RU2688011C1 - Способ поверхностного упрочнения детали из стали - Google Patents
Способ поверхностного упрочнения детали из стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688011C1 RU2688011C1 RU2018134704A RU2018134704A RU2688011C1 RU 2688011 C1 RU2688011 C1 RU 2688011C1 RU 2018134704 A RU2018134704 A RU 2018134704A RU 2018134704 A RU2018134704 A RU 2018134704A RU 2688011 C1 RU2688011 C1 RU 2688011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling
- heating
- coating
- temperature
- steel
- Prior art date
Links
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
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
- C23C10/34—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
- C23C10/58—Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation more than one element being diffused in more than one step
-
- 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
- C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces
-
- 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
- C23C8/60—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 using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—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 using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/64—Carburising
- C23C8/66—Carburising of ferrous surfaces
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения детали, и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента для ленточнопильного металлорежущего станка, работающего в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Способ поверхностного упрочнения стальных деталей включает предварительное поверхностное локальное легирование из нанесенной на ее поверхность обмазки с использованием лазерного нагрева, термодиффузионное насыщение поверхности детали легирующими элементами из упомянутой обмазки путем нагрева, выдержку и охлаждение. Упомянутая обмазка содержит легирующие компоненты хром и марганец в соотношении 1:1. Указанное термодиффузионное насыщение проводят при температуре 760-850°С с выдержкой в течение 2-2,5 часов. После охлаждения осуществляют цементацию стальной детали при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) при температуре 1200-1250°С в течение 20-30 минут. Обеспечивается повышение износостойкости и устойчивости к ударным и знакопеременным нагрузкам. 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения деталей, и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента для ленточнопильного металлорежущего станка, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок.
Аналогом изобретения является способ низкотемпературного азотирования стальных деталей (патент №2415964, МПК C23C 8/26, опубл. 10.04.2011, бюл. 10), включающий предварительное поверхностное локальное легирование нитридообразующими элементами при лазерном нагреве деталей с нанесенной на их поверхность обмазкой и последующем низкотемпературном азотировании, включающем нагрев до заданной температуры, выдержку и охлаждение, при этом перед азотированием проводят процесс термодиффузионного насыщения легирующими нитридообразующими элементами при нагреве до температуры T=690-710°C с выдержкой в течение 3-4 ч, а последующий процесс азотирования ведут при нагреве до температуры Т=570-590°C с выдержкой в течение 6-8 ч в среде аммиака.
Недостатком данного способа является низкая ударная стойкость и повышенная хрупкость получаемого изделия.
Прототипом изобретения является способ поверхностного легирования деталей из стали 40 (патент №2428503, МПК C23C 8/08, опубл. 10.09.2011, бюл. №13), включающий термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами из нанесенной на их поверхность обмазки путем нагрева, выдержки и охлаждения, при этом перед термодиффузионным насыщением проводят предварительное поверхностное локальное легирование с использованием лазерного нагрева из обмазки, содержащей один из следующих легирующих элементов: Cr, V, Ti, а термодиффузионное насыщение ведут при температуре 650-750°C с выдержкой в течение 3-4 ч с последующим охлаждением в печи.
Недостатком данного способа является низкая ударная стойкость и повышенная хрупкость получаемого изделия.
Задачей изобретения является усовершенствование способа поверхностного упрочнения детали из стали, обеспечивающее повышение эксплуатационных характеристик детали из стали.
Техническим результатом является повышение износостойкости, устойчивости к ударным и знакопеременным нагрузкам.
Технический результат достигается тем, что способ поверхностного упрочнения детали из стали включает предварительное поверхностное локальное легирование из обмазки с использованием лазерного нагрева, термодиффузионное насыщение поверхности детали легирующими элементами из нанесенной на ее поверхности обмазки путем нагрева, выдержку и охлаждение, при этом термодиффузионное насыщение ведут при температуре 760-850°C с выдержкой в течение 2-2,5 часов, после охлаждения дополнительно проводят цементацию детали токами высокой частоты (ТВЧ) при температуре 1200-1250°C в течение 20-30 минут, а обмазка содержит следующие легирующие компоненты хром, марганец взятые в соотношении 1:1.
Повышение температуры диффузионного насыщения до 760-850°C, при времени выдержки 2-2,5 часа, обеспечивает равномерное распределение легирующих элементов по всему объему легируемого участка детали на глубину до 0,5 мм за счет сообщения необходимого количества энергии для диффузионного передвижения атомов легирующих компонентов в материале детали.
