RU2631436C2 - Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts - Google Patents

Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts Download PDF

Info

Publication number
RU2631436C2
RU2631436C2 RU2015145477A RU2015145477A RU2631436C2 RU 2631436 C2 RU2631436 C2 RU 2631436C2 RU 2015145477 A RU2015145477 A RU 2015145477A RU 2015145477 A RU2015145477 A RU 2015145477A RU 2631436 C2 RU2631436 C2 RU 2631436C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ceel
surface layer
steel
hardened
hardness
Prior art date
Application number
RU2015145477A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015145477A (en
Inventor
Вячеслав Борисович Тарельник
Василий Сигизмундович Марцинковский
Павел Викторович Косенко
Тарас Павлович Волошко
Богдан АНТОШЕВСКИЙ
Original Assignee
Василий Сигизмундович Марцинковский
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 Василий Сигизмундович Марцинковский filed Critical Василий Сигизмундович Марцинковский
Priority to RU2015145477A priority Critical patent/RU2631436C2/en
Publication of RU2015145477A publication Critical patent/RU2015145477A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2631436C2 publication Critical patent/RU2631436C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H5/00Combined machining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00Restoring or reconditioning objects
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/36Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
    • C23C8/38Treatment of ferrous surfaces

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: provide electroerosion alloying by the graphite electrode (EEA) with the discharge energy at which the thermal effect area does not exceed the thickness of steel part surface layer residue, strengthened by the mentioned ion nitriding. In particular cases of carrying out the invention after EEA, the non-abrasive ultrasonic finishing processing (NAFP) is performed. EEA is implemented in stages with the discharge energy decreasing at each subsequent stage. The steel part is restored as the protective sleeve of the rotor end seal.
EFFECT: steel parts surface quality is provided, in which during the manufacturing process or after assembly, the hardened surface layer is partially removed without dismantling the assembly.
4 cl, 22 dwg, 2 tbl

Description

Техническое решение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и ионному азотированию поверхностей стальных деталей.The technical solution relates to electrophysical and electrochemical methods of machining parts, in particular to electroerosive alloying with a graphite electrode and ion nitriding of the surfaces of steel parts.

Основной причиной выхода из строя деталей при эксплуатации, как правило, являются процессы, протекающие в поверхностном слое: концентрация напряжений, развитие микротрещин, выгорание легирующих элементов, разупрочнение, изнашивание, окисление, перераспределение остаточных напряжений и т.д. Поэтому технические решения, направленные на разработку новых технологий, улучшающих качественные параметры поверхностных слоев деталей, актуальны и важны.The main reason for the failure of parts during operation, as a rule, are processes occurring in the surface layer: stress concentration, development of microcracks, burn-out of alloying elements, softening, wear, oxidation, redistribution of residual stresses, etc. Therefore, technical solutions aimed at developing new technologies that improve the quality parameters of the surface layers of parts are relevant and important.

Современные ресурсосберегающие технологии, позволяющие значительно повысить физико-механические характеристики поверхностей деталей (износостойкость, сопротивление усталости, коррозионную стойкость и др.), являясь перспективными и инновационными, используют разнообразные методы и приемы обработки металлов.Modern resource-saving technologies that significantly improve the physico-mechanical characteristics of the surfaces of parts (wear resistance, fatigue resistance, corrosion resistance, etc.), being promising and innovative, use a variety of methods and techniques for metal processing.

Анализ научно-технической литературы показал, что нет однозначно определенного метода повышения качества поверхностного слоя деталей машин, который был бы применим при любых заданных условияхThe analysis of scientific and technical literature showed that there is no uniquely defined method for improving the quality of the surface layer of machine parts that would be applicable under any given conditions

Основной задачей применяемых методов является повышение качественных параметров поверхностного слоя деталей: повышение твердости, снижение параметра шероховатости, повышение износостойкости и восстановление изношенных участков поверхностей, изменение величины и знака остаточных напряжений, увеличение усталостной прочности и др. [Качество машин: справочник. В 2 т. Т. 2 / А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, A.M. Дальский [и др.]. – М.: Машиностроение, 1995. - 430 с.].The main objective of the methods used is to increase the quality parameters of the surface layer of parts: increase hardness, decrease the roughness parameter, increase wear resistance and restore worn surface areas, change the magnitude and sign of residual stresses, increase fatigue strength, etc. [Machine quality: reference book. In 2 vol. T. 2 / A.G. Suslov, Yu.V. Gulyaev, A.M. Dalsky [et al.]. - M .: Engineering, 1995. - 430 p.].

Одним из наиболее простых с технологической точки зрения методов создания защитных покрытий является поверхностное электроэрозионное легирование (ЭЭЛ). Его достоинствами являются: локальность воздействия, малый расход энергии, отсутствие объемного нагрева материала, простота автоматизации и «встраиваемости» в технологический процесс изготовления деталей, а также возможность совмещения операций.One of the simplest technological methods for creating protective coatings is surface electroerosive alloying (EEL). Its advantages are: locality of influence, low energy consumption, lack of volumetric heating of the material, ease of automation and “integration” into the technological process of manufacturing parts, as well as the possibility of combining operations.

