RU2574944C1 - Способ химико-термической обработки деталей из сталей мартенситного класса - Google Patents
Способ химико-термической обработки деталей из сталей мартенситного класса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574944C1 RU2574944C1 RU2014146150/02A RU2014146150A RU2574944C1 RU 2574944 C1 RU2574944 C1 RU 2574944C1 RU 2014146150/02 A RU2014146150/02 A RU 2014146150/02A RU 2014146150 A RU2014146150 A RU 2014146150A RU 2574944 C1 RU2574944 C1 RU 2574944C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- hours
- components
- chemical
- tempering
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 16
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 abstract 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 8
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 3
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000529 magnetic ferrite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области технологии химико-термической обработки металлических материалов и предназначено для термической обработки деталей пар трения. Способ химико-термической обработки деталей пар трения из стали мартенситного класса включает объемную закалку заготовок из стали и отпуск, механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов. После отпуска заготовки нагревают со скоростью 30-50°C/час до температуры 450°C, выдерживают при температуре 450±10°C в течение 2-5 часов и охлаждают на воздухе. Обеспечивается повышение контактно-усталостной прочности деталей и увеличение работоспособности высоконагруженных деталей пар трения. 2 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии износостойких сталей, а именно к химико-термической обработке деталей пар трения и направлено на решение проблемы создания технологии обработки азотируемых высоконагруженных зубчатых колес, позволяющей обеспечить их работоспособность, соизмеримую с цементуемыми зубчатыми колесами.
Цементацией достигаются высокие значения характеристик контактной выносливости при изгибе. Однако использование этого вида химико-термической обработки с последующей термической обработкой вследствие многократных высокотемпературных нагревов и охлаждений вызывает сильную деформацию зубчатых колес, снижает на 2-3 степени размерную точность изделий.
Для устранения образующихся геометрических погрешностей при зубошлифовании приходится удалять большой припуск (0,15÷0,25 мм с каждой стороны зуба). Необходимость предупреждения прижогов ограничивает производительность зубошлифования, повышая его трудоемкость до 40% от всей трудоемкости изготовления зубчатых колес. Уменьшение коробления изделий при поверхностном упрочнении можно достичь за счет азотирования, после которого не требуется закалки, для получения высокой износостойкости поверхности и приводящей к повышенному короблению деталей.
Азотирование как способ поверхностного упрочнения зубчатых колес достаточно широко применяется в производстве. Наиболее часто применяется газовое азотирование, заключающееся в обработке изделий на основе железа в атмосфере аммиака в диапазоне температур 500-600°C.
Известен способ газового азотирования конструкционных сталей, опубликованный в справочнике под ред. Л.С. Ляховича «Химико-термическая обработка металла и сплавов». М.: Металлургия, 1981 с. 62-63, согласно которому технологический процесс изготовления азотируемых деталей представлен в виде следующих последовательных операций:
1. Основная термическая обработка с целью придания стали требуемого комплекса механических свойств;
2. Механическая обработка деталей, включая шлифование;
3. Защита мест, не подлежащих азотированию;
4. Азотирование;
5. Окончательное шлифование или доводка изделия в соответствии с заданными допусками.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа (Патент №2048547 RU от 20.11.1995 г.) является способ азотирования деталей, включающий двукратную объемную закалку и отпуск, двухступенчатое азотирование на заданную глубину при температуре первой ступени 500-540°C в течение 10-20 час и второй ступени при температуре 540-570°C в течение 20-40 час.
Недостатком данного способа является то, что способ не обеспечивает достижения высоких значений контактно-усталостной прочности из-за резкого снижения твердости азотированного слоя по глубине.
Техническим результатом изобретения является разработка технологии термической обработки, позволяющей повысить контактно-усталостную прочность азотируемых деталей, в результате чего реализуется повышение работоспособности высоконагруженных пар трения и, в частности зубчатых передач для судовых редукторов.
Технический результат достигается применением известного режима термической обработки за счет того, что после объемной закалки и отпуска заготовки нагревают со скоростью 30-50°C/час до температуры 450°C, выдерживают при температуре 450±10°C в течение 2-5 час и охлаждают на воздухе, затем проводят механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов.
Известно, что при охлаждении после отпуска на воздухе имеет место образование предвыделений или незначительное количество выделений третичного цементита. В процессе последующего азотирования из-за карбидных реакций происходит растворение цементита и более тугоплавких карбидов, что затрудняет проникновение азота в решетку матрицы (α-фазу).
Проведение перестаривания α-фазы (феррита) при температуре 450°C позволяет выделить и коагулировать карбиды цементитного типа и тем самым облегчить проникновение азота в октаэдрические поры матрицы, где ранее располагались атомы углерода.
Для оценки влияния старения на степень коагуляции карбидов цементитного типа было проведено исследование по влиянию длительности старения стали мартенситного класса марки 38Х3М1Ф1А при температуре 450±10°C на твердость НВ.
Было установлено, что в процессе старения твердость изменяется по экстремальному закону. Минимальное значение твердости после старения при температуре 450°C, обеспечивающее максимальную коагуляцию цементита, соответствует 3-часовой выдержке. При длительности старения менее 2 часов не наблюдается снижения твердости, что указывает на недостаточную степень коагуляции карбидов цементитного типа. При увеличении длительности старения более 5 часов за счет карбидных реакций происходит растворение цементита и образование предвыделений более тугоплавких карбидов типа Ме7С3, что затрудняет проникновение азота в решетку ферритной матрицы и, как следствие, снижает эффект подповерхностного азотирования.
Заявителем был выполнен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по отработке технологии термической и химико-термической обработки высоконагруженных пар трения для судовых редукторов.
