injected, and then the parts are heated, and radical-generating substance is a mineral oil.

EFFECT: increased purity and corrosion resistance of the surfaces of steel parts.

1 ex

Description

Изобретение относится к упрочняющей обработке поверхностных слоев деталей машин и может быть использовано для повышения износостойкости металлических поверхностей.The invention relates to hardening of the surface layers of machine parts and can be used to increase the wear resistance of metal surfaces.

Известны способы механического упрочнения поверхностных слоев металлов и сплавов, основанные на поверхностной пластической деформации, в которых повышение механических характеристик достигается за счет наклепа, измельчения зерен, образования благоприятной структуры и остаточных напряжений в поверхностном слое [1].Known methods of mechanical hardening of the surface layers of metals and alloys, based on surface plastic deformation, in which the increase in mechanical characteristics is achieved due to hardening, grinding of grains, the formation of a favorable structure and residual stresses in the surface layer [1].

Основным недостатком механического упрочнения является снижение коррозионной стойкости металлических поверхностей.The main disadvantage of mechanical hardening is a decrease in the corrosion resistance of metal surfaces.

В качестве прототипа выбран способ упрочнения поверхностей деталей методом диффузионного молекулярного армирования [2]. Данный способ упрочнения поверхностей деталей заключается в том, что обрабатываемую поверхность подвергают холодной пластической деформации при непрерывной подаче радикалообразующего вещества в зону деформации до достижения заданной величины наклепа материала поверхностного слоя, 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.As a prototype, the selected method of hardening the surfaces of parts by diffusion molecular reinforcement [2]. This method of hardening the surfaces of parts consists in subjecting the treated surface to cold plastic deformation by continuously supplying a radical-forming substance to the deformation zone until a predetermined hardening value of the material of the surface layer is achieved, then the part is heated to the temperature of the chemical modification of the radical-forming substance, at which the destruction of its molecules begins , and maintain the part at a given temperature with a continuous supply of a radical-forming substance for the time required for the saturation limit radicals hardenable surface layer.

Недостатком этого способа является окисление радикалообразующего вещества с образованием вторичных пленок (лаков, нагаров), которые не устраняются даже при введении антиокислительных присадок. Лаки, нагары загрязняют поверхность и требуют дополнительных операций по их удалению. Кроме того, данный способ вследствие частичного окисления радикалов не обеспечивает их полного взаимодействия с поверхностью, что не позволяет достичь максимального антикоррозионного эффекта.The disadvantage of this method is the oxidation of a radical-forming substance with the formation of secondary films (varnishes, deposits), which are not eliminated even with the introduction of antioxidant additives. Varnishes, soot pollute the surface and require additional operations to remove them. In addition, this method due to the partial oxidation of radicals does not ensure their full interaction with the surface, which does not allow to achieve the maximum anti-corrosion effect.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении чистоты и коррозионной стойкости металлических поверхностей.The technical result of the present invention is to improve the purity and corrosion resistance of metal surfaces.

Технический результат достигается тем, что обрабатываемую поверхность подвергают холодной пластической деформации при непрерывной подаче радикалообразующего вещества в зону деформации до достижения заданной величины наклепа материала поверхностного слоя. Затем осуществляют химико-термическую обработку детали посредством нагрева 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, при этом перед нагревом деталей в камере создают вакуум или вводят защитный газ азот, после чего производят нагрев деталей, причем радикалообразующее вещество представляет собой минеральное масло.The technical result is achieved by the fact that the treated surface is subjected to cold plastic deformation with continuous supply of a radical-forming substance into the deformation zone until a predetermined hardening value of the surface layer material is achieved. Then, the chemical-thermal treatment of the part is carried out by heating the part to the temperature of the chemical modification of the radical-forming substance, at which the destruction of its molecules begins, and the part is held at this temperature with a continuous supply of the radical-forming substance for the time necessary for the radicals to saturate to the maximum the hardened surface layer, while before heating the parts in a chamber, create a vacuum or inject protective gas nitrogen, after which the parts are heated, and the radical forming substance is a mineral oil.

Заявленный способ обработки поверхностных слоев стальных деталей машин осуществляют по следующим этапам.The claimed method of processing the surface layers of steel parts of machines 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 by any conventional method (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 occurs, 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, which contribute to the introduction of radicals in the next stage of processing.

2. Помещают обрабатываемую деталь в камеру, в которой создают вакуум или вводят защитный газ азот. При этом радикалы, образованные при термодеструкции радикалообразующего вещества (например, минерального масла), без доступа кислорода не окисляются на поверхности с образованием лаков и нагаров и в большем объеме реагируют с материалом поверхностного слоя, что обеспечивает чистоту поверхности и повышенную прочность поверхностного слоя.2. Place the workpiece in a chamber in which a vacuum is created or nitrogen is introduced into the protective gas. In this case, the radicals formed during the thermal degradation of a radical-forming substance (for example, mineral oil) do not oxidize on the surface without the access of oxygen to form varnishes and deposits and in a larger volume react with the material of the surface layer, which ensures surface cleanliness and increased surface layer strength.