Применяя ЭЭЛ, можно или повысить твердость металлической поверхности нанесением на нее материала более высокой твердости или диффузионным введением в поверхностный слой необходимых химических элементов из окружающей среды или из материала анода, или понизить твердость поверхности, нанося на нее более мягкие материалы [Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - М.: Машиностроение, 1976. - 45 с.].Using EEL, you can either increase the hardness of the metal surface by applying a material of higher hardness to it or by diffusion introducing the necessary chemical elements into the surface layer from the environment or from the anode material, or lower the surface hardness by applying softer materials to it [N. Lazarenko. Electrospark alloying of metal surfaces. - M.: Mechanical Engineering, 1976. - 45 p.].

Однако ЭЭЛ термообработанных деталей, подвергаемых в условиях эксплуатации высоким удельным нагрузкам, например, деталей штампов, валов прокатных станов и других подобных деталей, не всегда приводит к желаемому результату. Причиной выхода из строя некоторых из них является то, что под слоем повышенной твердости после ЭЭЛ появляется зона отпуска, то есть, зона сниженной твердости. Это приводит к так называемому продавливанию упрочненного слоя и, как следствие, к быстрому износу детали. ЭЭЛ в данном случае принесет вред, особенно если допустимый износ легированной поверхности превышает толщину слоя повышенной твердости [Лазаренко Н.И. Электроискровое легирование металлических поверхностей. - М.: Машиностроение, 1976. - 45 с.].However, EEL of heat-treated parts subjected to high specific loads under operating conditions, for example, parts of dies, shafts of rolling mills and other similar parts, does not always lead to the desired result. The reason for the failure of some of them is that under the layer of increased hardness after EEL a tempering zone appears, that is, a zone of reduced hardness. This leads to the so-called punching of the hardened layer and, as a consequence, to the rapid wear of the part. EEL in this case will be harmful, especially if the permissible wear of the alloyed surface exceeds the thickness of the layer of high hardness [Lazarenko N.I. Electrospark alloying of metal surfaces. - M.: Mechanical Engineering, 1976. - 45 p.].

Согласно источнику из уровня техники [Андреев В.И. Повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей деталей // Вестник машиностроения. - 1978. - №7. - С. 71-72], «провал» твердости в зоне термического влияния можно устранить путем применения после ЭЭЛ дополнительной обработки для создания наклепа методом поверхностного пластического деформирования. Однако в данном случае общего повышения твердости в переходной зоне не наблюдается.According to the source of the prior art [Andreev V.I. Improving the operational characteristics of the working surfaces of parts // Herald of mechanical engineering. - 1978. - No. 7. - S. 71-72], the "failure" of hardness in the heat-affected zone can be eliminated by applying additional processing after EEL to create hardening by the method of surface plastic deformation. However, in this case, a general increase in hardness in the transition zone is not observed.

Согласно источнику [Патент

Figure 00000001
на винахiд №103701, 23Н 5/00. Cпociб змiцнення поверхонь сталевих деталей, пiдданих термiчнiй обробцi / B.C. Марцинковский, В.Б. Тарельник / Опубл. 11.11.2013, бюл. №21. Прототип], проведение ионного азотирования (ИА) до или после ЭЭЛ позволяет устранить зоны пониженной твердости при использовании электродов из чистых твердых износостойких металлов. Кроме того, наблюдается плавное изменение твердости упрочненного слоя и увеличение общей глубины зоны повышенной твердости.According to the source [Patent
Figure 00000001
on wines No. 103 701, 23H 5/00. How can I see the surface of steel parts, add a thermal sample / BC Martsinkovsky, VB Tarelnik / Publ. 11/11/2013, bull. No. 21. Prototype], conducting ion nitriding (IA) before or after EEL allows you to eliminate areas of low hardness when using electrodes made of pure solid wear-resistant metals. In addition, there is a smooth change in the hardness of the hardened layer and an increase in the total depth of the zone of increased hardness.

Известен способ цементации стальных деталей электроэрозионным легированием (ЦЭЭЛ) [Патент

Figure 00000001
на винахiд №82948, 23С 8/00. Cпociб
Figure 00000002
сталевих деталей електроерозiйним легуванням / B.C. Марцинковський, В.Б. Тарельник, А.В. Белоус / Опубл. 25.03.2008, бюл. №10. Прототип], когда при ЭЭЛ в качестве электрода используют графит (углерод). Способ ЦЭЭЛ имеет ряд достоинств, основными из которых являются:A known method of cementing steel parts by electroerosive alloying (CEEL) [Patent
Figure 00000001
on wines No. 82948, 23C 8/00. Thank you
Figure 00000002
steel parts for electrical erosion / BC Martsinkovsky, VB Tarelnik, A.V. Belous / Publ. 03/25/2008, bull. No. 10. Prototype], when using EEL, graphite (carbon) is used as an electrode. The CEEL method has several advantages, the main of which are:

- достижение 100% сплошности упрочнения поверхностного слоя;- achievement of 100% continuity of hardening of the surface layer;

- повышение твердости поверхностного слоя детали за счет диффузионно-закалочных процессов;- increase the hardness of the surface layer of the part due to diffusion-hardening processes;

- легирование можно осуществлять в строго указанных местах, не защищая при этом остальную поверхность детали;- alloying can be carried out in strictly specified places without protecting the rest of the surface of the part;

- отсутствие объемного нагрева детали, а, следовательно, поводок и короблений.- the lack of volumetric heating of the part, and, consequently, the leash and warpage.

