RU2677908C1 - Способ химико-термической обработки детали из легированной стали - Google Patents
Способ химико-термической обработки детали из легированной стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677908C1 RU2677908C1 RU2018117192A RU2018117192A RU2677908C1 RU 2677908 C1 RU2677908 C1 RU 2677908C1 RU 2018117192 A RU2018117192 A RU 2018117192A RU 2018117192 A RU2018117192 A RU 2018117192A RU 2677908 C1 RU2677908 C1 RU 2677908C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat treatment
- ion
- chemical
- plasma
- balls
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title abstract description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 title abstract description 10
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 23
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 5
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 2
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C8/00—Solid 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
- C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из легированных сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, режущего инструмента и штамповой оснастки. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали включает активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя. Активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят струйно-динамической обработкой шариками в два этапа, при которой проводят обработку сначала шариками диаметром 1,5-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении сжатого воздуха 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин. В частных случаях осуществления изобретения химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом, а именно ионно-плазменным азотированием, или ионно-плазменной цементацией, или ионно-плазменной нитроцементацией. Обеспечивается повышение производительности и качества химико-термической обработки, а также повышение износостойкости деталей после химико-термической обработки. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из легированных сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, режущего инструмента и штамповой оснастки.
Одними из ответственных деталей газотурбинных двигателей и установок являются зубчатые колеса, эксплуатация которых проходит в условиях воздействия высоких температур и значительных силовых нагрузок. Для повышения стойкости поверхностного слоя материала указанных деталей используют химико-термическую обработку (ХТО), в частности азотирование и нитроцементацию.
Широко известны процессы упрочнения поверхности деталей методами ХТО. Известен, например способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий диффузионное насыщение элементами внедрения и замещения и последующий нагрев поверхности изделия (А.С. СССР №1515772, МПК С23С 8/00. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ. Бюл. №36, 2013 г.).
Известен способ ХТО деталей, заключающий в высокотемпературном азотировании, закалке с последующим отпуском [Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение, 1976, с. 99-102]. В результате обработки получают высокоазотистый слой небольшой толщины. Такой слой хорошо противостоит коррозии в атмосфере, но плохо работает при высоких изгибных, контактных напряжениях и в условиях повышенного износа.
Известны также ионно-плазменные методы химико-термической обработки, например, методы ионного азотирования в плазме тлеющего разряда постоянного или пульсирующего тока, которые включают в себя две стадии - очистку поверхности катодным распылением и собственно насыщение поверхности металла азотом [Теория и технология азотирования / Лохтин Ю.М., Коган Л.Д. и др. // М., Металлургия, 1990, с. 89].
Известен также способ химико-термической обработки металлов и сплавов, при котором на стадии очистки изделий тлеющий разряд периодически переводят в импульсную электрическую дугу. Это позволяет интенсифицировать процесс за счет быстрого разогрева обрабатываемой поверхности в первые минуты до более высоких температур, чем температура процесса азотирования (А.С. СССР 1534092, МПК С23С 8/36, опубл. 07.01.90; BG 43787. МПК С23С 8/36. METHOD FOR CHEMICO-THERMIC TREATMENT IN GLOWING DISCHARGE OF GEAR TRANSMISSIONS. 1988).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ химико-термической обработки детали из легированной стали, включающий активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере установки,, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температур химико-термической обработки и выдержку при этих температурах до формирования необходимой толщины диффузионного слоя (А.С. СССР №1574679, МПК С23С 8/36, опубл. 30.06.90; патент РФ №2144095, МПК С23С 8/38, опубл. 10.01.2000).
Недостатками известных способов и прототипа являются невысокая износостойкость поверхности из-за неоднородности диффузионного слоя и образования в диффузионном слое хрупких фаз, а также низкая производительность насыщения поверхностного слоя материала детали в процессе ХТО. ХТО с использованием известных способов приводит к следующим негативным явлениям: существует высокая вероятность образования неравномерного слоя с уменьшенной концентрацией насыщаемого вещества, неоднородной и пониженной твердостью материала поверхностного слоя, возникновением дефектных участков. Для удаления дефектных участков поверхностного слоя после ХТО проводится шлифование, однако при удалении обедненного дефектного слоя часто образуются прижоги и ряд других характерных дефектов поверхностного слоя и в результате к снижению износостойкости деталей.
Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса и повышение качества химико-термической обработки деталей за счет активации и обеспечения однородного состояния материала поверхностного слоя детали в процессе ХТО и, как следствие, повышение износостойкости деталей.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности и качества процесса ХТО, а также повышение износостойкости деталей после ХТО.
