RU2509162C1

RU2509162C1 - Process of making parts from steel castings

Info

Publication number: RU2509162C1
Application number: RU2012153075/02A
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Афонин; Александр Михайлович Великолуг; Павел Вячеславович Воронин; Роман Павлович Воронин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-03-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: higher strength and plastic properties, impact resistance and better hardness are ensured by making castings from steel with the content of carbon of 0.2-0.28 wt % and chromium of 3.5-4.5 wt %. Then castings are heat treated by tempering at 850-870°C in oil and subsequent drawback at 600-620°C. Produced castings are processed to preset surface characteristics and subjected to low-temperature thermochemical processes, say, nitration or carbonitration.

EFFECT: higher heat and wear resistance, micro hardness of at least 850 HV

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении шестерен, крестовин, втулок, зубчатых колес и т.д., в том числе работающих при температуре до 500°С и испытывающих при эксплуатации динамические нагрузки и износ.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the manufacture of gears, crosspieces, bushings, gears, etc., including those operating at temperatures up to 500 ° C and experiencing dynamic loads and wear during operation.

Известен способ производства деталей из отливок, изготовленных из легированной стали 20ХМЛ, см. ГОСТ 977-88 «Отливки стальные», общие технические условия, Государственный комитет СССР по стандартам, Москва, Издательство стандартов, 1989 г., стр.1, 5-6, 21-22, 24, 39, 50. Способ взят за прототип. Изготовление деталей по способу прототипа заключается в следующем: получают отливки из легированной стали 20ХМЛ всеми способами литья, например, по выплавляемым моделям совместно с образцами-свидетелями для определения химического состава и механических свойств. Литейная сталь 20ХМЛ содержит в своем составе по массе: углерод 0,15-0,25%, легирующие элементы - хром 0,4-0,7% и молибден 0,4-0,6%. Отливки подвергают термической обработке по режиму: нормализуют с температуры 880-890°С с последующим отпуском на 600-650°С. После представленной термической обработки отливки приобретают следующий комплекс механических свойств: предел текучести σ₀₂≥245 МПа, предел прочности σ_в=441 МПа, относительное удлинение σ≥18%, относительное сужение ψ>30%, ударная вязкость kcu≥294 кДж/м². После нормализации и высокого отпуска отливки подвергают механической обработке и обеспечивают требуемые размеры деталей согласно технических условий.A known method of manufacturing parts from castings made of alloy steel 20KHML, see GOST 977-88 "Steel castings", general specifications, USSR State Committee for Standards, Moscow, Publishing House of Standards, 1989, p. 1, 5-6 , 21-22, 24, 39, 50. The method is taken as a prototype. The manufacture of parts according to the prototype method is as follows: castings of 20KhML alloy steel are obtained by all casting methods, for example, by lost wax casting together with witness samples to determine the chemical composition and mechanical properties. Foundry steel 20KhML contains in its composition by weight: carbon 0.15-0.25%, alloying elements - chromium 0.4-0.7% and molybdenum 0.4-0.6%. Castings are subjected to heat treatment according to the regime: normalize from a temperature of 880-890 ° C, followed by tempering at 600-650 ° C. After heat treatment of the casting presented take the following combination of mechanical properties: yield stress σ ₀₂ ≥245 MPa, tensile strength σ _B = 441 MPa, elongation σ≥18%, contraction ratio ψ> 30%, the toughness kcu≥294 kJ / m ² . After normalization and high tempering, the castings are machined and the required dimensions of the parts are provided according to the technical conditions.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- отливки из стали 20ХМЛ имеют невысокий комплекс механических свойств, поэтому они не могут быть использованы для изготовления деталей повышенной прочности и пластичности и испытывающих при работе значительные ударные нагрузки;- castings made of 20KhML steel have a low complex of mechanical properties, therefore they cannot be used for the manufacture of parts of increased strength and ductility and experiencing significant shock loads during operation;

- детали из стали 20ХМЛ обладают низкой износостойкостью, а упрочнять их поверхность, например, азотированием, карбонитрацией, цианированием малоэффективно по причине незначительного содержания в стали нитридообразующих элементов, таких как хром и молибден, причем большая часть молибдена связана в карбидной фазе, поскольку молибден очень активный карбидообразующий элемент.- parts made of 20KhML steel have low wear resistance, and hardening their surface, for example, by nitriding, carbonitration, cyanidation, is ineffective due to the low content of nitride-forming elements in the steel, such as chromium and molybdenum, with most of the molybdenum being bonded in the carbide phase, since molybdenum is very active carbide forming element.