С целью снижения шероховатости поверхности деталей машин с сохранением качества поверхностного слоя (отсутствие микротрещин, наличие слоя повышенной твердости, 100%-я сплошность и др.) и, следовательно, расширения области их применения, предложено ЦЭЭЛ проводить поэтапно, снижая на каждом этапе энергию разряда, [Патент

Figure 00000001
на винахiд №101715, 23Н 9/00. Cпociб
Figure 00000002
сталевих деталей електроерозiйним легуванням / B.C. Марцинковський, В.Б. Тарельник, М.П. Братущак / Опубл. 25.01.2013, бюл. №8].In order to reduce the surface roughness of machine parts while maintaining the quality of the surface layer (the absence of microcracks, the presence of a layer of increased hardness, 100% continuity, etc.) and, therefore, expanding the scope of their application, it was suggested that CEEL be carried out in stages, reducing the discharge energy at each stage , [Patent
Figure 00000001
on wines No. 101715, 23H 9/00. Thank you
Figure 00000002
steel parts for electrical erosion / BC Martsinkovsky, VB Tarelnik, M.P. Bratushchak / Publ. 01/25/2013, bull. No. 8].

По сравнению с цементацией и закалкой процесс азотирования протекает при более низкой температуре. Азотированная поверхность имеет более высокую твердость, износо- и коррозионную стойкость, лучшую полируемость; свойства азотированной поверхности практически не изменяются при повторных нагревах вплоть до 500-600°C, в то время как при нагревах цементированной и закаленной поверхности до 225 275°C твердость ее снижается.Compared to cementation and hardening, the nitriding process proceeds at a lower temperature. The nitrided surface has a higher hardness, wear and corrosion resistance, better polishability; the properties of the nitrided surface practically do not change upon repeated heating up to 500-600 ° C, while when the cemented and hardened surfaces are heated to 225 275 ° C, its hardness decreases.

Учитывая это свойство, в предварительно азотированной поверхности не следует ожидать снижения твердости в зоне термического влияния после ЦЭЭЛ.Given this property, in a pre-nitrided surface, one should not expect a decrease in hardness in the heat-affected zone after CEEL.

При ЦЭЭЛ стальной азотированной поверхности происходит процесс аналогичный нитроцементации, только в данном случае насыщение поверхности азотом и углеродом протекает поочередно, а при традиционной нитроцементации - одновременно.When the CEEL of a nitrided steel surface occurs, a process similar to nitrocarburization occurs, only in this case, the surface is saturated with nitrogen and carbon alternately, and in traditional nitrocarburization - simultaneously.

Для повышения таких эксплуатационных характеристик деталей машин как износостойкость и усталостная прочность, упрочнению подвергают, как правило, их поверхностный слой. При этом сердцевина остается более мягкой и пластичной.To increase the performance characteristics of machine parts such as wear resistance and fatigue strength, their surface layer is usually subjected to hardening. In this case, the core remains softer and more plastic.

По сравнению с обычным жидкостным (карбонитрация) и газовым азотированием, преимущества ИА состоят в возможности целенаправленного контроля структуры получаемого поверхностного слоя, применении относительно низких температур (до 500°C), отсутствие поводок и коробления, исключение наводораживания и предотвращение развития процессов отпускной хрупкости в основном металле, безвредность и экологическая безопасность процесса, сокращение продолжительности обработки. Длительность ИА колеблется от 0,5-36 ч в зависимости от необходимой глубины упрочненного слоя [Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов. Справочник. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 135].Compared with conventional liquid (carbonitration) and gas nitriding, the advantages of IA are the possibility of targeted control of the structure of the obtained surface layer, the use of relatively low temperatures (up to 500 ° C), the absence of leashes and warping, the elimination of hydrogen bothering and the prevention of temper brittleness processes mainly metal, the safety and environmental safety of the process, reducing the processing time. The duration of the IA varies from 0.5-36 hours depending on the required depth of the hardened layer [Polevoy S.N., Evdokimov V.D. Hardening of metals. Directory. - M.: Mechanical Engineering, 1986. - S. 135].

После поверхностного упрочнения (цементацией, газовым азотированием, карбонитрацией, ионным азотированием и др.), с целью устранения отклонения деталей от правильной геометрической формы, нередко возникает необходимость в удалении части поверхности, причем наиболее твердой, так как при поверхностном упрочнении величина твердости снижается по мере углубления.After surface hardening (cementation, gas nitriding, carbonitration, ion nitriding, etc.), in order to eliminate the deviation of parts from the correct geometric shape, it is often necessary to remove part of the surface, the hardest, since surface hardening decreases as the hardness decreases recesses.

Нередко упрочненный поверхностный слой детали удаляют после ее сборки с другими деталями, например, после напрессовки на вал. В данном случае может быть удалено от 0,05 до 0,15 мм. Восстановить поверхностный слой такой детали вышеуказанными технологиями без необходимой предварительной разборки, практически, невозможно как по причине больших размеров узлов, так и из-за необходимости подвергать сопряженные детали, к которым были применены указанные выше методы упрочнения, нежелательному воздействию.Often, the hardened surface layer of the part is removed after assembly with other parts, for example, after pressing on the shaft. In this case, from 0.05 to 0.15 mm can be removed. It is practically impossible to restore the surface layer of such a part by the above technologies without the necessary preliminary disassembly, both because of the large sizes of the units and because of the need to expose the mating parts to which the above hardening methods were applied to undesirable effects.