Технический результат достигается тем, что в способе химико-термической обработки детали из легированной стали, включающем активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя, отличающийся тем, что активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят струйно-динамической обработкой шариками в два этапа, вначале шариками диаметром 1,5-2,0 мм, при давлении 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем, шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин.
Кроме того, возможно использование в способе следующих дополнительных приемов: химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом; в качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию.
Для оценки эксплуатационных свойств деталей, обработанных по предлагаемому способу, были проведены следующие испытания. Образцы из высоколегированных сталей (в частности, стали 16Х3НВФМБ, Р6М5, Х12М 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю) были подвергнуты обработке как по способам-прототипам (А.С. СССР №1574679, патент РФ №2144095), согласно приведенным в способе-прототипе условиям и режимам обработки, так и по вариантам предлагаемого способа.
Режимы обработки образцов по предлагаемому способу.
Струйно-динамическая обработка стальными шариками из закаленной стали ШХ-15, твердостью HRC 60-62 ед. Расстояние от сопла до поверхности образца L=80 мм.
Режимы первого этапа обработки шариками: диаметр шариков: 1,3 мм -неудовлетворительный результат (Н.Р.); 1,5 мм - удовлетворительный результат (У.Р.); 1,8 мм (У.Р.); 2,0 мм (У.Р.); 2,2 мм (Н.Р.). Давление подаваемого сжатого воздуха: 0,2 МПа (Н.Р.); 0,3 МПа (У.Р.); 0,4 МПа (У.Р.); 0,5МПа (У.Р.); 0,7 МПа (Н.Р.). Время обработки: 2 мин (Н.Р.); 3 мин (У.Р.); 4 мин (У.Р.); 5 мин (Н.Р.).
Режимы второго этапа обработки шариками: диаметр шариков: 0,4 мм - (Н.Р.); 0,6 мм - (У.Р.); 0,7 мм (У.Р.); 0,8 мм (У.Р.); 1,0 мм (Н.Р.). Давление подаваемого сжатого воздуха: 0,1 МПа (Н.Р.); 0,2 МПа (У.Р.); 0,3 МПа (У.Р.); 0,4 МПа (Н.Р.). Время обработки: 0,5 мин (Н.Р.); 1 мин (У.Р.); 2 мин (У.Р.); 3 мин (Н.Р.).
На втором этапе обработке шариками, за счет использования более низкого давления воздуха и меньших размеров шариков снижается шероховатость поверхности и создается более однородная структура поверхностного слоя.
Химико-термическую обработку деталей проводили газовым и ионно-плазменным методами (отличие предлагаемого способа от существующих состояло в предварительной активации поверхности струйно-динамической обработкой стальными шариками). В качестве одного из методов ХТО применяли ионно-плазменное азотирование, ионно-плазменную цементацию и ионно-плазменную нитроцементацию.
Испытания показали на повышение износостойкости образцов по сравнению с прототипом в 1,3…1,6 раза (т.е. в результате использования активирования поверхности обработкой шариками перед ХТО). Скорость химико-термической обработки за счет увеличения скорости диффузии при ХТО возросла приблизительно в 1,2…1,5 раз. Исследование образцов показало на повышение однородности структуры диффузионной зоны материалов.
Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе химико-термической обработки детали из легированной стали следующих существенных признаков: активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой; размещение детали в рабочей камере; подачу в камеру рабочей насыщающей среды; нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя; проведение активирования поверхности детали перед химико-термической струйно-динамической обработкой шариками в два этапа: вначале шариками диаметром 1,5-2,0 мм, при давлении 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем, шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин, а также при использовании дополнительных приемов: химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом; в качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию, позволяет обеспечить заявленный технический результат предлагаемого изобретения - повышение производительности и качества процесса ХТО, а также повышение износостойкости деталей после ХТО.
