SU1509420A1

SU1509420A1 - Method of low-temperature nitriding of steels

Info

Publication number: SU1509420A1
Application number: SU874305457A
Authority: SU
Inventors: Юрий Михайлович Лахтин; Яков Давидович Коган; Ольга Викторовна Чудина
Original assignee: Московский Автомобильно-Дорожный Институт
Priority date: 1987-09-17
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1989-09-23

Abstract

Изобретение относитс к металлургии и может быть использовано в машиностроении дл упрочнени изделий. Цель изобретени - повышение износостойкости изделий за счет повышени микротвердости упрочненного сло , а также за счет равномерного распределени легирующего элемента в слое, нитридобразующие элементы нанос т на поверхность стали в виде обмазки толщиной 100-300 мкм, а затем воздействуют лучом лазера плотностью мощности 1,2х10⁵ Вт/см². 1 ил., 1 табл.The invention relates to metallurgy and can be used in mechanical engineering for strengthening products. The purpose of the invention is to increase the wear resistance of products by increasing the microhardness of the hardened layer, as well as by uniformly distributing the alloying element in the layer. ⁵ W / cm ² . 1 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс к области поверхностного упрочнени металлов и может найти применение в современном машиностроении при изготовлении прецизионных деталей, работающих в услови х знакопеременных нагрузок и изнашивани , а также при обработке поверхностей сложной конфигурации , коробление которых должно быть минимальным.The invention relates to the field of surface hardening of metals and can be used in modern engineering in the manufacture of precision parts operating under alternating load and wear conditions, as well as in the treatment of surfaces of complex configuration, the distortion of which should be minimal.

Целью изобретени вл етс повышение износостойкости деталей за счет повьш1ени микротвердости, а также за счет равномерного распределени микротвердости на глубине упрочненного сло .The aim of the invention is to improve the wear resistance of parts by increasing the microhardness, as well as by uniformly distributing the microhardness at the depth of the hardened layer.

Провод т поверхностное легирование нитродообразующими элементами с помощью луча лааера и обмазки, нано- .СИМОЙ на поверхность в количестве 50-100 мг/см. Азотирование провод тThe surface doping with nitro-forming elements is carried out with the help of a Laer beam and a plaster applied to the surface in an amount of 50-100 mg / cm. Nitriding is carried out

в печи в течение 3-5 ч. Поверхностное легирование из обмазки, наносимой на поверхность в количестве 50 - 100 мг/см ,.позвол ет получить зону с равномерным распределением легирующего элемента, а азотирование в течение 3-5 ч обеспечивает формирование устойчивых против коагул ции нитридов легирующих элементов, при этом происходит равномерное повьшгение . твердости по всей зоне легировани ,in the furnace for 3-5 hours. Surface doping from the coating applied to the surface in the amount of 50 - 100 mg / cm. allows you to get an area with a uniform distribution of the alloying element, and nitriding for 3-5 hours ensures the formation of coagula-resistant of nitrides of alloying elements, in this case there is a uniform insertion. hardness throughout the doping zone,

что и обеспечивает повышение износостойкости .which provides increased wear resistance.

Рекомендуемый интервал количества обмазки 50-100 мг/см обусловлен требовани ми к концентрации легирующих нитридообразующих элементов, расво- ренных в материале матрицы при лазерном легировании. Исследовани показывают , что концентраци легирующего элемента, достигаема при обмазкеThe recommended range of the amount of the coating is 50-100 mg / cm due to the requirements for the concentration of alloying nitride-forming elements dissolved in the matrix material during laser doping. Studies show that the concentration of the alloying element is achieved by coating

(Л(L

с:with:

сдsd

о (about (

4:four:

toto

менее 50 мг/см, дает незначительное повышение микротвердости по сравнени с известной технологией,, В этом случае в зоне легировани не образуютс мелкодисперсные устойчивые против коагул ции нитриды легирующих элементов , благодар которым повьшаетс м микротвердость и износостойкость упрочненных слоев.less than 50 mg / cm, gives a slight increase in microhardness compared with the known technology. In this case, finely dispersed coagulation resistant nitrides of alloying elements are not formed in the doping zone, due to which the microhardness and wear resistance of the hardened layers increases.

Увеличение количества наносимой обмотки (более 100 мг/см) приводит к уменьшению зоны легировани , вследствие поглощени большей части энергии обмазкой, а следовательно, и к снижению эксплуатационных характеристик .An increase in the amount of applied winding (more than 100 mg / cm) leads to a decrease in the doping zone, due to the absorption of most of the energy by the coating, and consequently, to a decrease in performance.

Рекомендуемый интервал времени азотировани ч обусловлен оптимальными услови ми, дл наиболее пол- него формировани зоны внутреннего азотировани в зоне легировани .The recommended time interval for nitriding is due to optimal conditions for the most complete formation of the internal nitriding zone in the doping zone.