Известен способ восстановления частично изношенных поверхностей составных опорных валков, включающий разборку узла с последующими операциями, обеспечивающими восстановление его работоспособности. [В.П. Приходько, Ю.А. Офицеров, В.В. Гарькавый, А.Т. Чепелев, Ю.А. Грушко, И.А. Бобух, С.А. Новачук, В.Т. Лебедь, Е.И. Трейгер, В.М. Суханов, В.Д. Морозов и А.Е. Руднев. А.с. 1696023, В21В 28/02; А1. Способ восстановления работоспособности составных опорных валков. Опубл. 07.12.91, бюл. №45]. Основным недостатком этого способа являются большие затраты на демонтаж узла с последующей нередкой полной заменой некоторых деталей.A known method of restoring partially worn surfaces of composite backup rolls, including disassembling the node with subsequent operations, ensuring the restoration of its performance. [V.P. Prikhodko, Yu.A. Officers, V.V. Garkavy, A.T. Chepelev, Yu.A. Grushko, I.A. Bobukh, S.A. Novachuk, V.T. Swan, E.I. Traiger, V.M. Sukhanov, V.D. Morozov and A.E. Rudnev. A.S. 1696023, B21B 28/02; A1. The way to restore the health of the composite backup rolls. Publ. 12/07/91, bull. No. 45]. The main disadvantage of this method is the high cost of disassembling the assembly, followed by the frequent complete replacement of some parts.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является обеспечение соответствующего качества поверхности стальных деталей, у которых в процессе изготовления или после сборки частично удаляется упрочненный поверхностный слой, без демонтажа узла. Для решения поставленной задачи создан способ восстановления частично удаленного упрочненного слоя стальных деталей, полученного ионным азотированием с последующим электроэрозионным легированием, включающий операцию электроэрозионного легирования графитовым электродом (ЦЭЭЛ), при котором ЦЭЭЛ, в соответствии с заявляемым техническим решением, осуществляют с энергией разряда, при которой зона термического влияния при легировании не превышает толщины остатка упрочненного ионным азотированием поверхностного слоя. При этом после ЦЭЭЛ могут применять метод безабразивной ультразвуковой финишной обработки (БУФО). Кроме того, ЦЭЭЛ могут осуществлять поэтапно, снижая на каждом последующем этапе энергию разряда.The technical problem to which this technical solution is directed is to ensure the appropriate quality of the surface of steel parts for which the hardened surface layer is partially removed during manufacturing or after assembly without dismantling the assembly. To solve this problem, a method of restoring a partially removed hardened layer of steel parts obtained by ion nitriding followed by electroerosive alloying, including the operation of electroerosive alloying with a graphite electrode (CEEL), in which CEEL, in accordance with the claimed technical solution, is carried out with a discharge energy, in which the heat affected zone during alloying does not exceed the thickness of the remainder of the surface layer hardened by ion nitriding. In this case, after CEEL can be applied the method of non-abrasive ultrasonic finishing (BFFS). In addition, CEEL can be implemented in stages, reducing at each subsequent stage the discharge energy.

Следует отметить, что в отдельных случаях, хотя и крайне редко, когда после первого этапа ЦЭЭЛ величина шероховатости поверхности детали находится в необходимых пределах технического задания, т.е. удовлетворяет требованиям чертежа, можно ограничиться одним этапом ЦЭЭЛ.It should be noted that in some cases, although it is extremely rare, when, after the first stage of CEEL, the surface roughness of the part is within the necessary limits of the technical specification, i.e. satisfies the requirements of the drawing, you can limit yourself to one stage CEEL.

Заявляемый способ может быть применен для ремонта отдельных узлов деталей без их демонтажа, в частности, для восстановления упрочненного поверхностного слоя защитной втулки концевого уплотнения ротора.The inventive method can be applied to repair individual parts of the parts without dismantling, in particular, to restore the hardened surface layer of the protective sleeve of the end seal of the rotor.

Учитывая вышесказанное, представляет научный и практический интерес проведение металлографических и дюрометрических исследований стальных поверхностей после их ИА, удаления части поверхностного слоя и последующей ЦЭЭЛ.Given the above, it is of scientific and practical interest to carry out metallographic and durometric studies of steel surfaces after their IA, removal of part of the surface layer and subsequent CEEL.

Ниже приведена методика и результаты проведенных исследований, а также пример применения заявляемого технического решения для ремонта конкретного изделия со ссылками на иллюстративный материал, гдеThe following is the methodology and results of the research, as well as an example of the application of the claimed technical solution for the repair of a particular product with links to illustrative material, where

- на фиг. 1 представлен образец для ИА и ЦЭЭЛ;- in FIG. 1 shows a sample for IA and CEEL;

- на фиг. 2 представлена фотография, иллюстрирующая процесс обработки ЦЭЭЛ образцов из стали 40Х на токарном станке;- in FIG. 2 is a photograph illustrating the processing of CEEL samples of 40X steel on a lathe;

- на фиг. 3 представлены шлифы, изготовленные из образцов, упрочненных в соответствии с заявляемым способом;- in FIG. 3 presents thin sections made from samples hardened in accordance with the claimed method;

- на фиг. 4 и фиг. 5 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ИА;- in FIG. 4 and FIG. 5 respectively represent: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after IA;

