RU2779651C1 - Способ упрочнения металлических деталей и покрытие для них - Google Patents
Способ упрочнения металлических деталей и покрытие для них Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779651C1 RU2779651C1 RU2022107495A RU2022107495A RU2779651C1 RU 2779651 C1 RU2779651 C1 RU 2779651C1 RU 2022107495 A RU2022107495 A RU 2022107495A RU 2022107495 A RU2022107495 A RU 2022107495A RU 2779651 C1 RU2779651 C1 RU 2779651C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hours
- temperature
- hardness
- rest
- iron
- Prior art date
Links
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 102220375185 PSMD13 C21D Human genes 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения высокопрочных и износостойких покрытий на кольцах, шариках и роликах подшипников. Деталь из стали, мас. %: вольфрам 8,5-9,5; хром 4,0-4,6; ванадий 1,4-1,7; углерод 0,7-0,8; марганец ≤0,40; кремний ≤0,40; никель ≤0,35; молибден ≤0,3; фосфор ≤0,03; сера ≤0,03; железо – остальное, после цикла термообработки и шлифования сушат при 100-120°С в течение 1-2 ч. После этого азотируют материал детали в среде аммиака при 500-600°С с выдержкой 15-30 ч. Затем подачу аммиака прекращают и материал выдерживают при 500-600°С в течение 60-120 мин. На поверхности, требующие защиту от азотирования, предварительно наносят защитное покрытие. Полученное покрытие включает азотированный слой глубиной 0,1-0,3 мм с твёрдостью 900-1100 HV. Технический результат: повышение прочности, твёрдости, износостойкости, выносливости материала деталей, улучшение технологичности упрочнения деталей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.
Description
Техническое решение относится к области машиностроения, в частности, к термической и химико-термической обработке, и может быть использовано для получения высокопрочных и износостойких покрытий на металлических деталях, например, на кольцах, шариках и роликах подшипников, выполненных из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное.
Известен способ нанесения покрытия на стальную полосу, содержащую, вес.%: С 0,04-1,0, Mn 9,0-30,0, Al 0,05-15,0, Si 0,05-6,0, Cr≤6,5, Cu≤4, Ti+Zr ≤0,7, Nb+V ≤0,5, остальное - железо и неизбежные примеси, включающий отжиг стальной полосы при температуре от 800 до 1000°С в атмосфере, содержащей N2-H2 с образованием в результате реакции с содержащимися в стали элементами в приповерхностной области полосы азотированного слоя, а затем нанесение на него электролитическим путем покрытий из цинка или цинкового сплава. Патент РФ на изобретение № 2544321, МПК: C21D 8/04; C22C 38/58; C23C 8/24; C23C 2/06; опубликован: 20.03.2015.
Известен способ низкотемпературного азотирования легированной стали 38ХМЮА в среде аммиака. Насыщение поверхностного слоя азотом проводят при температуре T=520°C в течение 24 часов (см. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1985, с. 255).
Также известен способ термической обработки и азотирования стали Х12М, включающий закалку от 1000°С, отпуск при 520°С и азотирование стали при температуре 510-520°С в течение 8-12 ч.
Покрытия, полученные известными способами, характеризуются хрупкостью и недолговечностью. Кроме того, существующие методы азотирования не проводились ранее на изделиях из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное.
Задачей заявляемого технического решения является разработка технологичного способа упрочнения рабочих поверхностей металлических деталей, выполненных из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное.
Технический результат заявляемого технического решения проявляется в повышении прочности, твердости, износостойкости, выносливости материала деталей.
Технический результат достигается тем, что для упрочнения металлических деталей, выполненных из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное, после цикла термообработки и шлифования материала детали производят его сушку при температуре 100-120°С в течение 1-2 часов, после чего проводят азотирование материала в среде аммиака при температуре 500-600°С с выдержкой от 15 до 30 часов, а затем подачу аммиака прекращают и материал выдерживают при температуре 500-600°С в течение 60-120 мин.
Технический результат достигается также тем, что покрытие для металлических деталей, выполненных из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное, включает азотированный слой глубиной 0,1-0,3 мм, с твердостью 900-1100 HV.
Термическая обработка металлических деталей, в частности, деталей подшипников, таких как, кольца, шарики, ролики, выполненных из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное включает в себя закалку и отпуск, в следствии чего повышается прочность изделия и, соответственно, твердость в пределах 60-65,0 HRC для данной марки стали. Этот процесс необходим для того, чтобы азотированный слой наносился на прочную поверхность и не продавливался во время работы.