Использование в качестве легирующих компонентов хрома и марганца, наносимых в качестве обмазки ускоряет процесс диффузионного насыщения, обеспечивая их равномерное распределения по всему сечению на заданной глубине, обладая хорошей растворимостью благодаря незначительному различию в атомарных радиусах у хрома и марганца вместе с железом, содержащемся в стали, а также повышает эффективность и скорость процесса цементации за счет снижения температуры фазового превращения α в γ железо (при нагревании), при этом гранецентрированная кристаллическая решетка, соответствующая γ-железу дает возможность повысить эффективность и скорость процесса цементации за счет лучшей растворимости углерода в сравнении α-железом. В свою очередь, при цементации ТВЧ происходит насыщение стали углеродом, который совместно с марганцем, хромом и железом образует карбидные фазы. Легирование стали обмазкой из хрома и марганца взятых с соотношении 1:1 с последующей цементацией позволяет получить CrC (карбид хрома) и MnC (карбид марганца), повышающих твердость и износостойкость рабочей поверхности детали, при этом марганец также позволяет повысить сопротивление ударным нагрузкам, обеспечить наклепываемость в холодном состоянии, что приводит к повышению износостойкости рабочей поверхности детали во время эксплуатации. Проведение цементации ТВЧ при температуре 1200-1250°C со временем выдержки в течение 20-30 минут обеспечивает нагрев поверхности детали, при котором атомы углерода проникают в цементируемую деталь на глубину до 0,5 мм с образованием карбидных фаз, как с легирующими компонентами, так и с материалом детали. При этом применением ТВЧ совместно с углеродной обмазкой при цементации позволяет проводить ее локально за счет направленного нагрева обрабатываемого участка, не воздействуя температурой на весь объем детали.
К тому же совокупность предлагаемых признаков позволяет избежать увеличение зернистости материала упрочняемой детали, которое приводит к ее охрупчиванию, снижению прочности по ударной вязкости, а также снижению износостойкости и устойчивости к знакопеременным нагрузкам.
Способ поверхностного упрочнения детали из стали реализуется следующим образом.
На упрочняемую поверхность детали из стали наносят слой обмазки, содержащей легирующие компоненты Cr и Mn взятых в соотношении 1:1, затем проводят лазерный нагрев поверхности с нанесенной обмазкой с образованием очагов легирования. После лазерного нагрева проводят термодиффузионное насыщение при температуре 760-850°C с выдержкой в течение 2-2,5 часов с последующим охлаждением в печи. После охлаждения проводят цементацию в ТВЧ при 1200-1250°C в течение 20-30 минут.
Способ поверхностного упрочнения детали из стали поясняется конкретными примерами.
Пример 1.
На режущую часть пилы, полотно которой изготовлено из рессорно-пружинной стали, наносят слой обмазки, содержащей легирующие компоненты Cr и Mn взятых в соотношении 1:1, затем проводят лазерный нагрев поверхности с нанесенной обмазкой с образованием очагов легирования. После лазерного нагрев проводят термодиффузионное насыщение при температуре 760°C с выдержкой в течение 2,5 часов с последующим охлаждением в печи. После охлаждения проводят цементацию в ТВЧ при 1250°C в течение 20 минут.
Пример 2.
На режущую часть пилы, полотно которой изготовлено из рессорно-пружинной стали, наносят слой обмазки, содержащей легирующие компоненты Cr и Mn взятых в соотношении 1:1, затем проводят лазерный нагрев поверхности с нанесенной обмазкой с образованием очагов легирования. После лазерного нагрева проводят термодиффузионное насыщение при температуре 800°C с выдержкой в течение 2,3 часов с последующим охлаждением в печи. После охлаждения проводят цементацию в ТВЧ при 1225°C в течение 25 минут.
Пример 3.
На режущую часть пилы, полотно которой изготовлено из рессорно-пружинной стали, наносят слой обмазки, содержащей легирующие компоненты Cr и Mn взятых в соотношении 1:1, затем проводят лазерный нагрев поверхности с нанесенной обмазкой с образованием очагов легирования. После лазерного нагрева проводят термодиффузионное насыщение при температуре 850°C с выдержкой в течение 2 часов с последующим охлаждением в печи. После охлаждения проводят цементацию в ТВЧ при 1200°C в течение 30 минут.
Результаты, приведенные в таблице 1 подтверждают, что деталь из стали полученная по заявляемому способу обладают повышенной износостойкостью, вследствие повышения микротвердости за счет наличия карбидных фаз (MnC и CrC) и устойчивостью к ударным и знакопеременным нагрузкам, вследствие повышения ударной вязкости, за счет легирования стали марганцем, чем деталь полученная по известному способу.
Таким образом, заявляемый способ упрочнения детали из стали позволяет получить изделия с повышенными эксплуатационными характеристиками, а именно высокими износостойкостью и устойчивостью к ударным и знакопеременным нагрузкам.