- на фиг. 6 и фиг. 7 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ЦЭЭЛ;- in FIG. 6 and FIG. 7 respectively presents: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after CEEL;

- на фиг. 8 и фиг. 9 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ЦЭЭЛ+ИА;- in FIG. 8 and FIG. 9 respectively presents: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after CEEL + IA;

- на фиг. 10 и фиг. 11 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ИА+ЦЭЭЛ;- in FIG. 10 and FIG. 11 respectively presents: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after IA + CEEL;

- на фиг. 12 и фиг. 13 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ИА+ЦЭЭЛ, у которых после ИА частично удален упрочненный поверхностный слой на глубину - 0,05 мм;- in FIG. 12 and FIG. 13 respectively presents: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after IA + CEEL, in which after IA the hardened surface layer is partially removed to a depth of 0.05 mm;

- на фиг. 14 и фиг. 15 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ИА+ЦЭЭЛ, у которых после ИА частично удален упрочненный поверхностный слой на глубину - 0,10 мм;- in FIG. 14 and FIG. 15 respectively presents: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after IA + CEEL, in which after IA the hardened surface layer is partially removed to a depth of 0.10 mm;

- на фиг. 16 и фиг. 17 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ИА+ЦЭЭЛ, у которых после ИА частично удален упрочненный поверхностный слой на глубину - 0,15 мм;- in FIG. 16 and FIG. 17 respectively presents: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after IA + CEEL, in which after IA the hardened surface layer is partially removed to a depth of 0.15 mm;

- на фиг. 18 и фиг. 19 соответственно представлены: микроструктура и распределение микротвердости поверхностного слоя образцов из стали 40Х после ИА+ЦЭЭЛ, у которых после ИА частично удален упрочненный поверхностный слой на глубину - 0,20 мм;- in FIG. 18 and FIG. 19 respectively presents: the microstructure and microhardness distribution of the surface layer of samples of steel 40X after IA + CEEL, in which after IA the hardened surface layer is partially removed to a depth of 0.20 mm;

- на фиг. 20 представлен внешний вид защитной втулки концевого уплотнения ротора после упрочнения методом карбонитрации и очистки;- in FIG. 20 shows the appearance of the protective sleeve of the end seal of the rotor after hardening by carbonitration and cleaning;

- на фиг. 21 представлен внешний вид втулки после ЦЭЭЛ;- in FIG. 21 shows the appearance of the sleeve after CEEL;

- на фиг. 22 представлен внешний вид после обработки БУФО.- in FIG. 22 shows the appearance after processing BUFO.

Для ИА и ЦЭЭЛ использовали специальные образцы из стали 40Х, термообработанные на твердость 3000-3100 МПа. Образцы изготавливались в виде катушки, состоящей из двух дисков, диаметром 50 мм и шириной 10 мм, соединенных между собой проставкой диаметром 15 мм и имеющей два технологических участка такого же диаметра (фиг. 1). Поверхности дисков шлифовались до Ra=0,5 мкм.For IA and CEEL, special samples of 40X steel were used, heat-treated for a hardness of 3000-3100 MPa. The samples were made in the form of a coil consisting of two disks with a diameter of 50 mm and a width of 10 mm, interconnected by a spacer with a diameter of 15 mm and having two technological sections of the same diameter (Fig. 1). The surface of the disks was ground to Ra = 0.5 μm.

Процесс ЦЭЭЛ производился в автоматическом режиме с помощью установки модели «ЭИЛ-8А». Образцы закреплялись в патроне токарного станка, после чего производилась поэтапная ЦЭЭЛ, путем последующего легирования графитовым электродом марки ЭГ-4 (ОСТ 229-83) с энергией разряда 0,42 Дж (1-й этап) и 0,1 Дж (2-й этап) с производительностью, соответственно 2 и 5 мин/см2 (фиг. 2).The CEEL process was carried out automatically using the installation of the EIL-8A model. The samples were fixed in the lathe chuck, after which a step-by-step CEEL was made by subsequent alloying with a graphite electrode of the EG-4 grade (OST 229-83) with a discharge energy of 0.42 J (1st stage) and 0.1 J (2nd stage) with a productivity of 2 and 5 min / cm 2 , respectively (Fig. 2).

Ионное азотирование образцов проводили при температуре 520°C в течение 12 ч на установке НГВ-6,6/6-И1.Ion nitriding of the samples was carried out at a temperature of 520 ° C for 12 h on an NGV-6.6 / 6-I1 installation.

Упрочнение образцов производили в различной последовательности: ИА; ЦЭЭЛ; ЦЭЭЛ+ИА; ИА+ЦЭЭЛ (фиг. 4 - фиг. 11).Hardening of the samples was carried out in a different sequence: IA; CEEL; CEEL + IA; IA + CEEL (Fig. 4 - Fig. 11).