Азотирование материала в среде аммиака при температуре 500-600°С с выдержкой от 15 до 30 часов с дальнейшим прекращением подачи аммиака и выдержкой при температуре 500-600°С в течение 1-2 часов позволяет получить азотированный слой с глубиной 0,1-0,3 мм, с твердостью 900-1100 HV (66-71 HRC), что повышает предел выносливости и износостойкости материала, в следствии чего увеличивается ресурс долговечности деталей в несколько раз. Температура азотирования подобрана таким образом, чтобы детали, выполненные из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное не подвергались процессу переотпуска, который негативно сказывается на твердости деталей из данной марки стали. При температуре больше 600°С происходит переотпуск деталей, который негативно сказывается на твердости их материала. При температуре меньше 500°С увеличивается длительность процесса азотирования для достижения необходимой глубины и требуемой твердости азотированного слоя.
При азотировании менее 15 часов не происходит достаточного насыщения поверхности деталей азотом, толщина азотированного слоя будет недостаточной для достижения заявленного результата. При азотировании более 30 часов происходит перенасыщение поверхности деталей азотом, азотированный слой становится хрупким, что негативно влияет на долговечность деталей. При выдержке менее 1го часа распределение азота неравномерно в азотированном слое, как следствие будет повышена отпускная хрупкость, что негативно влияет на износостойкость и долговечность деталей. При выдержке более 2х часов концентрация азота на поверхности будет снижаться, твердость будет падать, что также снизит износостойкость и долговечность деталей.
Азотированный слой глубиной 0,1-0,3 мм, твердостью 900-1100 HV характеризует изделие оптимальными прочностными характеристиками при высокой технологичности способа. Азотированный слой глубиной менее 0,1 мм и твердостью менее 900 HV является недостаточным для стойкого упрочнения материала. При этом, слой глубиной более 0,3 мм и твердостью более 1100 HV не целесообразен для использования и трудоемок для упрочнения стали с указанным составом.
Предпочтительно, на поверхности, требующей защиту от азотирования, предварительно наносят защитное покрытие, например, в виде жидкого стекла, для исключения повреждения уязвимых участков материала, при этом, не усложняя технологию его упрочнения.
Заявляемый способ обработки металлических деталей, таких как, кольца, шарики или ролики подшипников, может быть произведен, в частности, с использованием вакуумной закалочной термической печи для азотирования или другом термическом оборудовании, обеспечивающем поддержание заявляемых технологических параметров.
Осуществление заявленного способа далее представлено на примере упрочнения кольца подшипника из марки стали с мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо - остальное.
Кольцо подшипника прошло ступенчатый нагрев в вакууме в замкнутой камере вакуумной однокамерной закалочной термической печи, при первоначальной температуре нагрева до 645°С и выдержкой при данной температуре 7 минут, затем температура была повышена до 900°С с выдержкой при данной температуре 7 минут, после этого температура была повышена до 1080°С с выдержкой при данной температуре 4 минуты, после чего температура была повышена до 1200°С с выдержкой при данной температуре 2 минуты с охлаждением газообразным азотом при давлении 9-12 бар и последующим трехкратным отпуском при температуре 565-580°С в течение 2 часов.
Далее кольцо подшипника прошло два цикла шлифования, обезжиривание поверхности и нанесение жидкого стекла на поверхность, требующую защиту от насыщения азотом, после было просушено при температуре 105°С в течении 1,5 часов.
Далее провели азотирование кольца в печи для азотирования, согласно заявленному способу, в среде аммиака при 530°С в течение 24 часов. Затем прекратили подачу аммиака, при этом, кольцо подшипника было выдержано при температуре 530°С еще 2 часа.
В результате, на дорожке качения кольца подшипника был получен азотированный слой глубиной от 0,21 до 0,23 мм с твердостью 1030 HV, характеризующий кольцо высокими показателями прочности, износостойкости, выносливости и т. д.
Представленный пример реализации способа не исчерпывает возможные варианты исполнения и не ограничивает каким-либо образом объем заявленных технических решений. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы.
Claims (3)
1. Способ упрочнения металлических деталей, выполненных из марки стали, мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо – остальное, при котором после цикла термообработки и шлифования материала детали производят его сушку при температуре 100-120°С в течение 1-2 ч, после чего проводят азотирование материала в среде аммиака при температуре 500-600°С с выдержкой от 15 до 30 ч, а затем подачу аммиака прекращают и материал выдерживают при температуре 500-600°С в течение 60-120 мин.
2. Способ упрочнения металлических деталей, выполненных из марки стали, мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо – остальное, по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности, требующие защиту от азотирования, предварительно наносят защитное покрытие.