Азотирование с меньшей продолжительностью- насыщени .нежелательно, - так как в этом случае происходит не- полное развитие зоны внутреннего азотировани , рентгеноструктурный анализ фиксирует наличие лишь об -фазы .Nitriding with a shorter duration of saturation is desirable, since, in this case, an incomplete development of the internal nitriding zone occurs, X-ray diffraction analysis detects the presence of only about -phase.

Увеличение времени азотировани (свыше предлагаемого значени ) нецелесообразно , так как приводит к укрупнению нитридов легирующего элемента , а на поверхности образуетс хрупка нитридна зона, снижающа характеристики долговечности.An increase in the nitriding time (more than the proposed value) is impractical because it leads to the enlargement of the nitrides of the alloying element, and a fragile nitride zone forms on the surface, reducing the durability characteristics.

Предлагаемьй способ обеспечивает повышение износостойкости мало- и среднеуглеродистых сталей, так как при легировании с помощью луча ла- зера легирующий компонент равномерно распредел етс по глубине упрочненной Зоны с одновременным повьш1ени ем микротвердости, а в процессе азотировани образуютс мелкодисперсные нитриды легирующих элементов, также равномерно распределенные по всей глубине упрочненной зоны и повышающи мнкротвердость в 1, ,5-2 раза по сравнению с технологией диффузионного насыщени стали легирующим элементом с последующим азотированием.The proposed method provides increased wear resistance of low- and medium-carbon steels, since when doping with a laser beam, the alloying component is evenly distributed over the depth of the hardened zone while simultaneously increasing the microhardness. the entire depth of the hardened zone and increase the microhardness of 1, 5-2 times compared with the technology of diffusion saturation of steel with the alloying element with after blowing nitration.

Предлагаемый способ осуществл етс следующим образом.The proposed method is carried out as follows.

На поверхность металлов наноситс обмазка в количестве 50-100.мг/см, содержаща легирующий нитридообразую щий элемент, например ванадий, и св зующее вещество - клей ВФ-2. ЗатемA coating of 50-100 .mg / cm is applied to the surface of the metals, containing a doping nitride-forming element, such as vanadium, and a binder, HF-2 glue. Then

00

5 five

0 0

5 five

О ABOUT

Q Q

5 five

00

;поверхность нагревают лучом лазера 1C длительностью импульса 3 мс и с энергией излучени 16 Дж на установ- ке Квант-16, что достаточно дл i расплавлени , но не приводит к и-спа- рению металла, а следовательно, и к нарушению геометрии-поверхности образца или детали. После этого снимают остатки обмазки и обезжиривают поверхность в ацетоне, загружают в кон- тейнер дл азотировани . Нагрев ведут до в атмосфере аммиака, выдерживают при этой температуре в течение 3-5 ч, затем охлаждают с печью.the surface is heated by a 1C laser beam with a pulse duration of 3 ms and with a radiation energy of 16 J on the Quantum-16 setup, which is sufficient for melting i, but does not lead to metal i-vaporization and, therefore, to a violation of the surface geometry sample or detail. After that, the residual coating is removed and the surface is degreased in acetone, loaded into a container for nitriding. Heating is carried out in an atmosphere of ammonia, kept at this temperature for 3-5 hours, then cooled with a furnace.

Предлагаемый способ опробован на образцах ИЗ армко-желе-за, легирование осуществл ют из обмазки, содержащей ванадий.The proposed method was tested on samples FROM Armco iron for doping, carried out from a plaster containing vanadium.

Пример 1. Обработку армко- железа по известному способу провод т следующим образом.Example 1. Processing Armco iron by a known method is carried out as follows.

Банадирование осуществл ют из по- рошкообразнбй смеси V + . , наносимой в количестве 150 мг/см, в контейнере по плавким затвором лри 1000°С в течение 6 ч. Азотирование ведут в среде аммиака при 600°С в течение 6 ч, затем охлаждают с печью.Banadization is performed from a powder-like V + mixture. applied in an amount of 150 mg / cm in a container with a fusible bolt of 1000 ° C for 6 hours. Nitriding is carried out in ammonia at 600 ° C for 6 hours, then cooled with a stove.

Значени максимальной микротвердости и износостойкости представлены в таблице.The values of maximum microhardness and wear resistance are presented in the table.

На чертеже представлено распределение микротвердости по глубине упрочненного сло .The drawing shows the microhardness distribution over the depth of the hardened layer.

Пример 2. Обработку армко- железа по предлагаемому способу провод т с помощью луча лазера из обмазки , наносимой в количестве 75 мг/см, .содержащей порошок ванади и св зующее вещество - клей БФ2, азотирование провод т в среде аммиака в течение 4,5 ч при 570 С, затем охлаждают с печью.Example 2. Processing of Armco iron according to the proposed method is carried out using a laser beam from a plaster applied in an amount of 75 mg / cm containing vanadium powder and a binder BF2 glue, nitriding is carried out in ammonia for 4.5 h at 570 C, then cooled with a furnace.