Кроме того, некоторые образцы подвергались ИА, затем шлифовке на различную глубину (0,05; 0,10; 0,15 и 0,20 мм), (фиг. 12 - фиг. 19), а после этого производилась ЦЭЭЛ. Причем образцы, у которых был удален слой на глубину 0,05 и 0,10 мм подвергались ЦЭЭЛ с энергией разряда 0,42 Дж (1-й этап) и 0,1 Дж (2-й этап), а на глубину 0,15 и 0,20 мм - 0,60 Дж (1-й этап) и 0,1 Дж (2-й этап). С целью снижения шероховатости поверхности после ЦЭЭЛ применяли БУФО.In addition, some samples were subjected to IA, then grinding to various depths (0.05; 0.10; 0.15 and 0.20 mm), (Fig. 12 - Fig. 19), and then CEEL was performed. Moreover, the samples in which the layer was removed to a depth of 0.05 and 0.10 mm were subjected to CEEL with a discharge energy of 0.42 J (stage 1) and 0.1 J (stage 2), and to a depth of 0, 15 and 0.20 mm - 0.60 J (1st stage) and 0.1 J (2nd stage). In order to reduce surface roughness after CEEL, BUFO was used.

Из упрочненных образцов вырезали сегменты, из которых изготавливали шлифы (фиг. 3).From the hardened samples, segments were cut out from which thin sections were made (Fig. 3).

Шлифы исследовали на оптическом микроскопе «Неофот-2», где проводилась оценка качества слоя, его сплошности, толщины и строения зон подслоя - диффузионной зоны и зоны термического влияния. Одновременно проводился дюрометрический анализ на распределение микротвердости в поверхностном слое и по глубине шлифа от поверхности. Замер микротвердости проводили на микротвердомере ПМТ-3 вдавливанием алмазной пирамиды под нагрузкой 0,05 Н.Sections were examined using a Neofot-2 optical microscope, where the quality of the layer, its continuity, thickness and structure of the sublayer zones — the diffusion zone and the heat-affected zone — were evaluated. At the same time, a durometric analysis was carried out on the distribution of microhardness in the surface layer and along the depth of the thin section from the surface. The microhardness was measured on a PMT-3 microhardness meter by indentation of the diamond pyramid under a load of 0.05 N.

На всех этапах обработки измеряли шероховатость поверхности на приборе профилографе - профилометре мод. 201 завода «Калибр».At all stages of processing, surface roughness was measured on a profilograph device — a mode profilometer. 201 factory "Caliber".

В табл. 1 представлено распределение микротвердости по глубине поверхностного слоя и величины шероховатости поверхности при различных вариантах ИА и ЦЭЭЛ.In the table. Figure 1 shows the distribution of microhardness over the depth of the surface layer and the surface roughness for various types of IA and CEEL.

Figure 00000003
Figure 00000003

На всех микрофотографиях четко просматривается «белый» слой, не поддающийся травлению обычными реактивами. Его микротвердость в зависимости от вида упрочнения колеблется от 7010 МПа при ИА и ЦЭЭЛ до 8250 и 11190 МПа при ИА+ЦЭЭЛ и ЦЭЭЛ+ИА, соответственно.All microphotographs clearly show the “white” layer that is not etched by conventional reagents. Its microhardness, depending on the type of hardening, ranges from 7010 MPa for IA and CEEL to 8250 and 11190 MPa for IA + CEEL and CEEL + IA, respectively.

Ниже располагается переходная, диффузионная зона, с плавно снижающейся микротвердостью, переходящей в микротвердость основы (3000-3100 МПа).Below is a transitional, diffusion zone, with a smoothly decreasing microhardness, passing into the microhardness of the base (3000-3100 MPa).

Глубина зоны повышенной твердости составляет при ЦЭЭЛ, ИА, ЦЭЭЛ+ИА, ИА+ЦЭЭЛ, соответственно, 60-70, до 190, 220 и 250 мкм.The depth of the zone of increased hardness is at CEEL, IA, CEEL + IA, IA + CEEL, respectively, 60-70, up to 190, 220 and 250 microns.

Как видно из табл. 2 и фиг. 4 - фиг. 11, наибольшая толщина (250 мкм) и твердость упрочненного слоя (11190 МПа) принадлежат интегрированному способу упрочнения ИА+ЦЭЭЛ (фиг. 11). При этом шероховатость поверхности Ra, составляет 0,8 мкм, что ниже, чем при использовании в ЭЭЛ металлических электродов.As can be seen from the table. 2 and FIG. 4 - FIG. 11, the largest thickness (250 μm) and hardness of the hardened layer (11190 MPa) belong to the integrated method of hardening IA + CEEL (Fig. 11). Moreover, the surface roughness Ra, is 0.8 μm, which is lower than when using metal electrodes in EEL.

Таким образом, наиболее предпочтительным способом повышения твердости поверхностного слоя стальных деталей, у которых частично или полностью удален упрочненный поверхностный слой, является ЦЭЭЛ.Thus, the most preferred way to increase the hardness of the surface layer of steel parts in which the hardened surface layer is partially or completely removed is CEEL.

Как уже отмечалось, в качестве предварительного упрочнения целесообразнее всего применять ИА, имеющее ряд преимуществ перед другими способами.As already noted, as a preliminary hardening, it is most expedient to use an IA having a number of advantages over other methods.

Результаты исследования микроструктуры и микротвердости поверхностного слоя образцов стали 40Х, упрочненных ИА и подверженных шлифовке и ЦЭЭЛ сведены в табл. 2 и представлены на фиг. 12 - фиг. 19.The results of the study of the microstructure and microhardness of the surface layer of samples of steel 40X, hardened by IA and subject to grinding and CEEL are summarized in table. 2 and shown in FIG. 12 - FIG. 19.