Предлагаемым изобретением решается задача удешевления производства отливок, эффективного использования шихтовых материалов, исключения из состава молибдена - дорогостоящего дефицитного химического элемента.The present invention solves the problem of cheaper production of castings, the efficient use of charge materials, the exclusion of molybdenum - an expensive scarce chemical element.

Технический результат, получаемый от реализации изобретения, заключается в обеспечении более высокого комплекса прочностных и пластических характеристик, значений ударной вязкости отливок, а также эффективного упрочнения поверхности деталей низкотемпературными способами химико-термической обработки.The technical result obtained from the implementation of the invention is to provide a higher complex of strength and plastic characteristics, impact toughness values of castings, as well as effective hardening of the surface of parts by low-temperature chemical-heat treatment methods.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства деталей, работающих при температуре до 500°C, заключающийся в изготовлении стальных отливок из низкоуглеродистой легированной стали, содержащей в своем составе хром, термической обработке отливок и последующей механической обработке новым является то, что увеличивают в отливках содержание углерода в пределах 0,2-0,28 мас.%, хрома в пределах 3,5-4,5 мас.%, производят закалку отливок с температуры 850-870°C на масло с последующим отпуском на 600-620°C, а после механической обработки отливок детали подвергают низкотемпературной химико-термической обработке при температуре 570-580°C.The specified technical result is achieved by the fact that in the production method of parts operating at temperatures up to 500 ° C, which consists in the manufacture of steel castings from low-carbon alloy steel containing chromium, heat treatment of castings and subsequent machining is new, which is increased in the content of carbon in the range of 0.2-0.28 wt.%, chromium in the range of 3.5-4.5 wt.%, harden the castings from a temperature of 850-870 ° C to oil, followed by tempering at 600-620 ° C, and after machining ki of the castings of the part are subjected to low-temperature chemical-thermal treatment at a temperature of 570-580 ° C.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, неизвестны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.Technical solutions with features distinguishing the claimed solution from the prototype are unknown and do not follow explicitly from the prior art. This suggests that the claimed solution is new and has an inventive step.

Предложенный способ реализуется следующим образом. Изготовляют отливки, например, шестерен, испытывающие при работе нагрев до 500°C. Отливки из стали с содержанием углерода по массе 0,2-0,28%, хрома по массе 3,5-4,5% с обозначением марки 23Х4Л. Полученные отливки подвергают термической обработке, включающей закалку с температуры 850-870°C на масло с последующим отпуском на 600-620°C.The proposed method is implemented as follows. Castings, for example, gears, are produced that experience heating to 500 ° C during operation. Castings made of steel with a carbon content by weight of 0.2-0.28%, chromium by weight of 3.5-4.5% with a designation of grade 23X4L. The resulting castings are subjected to heat treatment, including quenching from a temperature of 850-870 ° C to oil, followed by tempering at 600-620 ° C.

Статистической обработкой механических свойств, определенных испытанием образцов, прошедших термообработку совместно с отливками разных плавок установлены следующие значения: предел текучести σ₀₂≥600 МПа, предел прочности σв≥980 МПа, относительное удлинение σ≥21%, относительное сужение ψ≥35% ударная вязкость kcu≥500 кДж/м².By statistical processing of the mechanical properties determined by testing heat-treated samples together with castings of different melts, the following values were established: yield strength σ ₀₂ ≥600 MPa, tensile strength σв≥980 MPa, elongation σ≥21%, relative narrowing ψ≥35% impact strength kcu≥500 kJ / m ² .