Claims (3)
1. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали, включающий активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, размещение детали в рабочей камере, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя, отличающийся тем, что активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят струйно-динамической обработкой шариками в два этапа, при которой проводят обработку сначала шариками диаметром 1,5-2,0 мм при давлении сжатого воздуха 0,3-0,5 МПа в течение 3-4 мин, а затем шариками диаметром 0,6-0,8 мм при давлении сжатого воздуха 0,2-0,3 МПа в течение 1-2 мин.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117192A RU2677908C1 (ru) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117192A RU2677908C1 (ru) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677908C1 true RU2677908C1 (ru) | 2019-01-22 |
Family
ID=65085153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018117192A RU2677908C1 (ru) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677908C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777058C1 (ru) * | 2022-01-30 | 2022-08-01 | Аскар Джамилевич Мингажев | Способ азотирования детали из легированной стали |
| CN116288053A (zh) * | 2022-09-06 | 2023-06-23 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种渗碳齿轮钢及其热处理方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2077603C1 (ru) * | 1994-05-10 | 1997-04-20 | Акционерное общество "Черногорнефть" | Способ обработки стальных деталей нефтегазодобывающего оборудования |
| US7600556B2 (en) * | 2002-10-30 | 2009-10-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Mold for casting and method of surface treatment thereof |
| RU2400347C2 (ru) * | 2006-04-03 | 2010-09-27 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Способ упрочнения металлического компонента и конструктивный элемент с металлическим компонентом, выполненным этим способом |
| RU2491155C2 (ru) * | 2011-02-22 | 2013-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ упрочняющей обработки внутренних поверхностей деталей |
| CN103878703A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-06-25 | 广州大学 | 一种耐磨合金钢工件表面的强化研磨方法 |
| US9056386B2 (en) * | 2009-09-30 | 2015-06-16 | Sintokogio, Ltd. | Method of shot-peening treatment of steel product |
-
2018
- 2018-05-08 RU RU2018117192A patent/RU2677908C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2077603C1 (ru) * | 1994-05-10 | 1997-04-20 | Акционерное общество "Черногорнефть" | Способ обработки стальных деталей нефтегазодобывающего оборудования |
| US7600556B2 (en) * | 2002-10-30 | 2009-10-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Mold for casting and method of surface treatment thereof |
| RU2400347C2 (ru) * | 2006-04-03 | 2010-09-27 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Способ упрочнения металлического компонента и конструктивный элемент с металлическим компонентом, выполненным этим способом |
| US9056386B2 (en) * | 2009-09-30 | 2015-06-16 | Sintokogio, Ltd. | Method of shot-peening treatment of steel product |
| RU2491155C2 (ru) * | 2011-02-22 | 2013-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ упрочняющей обработки внутренних поверхностей деталей |
| CN103878703A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-06-25 | 广州大学 | 一种耐磨合金钢工件表面的强化研磨方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777058C1 (ru) * | 2022-01-30 | 2022-08-01 | Аскар Джамилевич Мингажев | Способ азотирования детали из легированной стали |
| RU2787278C1 (ru) * | 2022-06-04 | 2023-01-09 | Аскар Джамилевич Мингажев | Способ азотирования детали из легированной стали |
| CN116288053A (zh) * | 2022-09-06 | 2023-06-23 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种渗碳齿轮钢及其热处理方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2418096C2 (ru) | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании | |
| CN100494498C (zh) | 金属材料的表面处理方法 | |
| JP4947932B2 (ja) | 金属のガス窒化方法 | |
| RU2677908C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| RU2419676C1 (ru) | Способ ионно-вакуумного азотирования длинномерной стальной детали в тлеющем разряде | |
| RU2634400C1 (ru) | Способ ионного азотирования режущего инструмента из легированной стали | |
| RU2590433C1 (ru) | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов | |
| RU2291227C1 (ru) | Способ упрочнения поверхностного слоя деталей из конструкционных сталей | |
| RU2559606C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| RU2409700C1 (ru) | Способ азотирования в плазме тлеющего разряда | |
| Roliński et al. | Controlling plasma nitriding of ferrous alloys | |
| RU2534907C1 (ru) | Способ локальной обработки материала при азотировании в тлеющем разряде | |
| RU2605394C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из сплава на основе кобальта | |
| RU2605395C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из сплава на основе никеля | |
| RU2606352C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из сплава на основе титана | |
| RU2605029C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из титана | |
| RU2558320C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме | |
| RU2324001C1 (ru) | Способ термической и химико-термической обработки стальных изделий в вакууме | |
| RU2777058C1 (ru) | Способ азотирования детали из легированной стали | |
| RU2611003C1 (ru) | Способ ионного азотирования титановых сплавов | |
| RU2812940C1 (ru) | Способ ионного азотирования детали из легированной стали | |
| RU2627551C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| RU2795620C1 (ru) | Способ азотирования детали из легированной стали | |
| RU2599950C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей | |
| Yeh et al. | Thermal fatigue behavior of nitrocarburized and low pressure nitrided modified JIS SKD61 hot work mold steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200509 |