Figure 00000004
Figure 00000004

Анализ фиг. 12 - фиг. 19 и табл. 2 показывает, что с увеличением глубины удаленного слоя снижается толщина упрочненного слоя и его микротвердость после ЦЭЭЛ.The analysis of FIG. 12 - FIG. 19 and tab. 2 shows that with increasing depth of the removed layer, the thickness of the hardened layer and its microhardness after CEEL decreases.

В 2013 г. ООО «ТРИЗ» г. Сумы выполнил реконструкцию центробежного компрессора природного газа 22ЦКО поз. 252-3 цеха производства метанола ОАО НАК «Азот».In 2013, TRIZ LLC in Sumy completed the reconstruction of a centrifugal compressor of natural gas 22TSKO pos. 252-3 methanol production workshop of OJSC NAC Azot.

При изготовлении роторов для компрессоров возникла проблема при изготовлении защитных втулок концевых уплотнений ротора, устанавливаемых на вал ротора по горячей посадке (фиг. 20).In the manufacture of rotors for compressors, a problem arose in the manufacture of protective sleeves of the rotor end seals mounted on the rotor shaft in a hot seat (Fig. 20).

Традиционно втулки изготавливались из монель-металла (основа) марки НМЖМц 28-2,5-1,5 с нанесением на наружную поверхность втулки износостойких порошков, с последующим оплавлением покрытия в вакуумной печи.Traditionally, bushings were made of monel metal (base) of the NMZhMts brand 28-2.5-1.5 with application of wear-resistant powders to the outer surface of the sleeve, followed by melting of the coating in a vacuum furnace.

После изготовления защитные втулки устанавливаются на вал с натягом, обрабатываются эльборовыми и гексанитовыми резцами и полируются эльборовой наждачной бумагой. Толщина нанесенного слоя составляет ≈2 мм, а после проточки на валу - 1 мм, при общей толщине втулки 3 мм.After manufacturing, the protective sleeves are mounted on the shaft with an interference fit, processed with elbor and hexanite cutters and polished with elbor sandpaper. The thickness of the applied layer is ≈2 mm, and after grooving on the shaft - 1 mm, with a total sleeve thickness of 3 mm.

В качестве альтернативы, для замены защитных втулок из монель-металла на более дешевые, но не уступающие по своим эксплуатационным характеристикам монелевым, специалистами «ТРИЗ» были разработаны два других способа их изготовления.As an alternative, to replace protective monel-metal bushes with cheaper ones, but not inferior in their operational characteristics to monel-metal, TRIZ specialists developed two other methods for their manufacture.

Первый - изготовление втулок из стали 38Х2МЮА с последующим упрочнением поверхностного слоя методом карбонитрации в расплаве солей (фиг. 12). Глубина упрочненного слоя при этом составляла 0,55-0,6 мм, а поверхностная твердость после карбонитрации HRC 55-62. Температура упрочнения методом карбонитрации находится в пределах 540-600°C, что не превышает температуры отпуска стали 38Х2МЮА, которая составляет 640°C.The first is the manufacture of bushings made of steel 38Kh2MYuA, followed by hardening of the surface layer by carbonitration in a molten salt (Fig. 12). The depth of the hardened layer was 0.55-0.6 mm, and the surface hardness after carbonitration HRC 55-62. The hardening temperature by carbonitration is in the range of 540-600 ° C, which does not exceed the tempering temperature of steel 38Kh2MYuA, which is 640 ° C.

Сложность отработки технологии изготовления втулок с применением упрочнения поверхностного слоя методом карбонитрации, заключалась в обеспечении твердости поверхностного слоя, после горячей посадки на вал ротора и шлифования, так как твердость упрочненного поверхностного слоя, максимальная на поверхности, по мере углубления снижается, и окончательная твердость поверхностного слоя после шлифования зависит от глубины удаленного слоя.The difficulty in developing the technology for manufacturing bushings using hardening of the surface layer by carbonitration was to ensure the hardness of the surface layer after hot landing on the rotor shaft and grinding, since the hardness of the hardened surface layer, maximum on the surface, decreases as the surface deepens, and the final hardness of the surface layer after grinding depends on the depth of the removed layer.

Второй способ впервые был применен во время остановочного ремонта в марте 2014 года на ПАО «АЗОТ» г. Черкассы при ремонте ротора КНД компрессора поз. 103J. Он состоял в том, что после посадки на вал и шлифовки втулок, подверженных ИА, проводили их поверхностное упрочнение методом ЦЭЭЛ с последующей обработкой методом БУФО (фиг. 21 - фиг. 22).The second method was first applied during a stop repair in March 2014 at the Azot PJSC in Cherkasy during the repair of the CPV compressor rotor pos. 103J. It consisted in the fact that after landing on the shaft and polishing the bushings subject to IA, they were surface hardened by the CEEL method followed by the BUFO method (Fig. 21 - Fig. 22).

Ремонт был выполнен в сжатые сроки в течение 24 часов. При этом параметры работы уплотнения не изменились.The repair was completed in a short time within 24 hours. At the same time, the seal operation parameters have not changed.