3. При непрерывной подаче 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 не прореагировавшая часть радикалов испаряется с поверхности, не оставляя загрязнений. Скорость и способ нагрева детали должны обеспечивать равномерный и быстрый прогрев поверхности, так, чтобы не вызвать отпуска металла.3. With a continuous supply of a radical-forming substance, 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 appear - radicals, 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 the unreacted part of the radicals evaporates from the surface, leaving no impurities. 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.

В результате описанного способа повышается твердость и коррозионная стойкость металлической поверхности, при этом обработанная деталь не требует последующей очистки.As a result of the described method, the hardness and corrosion resistance of the metal surface are increased, while the treated part does not require subsequent cleaning.

Пример. Цилиндрические образцы ⌀30 мм длиной 100 мм из стали 40Х в количестве 10 шт. в отожженном состоянии подвергли холодной пластической деформации путем выглаживания цилиндрической поверхности шариком из стали ШХ-15 в среде радикалообразующей жидкости (минеральное масло И-12А). Затем одну часть образцов поместили в контейнер, имеющий в стенках отводы для подачи в него среды защитного газа (азота), и поместили контейнер в печь. Вторую часть положили в печь рядом с контейнером. Нагрели печь до температуры 220°С, непрерывно пропуская через контейнер азот с избыточным давлением 0,1 атм. После выдержки образцов в печи в течение 30 минут все образцы вынули из печи и охладили на воздухе. После проведенной обработки сравнили внешний вид образцов, оценили микротвердость поверхностного слоя методом Виккерса и провели коррозионные испытания по ГОСТ 308-85 в камере солевого тумана с использованием раствора хлористого натрия. Испытания показали, что при нагреве в среде защитного газа поверхность не покрывается темной пленкой, имеет микротвердость (380 кгс/мм²) на 23% более высокую, чем при упрочнении на воздухе (309 кгс/мм²). Аналогичная обработка образцов, проведенная в вакуумной печи, показала повышение твердости поверхностного слоя до 395 кгс/мм². Сравнение коррозионной стойкости показало, что на необработанных поверхностях через 12 часов наблюдалась интенсивная коррозия, а на обработанных поверхностях точки коррозии появились через 48 часов. Таким образом, испытания подтвердили заявленный эффект.Example. Cylindrical samples ⌀30 mm long 100 mm from steel 40X in the amount of 10 pcs. in the annealed state, they were subjected to cold plastic deformation by smoothing the cylindrical surface with a ball of steel ШХ-15 in a medium of a radical-forming liquid (mineral oil I-12A). Then, one part of the samples was placed in a container having taps in the walls for supplying a protective gas (nitrogen) medium to it, and the container was placed in an oven. The second part was put in the oven next to the container. Heated the furnace to a temperature of 220 ° C, continuously passing through the container nitrogen with an excess pressure of 0.1 atm. After holding the samples in the oven for 30 minutes, all samples were removed from the oven and cooled in air. After the treatment, the appearance of the samples was compared, the microhardness of the surface layer was evaluated by the Vickers method, and corrosion tests were performed according to GOST 308-85 in a salt spray chamber using a solution of sodium chloride. Tests have shown that when heated in a protective gas medium, the surface is not covered with a dark film, has a microhardness (380 kgf / mm ² ) 23% higher than when hardened in air (309 kgf / mm ² ). A similar processing of samples carried out in a vacuum furnace showed an increase in the hardness of the surface layer to 395 kgf / mm ² . A comparison of corrosion resistance showed that on untreated surfaces after 12 hours intense corrosion was observed, and on the treated surfaces corrosion points appeared after 48 hours. Thus, the tests confirmed the claimed effect.

Используемая литератураUsed Books

1. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностно-пластическим деформированием: Справочник. - М.: Машиностроение, 1987, 328 с.1. Odintsov L.G. Hardening and finishing of parts by surface plastic deformation: a Handbook. - M.: Mechanical Engineering, 1987, 328 p.

2. Патент РФ №2198954. Способ упрочнения поверхностей деталей/ Громаковский Д.Г., Ковшов А.Г., Малышев В.П., Ибатуллин И.Д., Дынников А.В., Шигин С.В., Анучин Ю.Е., Маруженков К.И. Опубл. 20.02.2003.2. RF patent No. 2198954. The method of hardening the surfaces of parts / Gromakovsky D.G., Kovshov A.G., Malyshev V.P., Ibatullin I.D., Dynnikov A.V., Shigin S.V., Anuchin Yu.E., Maruzhenkov K. AND. Publ. 02/20/2003.

Claims

The method of surface treatment of steel parts, including cold plastic deformation of the treated surface with continuous supply of a radical-forming substance into the deformation zone until the specified surface hardening of the surface layer material is achieved, chemical-thermal treatment of parts by heating the parts to the temperature of the chemical modification of the radical-forming substance, at which the destruction of its molecules begins , and withstand parts at a given temperature with a continuous supply of radical-forming things during the time necessary for the saturation of the hardened surface layer with radicals, characterized in that before the parts are heated, a vacuum is created in the chamber or nitrogen is introduced into the protective gas, after which the parts are heated, and the radical-forming substance is mineral oil.