. Сравнение результатов, полученных после обработки армко-железа по предлагаемому и известному способам показывает , что твердость упро.чненнЬго сло повьш1аетс в 1,5 раза, износостойкость - в 12 раз, а длительность процесса сокращаетс в 2,7 раза.. Comparison of the results obtained after processing the Armco iron according to the proposed and known methods shows that the hardness of the simplified layer increases by 1.5 times, the wear resistance is 12 times, and the duration of the process is reduced by 2.7 times.

И р ,и м е р 3. Обработку армко- железа провод т по предлагаемой технологии из обмазки, содержащей ванадий и клей ВФ-2, которую нанос т на поверхность образца в количестве . 10 мг/см, азотирование провод т в течение 2 ч. Эти параметры ниже предельных значен1-1й рекомендуемогоBoth p and measure 3. Armco iron is treated using the proposed technology from a plaster containing vanadium and VF-2 adhesive, which is applied to the sample surface in an amount. 10 mg / cm, nitriding is carried out for 2 hours. These parameters are below the limiting values of 1–1 recommended

интервала. Микротвердость и износо- 9тойкость в этом случае наход тс на уровне значений, получаемых по известной технологии.interval. Microhardness and wear resistance in this case are at the level of values obtained by the known technology.

Пример 4. Обработку армко- железа провод т из обмазки, содержащей порошок ванади и клей БФ-2, которую нанос т на поверхность в количестве 50 мг/см, азотирование провод т в течение 3 ч. Эти параметры соответствуют нижнему пределу реко- |мендуемого интервала. Твердость по- (вышаетс более, чем в 1,4 раза, износостойкость в 7,5 раз, а длительность процесса сокращаетс в 4 -раза по сравнен кз с известной технологией .Example 4. Armco iron is processed from a plaster containing vanadium powder and BF-2 glue, which is applied to the surface in an amount of 50 mg / cm, and nitriding is carried out for 3 hours. These parameters correspond to the lower limit of the recommended interval. The hardness increases by more than 1.4 times, the wear resistance is 7.5 times, and the duration of the process is reduced by 4 times compared with the known technology.

Пример 5. Обработку армко- железа провод т из обмазки,.наносимой в количестве 100 мг/см, а азотирование ведут в течение 6 ч. Эти режмы соответствуют верхнему пределу предлагаемых интервалов и позвол ют получить значени твердости в 1,4 раза , износостойкости более, чем в 9 раз превьшающие значени , полученные по известной технологии, при этом длительность процесса сокращаетс в 2,4 раза.Example 5. Processing of Armco iron is carried out from a plaster, applied in an amount of 100 mg / cm, and nitriding is carried out for 6 hours. These regimes correspond to the upper limit of the proposed intervals and make it possible to obtain values of hardness 1.4 times, wear resistance more , than 9 times higher than the values obtained by known technology, while the duration of the process is reduced by 2.4 times.

Пример 6. Обработку металла осуществл ют из обмазки, наносимой на поверхность в количестве 120 мг/см, .а азотирование провод т в течениеExample 6. Metal treatment is carried out from a plaster applied to the surface in an amount of 120 mg / cm, and nitriding is carried out for

7 ч. Эти параметры выше предельных значений рекомендуемого интервала. Уровень износостойкости и твердость как и в примере 3, невысокие по сравнению с уровнем свойств металла, обработанного по рекомендуемым режимам .7 hours. These parameters are above the limit values of the recommended interval. The level of wear resistance and hardness as in Example 3 are low compared with the level of properties of the metal treated according to the recommended modes.

Таким образом, из приведенных примеров в таблице видно, что обработка мало- и среднёуглеродистых сталей по предлагаемому способу повышает износостойкость в 7,5 раз, при этом твердость повышаетс равномерно по всей глубине упрочненного сло более, чем в 1,5 раза. Кроме того, сокращаетс длительность как процесса, насыщени поверхности легирующим элементом , так и процесса азотировани .Thus, from the examples given in the table, it can be seen that the treatment of low and medium carbon steels according to the proposed method increases the wear resistance by 7.5 times, while the hardness increases evenly over the entire depth of the hardened layer by more than 1.5 times. In addition, the duration of the process, the saturation of the surface with the alloying element, and the nitriding process is reduced.

Claims

Invention Formula

The method of low-temperature nitriding of steels, including surface doping with nitride-forming elements and subsequent nitriding, characterized in that, in order to increase wear

the durability of parts due to the increase in microhardness, as well as due to the uniform distribution of the alloying element in the layer, nitride-forming elements are deposited on the steel surface in the form of a plaster with a thickness of 100-300 μm, and then affected by a laser beam with power density of 1-10 .

The duration of a single laser pulse. It takes 1 min to process a sample with a diameter of 10 mm with 100% filling.

NSmPaZ

20000 Example 2

t SPKNZ