Claims (4)

1. Способ восстановления частично удаленного упрочненного ионным азотированием слоя стальной детали, характеризующийся тем, что проводят электроэрозионное легирование графитовым электродом (ЦЭЭЛ) с энергией разряда, при которой зона термического влияния при легировании не превышает толщины остатка поверхностного слоя стальной детали, упрочненного упомянутым ионным азотированием.1. A method of recovering a partially removed layer of a steel part hardened by ion nitriding, characterized in that the electroerosive alloying is carried out with a graphite electrode (CEEL) with a discharge energy in which the heat-affected zone during alloying does not exceed the thickness of the remainder of the surface layer of the steel part hardened by the said ion nitriding. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после ЦЭЭЛ проводят безабразивную ультразвуковую финишную обработку (БУФО).2. The method according to p. 1, characterized in that after CEEL conduct non-abrasive ultrasonic finishing (BFFS). 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ЦЭЭЛ осуществляют поэтапно со снижением на каждом последующем этапе энергии разряда.3. The method according to p. 1, characterized in that the CEEL is carried out in stages with a decrease in each subsequent stage of the discharge energy. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что восстанавливают стальную деталь в виде защитной втулки концевого уплотнения ротора.4. The method according to p. 1, characterized in that restore the steel part in the form of a protective sleeve of the end seal of the rotor.
RU2015145477A 2015-10-22 2015-10-22 Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts RU2631436C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015145477A RU2631436C2 (en) 2015-10-22 2015-10-22 Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015145477A RU2631436C2 (en) 2015-10-22 2015-10-22 Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015145477A RU2015145477A (en) 2017-04-25
RU2631436C2 true RU2631436C2 (en) 2017-09-22

Family

ID=58642236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015145477A RU2631436C2 (en) 2015-10-22 2015-10-22 Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631436C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4459453A (en) * 1980-07-29 1984-07-10 Inoue-Japax Research Incorporated Method of electrical-discharge-machining a conductive workpiece with a carbonaceous electrode
RU2349432C2 (en) * 2007-03-15 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" Cyanidation method of steel or titanic products
RU2455141C2 (en) * 2010-04-05 2012-07-10 Открытое акционерное общество холдинговая компания "Коломенский завод" Method of reconditioning large-size nitride-hardened crankshaft scored hollow journals by high-frequency current
UA103701C2 (en) * 2012-03-29 2013-11-11 Василий Сигизмундович Марцинковский Method for strengthening surface of steel parts being subject to thermal treatment (embodiments)
RU2540316C1 (en) * 2013-07-08 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) Method of restoration of cultivator blade with simultaneous strengthening its working surface

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4459453A (en) * 1980-07-29 1984-07-10 Inoue-Japax Research Incorporated Method of electrical-discharge-machining a conductive workpiece with a carbonaceous electrode
RU2349432C2 (en) * 2007-03-15 2009-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" Cyanidation method of steel or titanic products
RU2455141C2 (en) * 2010-04-05 2012-07-10 Открытое акционерное общество холдинговая компания "Коломенский завод" Method of reconditioning large-size nitride-hardened crankshaft scored hollow journals by high-frequency current
UA103701C2 (en) * 2012-03-29 2013-11-11 Василий Сигизмундович Марцинковский Method for strengthening surface of steel parts being subject to thermal treatment (embodiments)
RU2540316C1 (en) * 2013-07-08 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) Method of restoration of cultivator blade with simultaneous strengthening its working surface

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015145477A (en) 2017-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chander et al. Failure of hot forging dies–an updated perspective
Tarel’nik et al. Problems and solutions in renovation of the rotors of screw compressors by combined technologies
Tarelnyk et al. New method for strengthening surfaces of heat treated steel parts
Tarelnyk et al. New method of friction assemblies reliability and endurance improvement
JP4781937B2 (en) Thrust needle bearing
JP2010065280A (en) Mold for hot working
JP6590213B2 (en) Manufacturing method of cold working mold
JP2011106332A (en) Turbine blade and method of processing the same
Ivanov et al. Hardening of Objects and the Increase of their Lifetime by the Electrospark Method: the Object Classification and the Specific Features of the Technology
Dmitriyev et al. Functional coatings application for strengthening and restoration of aviation products
RU2631436C2 (en) Method for restoration of stregthened layer partially removed from steel parts
Tarelnyk et al. Application of wear-resistant nanostructures formed by ion nitridizing & electrospark alloying for protection of rolling bearing seat surfaces
RU2528070C2 (en) Perfection of conformability of friction pair "bearing insert - shaft journal"
RU2603932C1 (en) Method of heat-treated steel parts surfaces hardening
RU2466002C1 (en) Method of making wear resistant flat surface of friction pairs
Borchers et al. Influence of pre-machining on the surface integrity after processing by mechanical surface treatment
JP2016183398A (en) Manufacturing method of product member and product member
JP2014129607A (en) Non-refining type nitrided crankshaft
JP2008082379A (en) Method for manufacturing thrust bearing component part
KR102192892B1 (en) heat treatment and Surface propagation method of Metalwork
Tarelnyk et al. Technological methods of ensuring the reliability at repair and renovation of the screw compressor rotors
Khimukhin et al. The structure of the intermetallic coating after ultrasonic burnishing process
JP5852295B1 (en) Scale breaker work roll and method of manufacturing scale breaker work roll
Ji et al. Surface integrity of quenched steel 1045 machined by CBN grinding wheel and SiC grinding wheel
RU2688787C2 (en) Method of heat-treated steel parts surfaces hardening

Legal Events

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

Effective date: 20181023