SU1663043A1

SU1663043A1 - Method of heat cycle carburizing of steel parts

Info

Publication number: SU1663043A1
Application number: SU894676972A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Александрович Татаринцев; Алексей Николаевич Харитонов; Василий Васильевич Симочкин; Александр Иванович Бондарев
Original assignee: Брянский Институт Транспортного Машиностроения
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1991-07-15

Abstract

Изобретение относитс к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении при упрочн ющей поверхностной обработке стальных изделий. Способ включает диффузионное насыщение поверхности изделий углеродом с приложением напр жений при термоциклировании в интервале предельных температур выше AC₃ и ниже AC₁ критических точек фазовых превращений. При этом охлаждение в каждом термоцикле провод т при воздействии переменного магнитного пол с одновременным приложением дополнительных переменных напр жений от нул до предела текучести стали, соответствующего температуре AC₃. Способ также включает закалку от температуры нагрева последнего термоцикла и низкий отпуск. Изобретение позвол ет интенсифицировать процесс цементации в 1,25 - 1,31 раза и повысить поверхностную твердость на 2 - 4 HRC. 1 ил., 1 табл.The invention relates to metallurgy, in particular to chemical and heat treatment, and can be used in mechanical engineering for the hardening surface treatment of steel products. The method includes the diffusion saturation of the surface of products with carbon with the application of stresses during thermal cycling in the range of limiting temperatures above AC ₃ and below AC ₁ critical points of phase transformations. In this case, cooling in each thermal cycle is carried out under the influence of an alternating magnetic field with simultaneous application of additional alternating voltages from zero to the yield strength of steel corresponding to the temperature AC ₃ . The method also includes quenching from the heating temperature of the last thermal cycle and low tempering. The invention allows to intensify the cementation process 1.25 - 1.31 times and to increase the surface hardness by 2-4 HRC. 1 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс к металлургии, в частности к химико-термической обработке , а именно к процессам цементации, и может быть использовано в машиностроении в качестве упрочн ющей поверхностной обработки стальных изделий.The invention relates to metallurgy, in particular to chemical heat treatment, in particular to cementation processes, and can be used in mechanical engineering as a strengthening surface treatment of steel products.

Цель изобретени - интенсификаци процесса и повышение поверхностной твердости стальных изделий.The purpose of the invention is to intensify the process and increase the surface hardness of steel products.

Способ включает диффузионное насыщение поверхности изделий углеродом с приложением напр жений при термоцикли- ровании в интервале предельных температур выше Асз и ниже Aci критических точек фазовых превращений, причем при охлаждении в каждом термоцикле изделие подвергают воздействию переменного магнитного пол с одновременным приложением дополнительных переменных напр жений от нул до предела текучестиThe method includes diffusion saturation of the surface of products with carbon with the application of stresses during thermal cycling in the range of extreme temperatures above Acz and below Aci critical points of phase transformations, and during cooling in each thermal cycle the product is exposed to an alternating magnetic field with simultaneous application of additional alternating voltages from zero to yield strength

стали, соответствующего температуре Асз, закалку и отпуск.steel, corresponding to temperature asz, hardening and tempering.

В результате увеличиваетс скорость диффузии за счет создани искажений в кристаллической решетке стали, создани элементов чеистой структуры металла, измельчени зерен, активизации перемещени и формировани границ доменов при переходе из парамагнитного в ферромагнитное состо ние (при охлаждении ниже точки Кюри), повышающей скорость диффузии диффундирующего элемента с поверхностных слоев в глубину издели , что приводит к интенсификации процесса цементации и соответственно сокращает его продолжительность, Предел текучести материала при температуре Асз вл етс средним значением амплитуды переменных напр жений. При напр жени х на 15% ниже , чем предел текучести, начинает резкоAs a result, the diffusion rate increases by creating distortions in the crystal lattice of steel, creating elements of the cellular structure of the metal, grinding grains, activating displacement and forming domain boundaries during the transition from a paramagnetic to a ferromagnetic state (cooling below the Curie point), which increases the diffusion rate of the diffusing element from the surface layers to the depth of the product, which leads to an intensification of the cementation process and, accordingly, shortens its duration, Yield point mat rial at a temperature of ASP is the average amplitude value of variable voltages. At voltages of 15% lower than the yield strength, it starts abruptly

о оoh oh

OJOj

оabout

ЈvЈv

САCa

уменьшатьс глубина науглероженного сло .decrease the depth of the carburized layer.

Увеличение же амплитудного напр жени на 15% и более выше предела текучести приводит к образованию на поверхности микротрещин.An increase in amplitude stress by 15% or more above the yield strength leads to the formation of microcracks on the surface.