Полученные отливки механически обрабатывают по заданным техническими условиями поверхностям. Финишной операцией является низкотемпературная химико-термическая обработка деталей, например, азотирование или карбонитрация с целью повышения теплостойкости и упрочнения поверхности для повышения износостойкости. Литейная сталь 23Х4Л имеет невысокую температуру закалки, обеспечивает после термической обработки высокий комплекс механических свойств отливок по сравнению со сталью 20ХМЛ, не содержит в своем составе дефицитного дорогостоящего молибдена, обладает хорошими литейными свойствами, дешевле стали 20ХМЛ, эффективно упрочняется в процессе низкотемпературной химико-термической обработки. Упрочненный слой, который формируется в процессе ХТО, обладает повышенной теплостойкостью и износостойкостью. Микротвердость упрочненного слоя деталей с поверхности не менее 850HV. Эффективность упрочнения объясняется повышенным содержанием в стали хрома в пределах 3,5-4,5 мас.% за счет образования нитридов при азотировании и карбонитридов при карбонитрации. Хром как легирующий элемент не является дефицитным, во много раз дешевле молибдена. Содержание углерода в стали 23Х4Л увеличено и определено в пределах 0,2-0,28 мас.% по следующим причинам:The resulting castings are machined on surfaces specified by the technical conditions. The finishing operation is a low-temperature chemical-thermal treatment of parts, for example, nitriding or carbonitration in order to increase heat resistance and harden the surface to increase wear resistance. 23X4L foundry steel has a low quenching temperature, provides a high complex of mechanical properties of castings after heat treatment compared to 20XML, does not contain expensive expensive molybdenum, has good casting properties, is cheaper than 20XML, and is effectively hardened during low-temperature chemical-heat treatment . The hardened layer, which is formed during the XTO process, has increased heat resistance and wear resistance. The microhardness of the hardened layer of parts from a surface of at least 850HV. The hardening efficiency is explained by the increased content of chromium in steel in the range of 3.5-4.5 wt.% Due to the formation of nitrides during nitriding and carbonitrides during carbonitration. Chromium as an alloying element is not scarce, many times cheaper than molybdenum. The carbon content in steel 23X4L increased and determined in the range of 0.2-0.28 wt.% For the following reasons:

- поднять прочностные и пластические характеристики, а также ударную вязкость отливок, применив отличную от прототипа термическую обработку;- to increase the strength and plastic characteristics, as well as the toughness of castings, using heat treatment different from the prototype;

- верхний предел углерода в стали 23Х4Л не должен превышать 0,28 мас.% с тем, чтобы чрезмерно не связать хром в карбидной фазе, иначе не достигнуть эффективного упрочнения поверхности деталей при низкотемпературной ХТО.- the upper limit of carbon in steel 23Kh4L should not exceed 0.28 wt.% so as not to excessively bind chromium in the carbide phase, otherwise it would not be possible to achieve effective hardening of the surface of the parts at low temperature CTO.

Таким образом, детали, изготовленные предложенным способом, с успехом могут работать при повышенной температуре до 550°C, обладают высоким комплексом механических свойств, в том числе испытывающих при эксплуатации ударные нагрузки и износ.Thus, parts manufactured by the proposed method can successfully operate at elevated temperatures up to 550 ° C, have a high complex of mechanical properties, including those that experience shock loads and wear during operation.

Claims

A method for the production of steel parts operating at elevated temperatures up to 500 ° C, including the manufacture of castings from low-carbon alloy steel containing chromium, heat treatment of castings and subsequent machining, characterized in that the carbon content in the castings is set within 0.2-0, 28 wt.%, Chromium in the range of 3.5-4.5 wt.%, And heat treatment of castings is carried out by quenching from a temperature of 850-870 ° C into oil, followed by tempering at 600-620 ° C, and after machining the part low temp thermal chemical treatment at a temperature of 570-580 ° C.