В частности, было проведено азотирование шестерен из стали 38Х3М1Ф1А. В процессе термической обработки заготовок перед механической обработкой и азотированием был проведен нагрев от комнатной температуры до температуры 450°C со скоростью 30÷50°C/час и выполнено старение при температуре 450±10°C с выдержкой в течение 2-5 час.
В таблице 1 представлен химический состав исследуемой стали.
В таблице 2 представлены результаты измерения поверхностной и подповерхностной твердости, а также механические свойства деталей, азотирование которых проводилось по режиму 500-540°C, выдержка 20 час и 540-570°C, выдержка 40 час.
Как видно из полученных результатов, на глубине 0,4-0,8 мм подповерхностная твердость деталей, подвергнутых дополнительному старению при температуре 450°C, на 650 МПа оказалась выше, чем у деталей, не прошедших данную термическую обработку. Кроме того, данный режим позволяет увеличить разницу между значениями временного сопротивления разрыву и пределом текучести стали. Это повышает надежность материала при экстремальных нагрузках. Ожидаемый технико-экономический эффект предлагаемого технического решения выразится в возможности создания новых образцов специальной техники с увеличенной долговечностью высоконагруженных пар трения за счет специального режима термической обработки перед газовым азотированием.
Claims (1)
- Способ химико-термической обработки деталей пар трения из стали мартенситного класса, включающий объемную закалку заготовок из стали и отпуск, механическую обработку и азотирование деталей на заданную глубину, проводимое в две ступени: первоначально при температуре 500-540°C в течение 10-20 часов, а затем при температуре 540-570°C в течение 20-40 часов, отличающийся тем, что после отпуска заготовки нагревают со скоростью 30-50°C/час до температуры 450°C, выдерживают при температуре 450±10°C в течение 2-5 часов и охлаждают на воздухе.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2574944C1 true RU2574944C1 (ru) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU907075A1 (ru) * | 1980-05-23 | 1982-02-23 | Институт металлургии им.А.А.Байкова АН СССР | Способ обработки стальных деталей |
RU2048547C1 (ru) * | 1993-06-30 | 1995-11-20 | Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов МГТУ им.Н.Э.Баумана | Способ обработки зубчатых колес из низкоуглеродистых вторичнотвердеющих сталей мартенситного класса |
US20120082586A1 (en) * | 2010-10-04 | 2012-04-05 | Magna Tech P/M Labs | Nitrogen alloyed stainless steel and process |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU907075A1 (ru) * | 1980-05-23 | 1982-02-23 | Институт металлургии им.А.А.Байкова АН СССР | Способ обработки стальных деталей |
RU2048547C1 (ru) * | 1993-06-30 | 1995-11-20 | Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов МГТУ им.Н.Э.Баумана | Способ обработки зубчатых колес из низкоуглеродистых вторичнотвердеющих сталей мартенситного класса |
US20120082586A1 (en) * | 2010-10-04 | 2012-04-05 | Magna Tech P/M Labs | Nitrogen alloyed stainless steel and process |
US8753457B2 (en) * | 2010-10-04 | 2014-06-17 | Kenneth A. Moyer | Nitrogen alloyed martensitic stainless steel and process |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5958652B2 (ja) | 面疲労強度に優れる軟窒化高周波焼入れ鋼部品 | |
JP5761105B2 (ja) | 冷鍛窒化用鋼、冷鍛窒化用鋼材および冷鍛窒化部品 | |
JP6520347B2 (ja) | 高周波焼入れ部品の素形材、高周波焼入れ部品、及びそれらの製造方法 | |
TW201542302A (zh) | 諧波齒輪裝置的可撓性外齒齒輪及製造方法 | |
JP6772499B2 (ja) | 鋼部品及びその製造方法 | |
RU2574944C1 (ru) | Способ химико-термической обработки деталей из сталей мартенситного класса | |
TWI544088B (zh) | Vacuum carburizing steel and its manufacturing method | |
JP6416735B2 (ja) | 窒化部品の製造方法及び窒化部品 | |
US10894992B2 (en) | Method for producing steel member | |
JP2015137734A (ja) | ピストンリング及びその製造方法 | |
JP6447064B2 (ja) | 鋼部品 | |
RU2606683C1 (ru) | Способ комбинированной химико-термической обработки конструкционной теплопрочной стали | |
TW201809309A (zh) | 面疲勞強度及撓曲疲勞強度優異的滲碳氮化零件及其製造方法 | |
US10351944B2 (en) | Ferrous alloy | |
JP2005330587A (ja) | 歯面強度に優れた歯車の製造方法および歯面強度に優れた歯車 | |
JP2706940B2 (ja) | 窒化用非調質鋼の製造方法 | |
JP5825152B2 (ja) | 冷鍛窒化用鋼材および冷鍛窒化部品 | |
Kostyk | Research of influence of gas nitriding duration on formation of diffusion layer of steel 20Kh2N4A | |
Zhang et al. | Experimental Study on the Influence of Vacuum Carbonitriding Process for 20Cr2Ni4A Steel | |
CN105296718A (zh) | 一种改善16Cr3NiWMoVNbE钢渗碳后心部硬度的热处理方法 | |
Astunkar et al. | Effects of Carburizing on Wear Properties of Steels | |
Kusmoko et al. | A study surface layer and hardness produced by induction hardened S45C steel | |
Kaplun et al. | Calculation ofwear resistance and durability of structural elements with gradient diffusive coatings and metastable phases in the structure of materials | |
RU2599465C2 (ru) | Способ термической обработки изделий из хромомолибденовой стали | |
JPH11310824A (ja) | 浸炭焼き入れ鋼部材及びその製造方法 |