Claims (1)
- Способ поверхностного упрочнения стальных деталей, включающий предварительное поверхностное локальное легирование из нанесенной на ее поверхность обмазки с использованием лазерного нагрева, термодиффузионное насыщение поверхности детали легирующими элементами из упомянутой обмазки путем нагрева, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что упомянутая обмазка содержит легирующие компоненты хром и марганец в соотношении 1:1, а указанное термодиффузионное насыщение проводят при температуре 760-850°С с выдержкой в течение 2-2,5 часов, после охлаждения осуществляют цементацию стальной детали при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) при температуре 1200-1250°С в течение 20-30 минут.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018134704A RU2688011C1 (ru) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Способ поверхностного упрочнения детали из стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018134704A RU2688011C1 (ru) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Способ поверхностного упрочнения детали из стали |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2688011C1 true RU2688011C1 (ru) | 2019-05-17 |
Family
ID=66578711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018134704A RU2688011C1 (ru) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Способ поверхностного упрочнения детали из стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2688011C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4537793A (en) * | 1982-07-02 | 1985-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for generating hard, wear-proof surface layers on a metallic material |
US5723535A (en) * | 1993-09-13 | 1998-03-03 | H.C. Starck Gmbh & Co., Kg | Pastes for the coating of substrates, methods for manufacturing them and their use |
RU2428503C2 (ru) * | 2009-10-26 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 |
RU2447194C1 (ru) * | 2010-08-03 | 2012-04-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный аграрный университет" (АГАУ) | Способ химико-термической обработки режущей кромки стального рабочего органа почвообрабатывающего орудия |
-
2018
- 2018-10-01 RU RU2018134704A patent/RU2688011C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4537793A (en) * | 1982-07-02 | 1985-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for generating hard, wear-proof surface layers on a metallic material |
US5723535A (en) * | 1993-09-13 | 1998-03-03 | H.C. Starck Gmbh & Co., Kg | Pastes for the coating of substrates, methods for manufacturing them and their use |
RU2428503C2 (ru) * | 2009-10-26 | 2011-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 |
RU2447194C1 (ru) * | 2010-08-03 | 2012-04-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный аграрный университет" (АГАУ) | Способ химико-термической обработки режущей кромки стального рабочего органа почвообрабатывающего орудия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPWO2011122134A1 (ja) | 高周波焼入れ用鋼、高周波焼入れ用粗形材、その製造方法、及び高周波焼入れ鋼部品 | |
KR101719560B1 (ko) | 표면경화 합금강의 열처리 방법 | |
RU2688009C1 (ru) | Способ поверхностного упрочнения детали из стали | |
RU2688011C1 (ru) | Способ поверхностного упрочнения детали из стали | |
JP2016528381A (ja) | 耐摩耗性の、少なくとも部分的にコーティングされていない鋼部品 | |
RU2428503C2 (ru) | Способ поверхностного легирования деталей из стали 40 | |
JP2019019396A (ja) | 窒化部品および窒化処理方法 | |
CN103774085A (zh) | 一种在低碳合金钢表面制备的高氮奥氏体层及制备方法 | |
RU2463380C1 (ru) | Способ цементации со ступенчатыми изотермическими выдержками в области температур полиморфного превращения | |
JP6191357B2 (ja) | 鋼の熱処理方法 | |
KR101839166B1 (ko) | B 첨가강의 침탄질화 열처리 방법 | |
JP2741222B2 (ja) | 窒化処理した鋼部材の製造方法 | |
JP3745972B2 (ja) | 鋼材料の製造方法 | |
CN109923219A (zh) | 用于对由高合金钢制成的工件进行热处理的方法 | |
JP2549038B2 (ja) | 歪の小さい高強度歯車の浸炭熱処理方法およびその歯車 | |
JPH10259421A (ja) | 機械部品の熱処理方法 | |
JP5582296B2 (ja) | 鉄系材料およびその製造方法 | |
Skakov et al. | Change of structure and wear resistance of P6M5 steel from processing in electrolyte plasma | |
JP7196707B2 (ja) | 窒化用鍛造部材及びその製造方法、並びに表面硬化鍛造部材及びその製造方法 | |
US7622009B2 (en) | Steel material | |
JP5366571B2 (ja) | 鉄系合金の表面改質材料、鉄系合金の表面改質方法および鋳造用金型 | |
JP2008523250A (ja) | 高強度高靭性合金を熱化学処理する方法および工程 | |
JP4531448B2 (ja) | 金型の窒化方法 | |
SU584044A1 (ru) | Способ термической обработки деталей из нержавеющих мартенситностареющих сталей | |
JPH11310824A (ja) | 浸炭焼き入れ鋼部材及びその製造方法 |