3. Покрытие для металлических деталей, выполненных из марки стали, мас. %: вольфрам 8,5-9,5, хром 4,0-4,6, ванадий 1,4-1,7, углерод 0,7-0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо – остальное, включающее азотированный слой глубиной 0,1-0,3 мм с твердостью 900-1100 HV.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779651C1 true RU2779651C1 (ru) | 2022-09-12 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1502656A1 (ru) * | 1986-10-28 | 1989-08-23 | Предприятие П/Я Р-6205 | Способ газового азотировани стальных изделий |
| SU1765251A1 (ru) * | 1991-01-30 | 1992-09-30 | Московский Автомобильно-Дорожный Институт | Способ химико-термической обработки стальных изделий |
| SU1417494A1 (ru) * | 1985-12-27 | 1996-12-10 | Е.В. Скиданов | Способ химико-термической обработки изделий из электротехнических сталей |
| RU2148677C1 (ru) * | 1998-06-26 | 2000-05-10 | Московский государственный автомобильно-дорожный институт (Технический университет) | Способ низкотемпературного азотирования стальных деталей |
| RU2544321C2 (ru) * | 2009-11-05 | 2015-03-20 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Способ нанесения покрытия на стальные полосы и стальная полоса с покрытием (варианты) |
| FR3023850A1 (fr) * | 2014-07-15 | 2016-01-22 | Dassault Aviat | Procede de nitruration d'une piece en acier inoxydable |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1417494A1 (ru) * | 1985-12-27 | 1996-12-10 | Е.В. Скиданов | Способ химико-термической обработки изделий из электротехнических сталей |
| SU1502656A1 (ru) * | 1986-10-28 | 1989-08-23 | Предприятие П/Я Р-6205 | Способ газового азотировани стальных изделий |
| SU1765251A1 (ru) * | 1991-01-30 | 1992-09-30 | Московский Автомобильно-Дорожный Институт | Способ химико-термической обработки стальных изделий |
| RU2148677C1 (ru) * | 1998-06-26 | 2000-05-10 | Московский государственный автомобильно-дорожный институт (Технический университет) | Способ низкотемпературного азотирования стальных деталей |
| RU2544321C2 (ru) * | 2009-11-05 | 2015-03-20 | Зальцгиттер Флахшталь Гмбх | Способ нанесения покрытия на стальные полосы и стальная полоса с покрытием (варианты) |
| FR3023850A1 (fr) * | 2014-07-15 | 2016-01-22 | Dassault Aviat | Procede de nitruration d'une piece en acier inoxydable |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЛАХТИН Ю.М., АРЗАМАСОВ Б.Н., Химико-термическая обработка металлов, Москва, Металлургия, 1985, с. 255. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2966189B1 (en) | Semi-finished material for induction hardened component and method for producing same | |
| CN104981556B (zh) | 软氮化高频淬火钢部件 | |
| CN102859023B (zh) | 高频淬火用钢、高频淬火用粗型材、其制造方法及高频淬火钢部件 | |
| CN105002507A (zh) | 一种17CrNiMo6材料齿轮加工工艺方法 | |
| CN111057933B (zh) | 一种高性能压铸模用热作模具钢的制造工艺 | |
| US8808470B2 (en) | High-carbon chromium bearing steel and production method of the same | |
| CN107245691A (zh) | 金属材料复合热处理表面强化方法 | |
| CN108103275B (zh) | 一种耐磨衬板合金钢的加工方法 | |
| US9758849B2 (en) | Bearing steel composition | |
| JP2006348321A (ja) | 窒化処理用鋼 | |
| RU2779651C1 (ru) | Способ упрочнения металлических деталей и покрытие для них | |
| CN110592331B (zh) | 一种铸造钢铁耐磨件的热处理生产方法 | |
| CN107904506B (zh) | 一种耐磨衬板合金钢 | |
| JPH11269631A (ja) | 鋼製部品の表面処理方法 | |
| RU2439171C2 (ru) | Способ обработки чугунных изделий | |
| JP2004244705A (ja) | 浸炭性に優れたＮｂ含有肌焼鋼 | |
| RU2758506C1 (ru) | Способ повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий из аустенитных сталей | |
| JP7178832B2 (ja) | 表面硬化材料の製造方法 | |
| RU2005809C1 (ru) | Способ обработки деталей из легированных сталей | |
| EP2814994B1 (en) | A bearing steel composition | |
| JP2020033638A (ja) | 部品およびその製造方法 | |
| PL243280B1 (pl) | Sposób wykonywania łożyska o podwyższonej twardości minimalnej 850 HV1 ze stali 38HMJ | |
| JP2020033637A (ja) | 部品およびその製造方法 | |
| JP2020033636A (ja) | 部品およびその製造方法 | |
| JPS6063314A (ja) | 鋼の表面硬化熱処理方法 |