Способ может быть осуществлен с использованием следующих технических средств.The method can be carried out using the following technical means.

Дл нагрева стальных изделий можно использовать любую нагревательную систему , обеспечивающую скорость роста темпе- ратуры не менее 10 С/с, например промышленную индукционную высокочастотную установку, электропечь. Дл повышени скорости охлаждени издели удобно использовать систему принудительного охлаждени , например, инертным газом .To heat steel products, you can use any heating system that provides a temperature growth rate of at least 10 C / s, for example, an industrial high-frequency induction installation, an electric furnace. To increase the cooling rate of the product, it is convenient to use a forced cooling system, for example, with an inert gas.

Система дл создани напр жений на поверхности издели за счет давлени со стороны среды дл цементации зависит от типа среды. Так при осуществлении газовой цементации газ подают в герметический объем, в котором помещено обрабатываемое стальное изделие, до создани необходимого давлени . При использовании дл цементации твердость карбюризатора давление , создаваемое внешним устройством, передаетс через карбюратор к обрабатываемому изделию. Величина прикладываемых напр жений зависит от формы издели , материала и температурного цикла. Напр жени прикладывают к изделию передтер- моциклированием и снимают после его окончани .The system for creating stresses on the surface of the product due to pressure from the cementation medium depends on the type of medium. Thus, when gas cementation is carried out, gas is supplied to the hermetic volume in which the steel product being processed is placed, until the required pressure is created. When used for carburizing, the hardness of the carburizer pressure generated by an external device is transmitted through the carburetor to the workpiece. The magnitude of the applied stresses depends on the shape of the product, the material and the temperature cycle. Stresses are applied to the product before thermocycling and removed after its termination.

Дополнительные переменные напр жени при охлаждении изделий в каждом термоцикле осуществл ют с помощью гидравлических или механических домкратов , прессов. Нижн граница напр жений (деформаций) выбираетс из особенностей нагружающей системы, а верхн граница определ етс условием наступлени текучести . Превышение напр жени ми величины предела текучести при температуре Асз приводит к изменению формы поверхности обрабатываемого издели , в частности к по влению бочкообразности поверхностей цилиндра. Число циклов деформаций зависит от времени охлаждени и скорости приложени нагрузки.Additional voltage during cooling products in each thermal cycle is carried out using hydraulic or mechanical jacks, presses. The lower boundary of the stresses (strains) is selected from the features of the loading system, and the upper limit is determined by the condition of the onset of yield. An excess of the stress of the yield strength at the temperature of the Asz temperature leads to a change in the shape of the surface of the workpiece, in particular the appearance of barrel-shaped surfaces of the cylinder. The number of deformation cycles depends on the cooling time and the rate at which the load is applied.

Переменное магнитное поле создают электромагнитами переменного тока с П- или Ш-образным рмом, в которых корем вл етс обрабатываемое изделие.An alternating magnetic field is created by alternating current electromagnets with a P- or W-shaped clamp, in which the workpiece is the bark.

Пример. Обработке подвергали трубчатые цилиндрические образцы, изготовленные из стали 20 (ГОСТ 1050-74) с размерами : диаметр 14 мм, диаметр продольного отверсти 8 мм, длина 50 мм. Дл этой стали точка Aci 730°C, а точка Асз 820°С. Термоциклирование проводили в интервале предельных температур: верхн Example. Tubular cylindrical samples made of steel 20 (GOST 1050-74) with dimensions: diameter 14 mm, diameter of a longitudinal aperture 8 mm, length 50 mm were subjected to processing. For this steel, the Aci point is 730 ° C, and the Asz point is 820 ° C. Thermal cycling was performed in the range of limiting temperatures: upper

890°С, нижн 650°С. Температуру оценивали в соответствии с тарировкой по времени , полученной на модельных образцах с помощью термопар типа ТХА. Точность измерени температуры составл ла ±20°С.890 ° С, lower 650 ° С. The temperature was estimated in accordance with the time calibration obtained on model samples using thermocouples of the type TXA. The temperature measurement accuracy was ± 20 ° C.

0 Отверстие образцов трубчатой формы заполн ли тонкоизмельченным карбюризатором , представл ющим собой смесь древесного угл , 20-25% карбоната бари (ВаСОз) и 3,5-5% карбоната кальци (Са0 The tubular sample opening was filled with finely divided carburizer consisting of a mixture of charcoal, 20–25% barium carbonate (VaCO3) and 3.5–5% calcium carbonate (Ca

5 Соз), что обеспечивает быстрый нагрев и охлаждение металла образца. Отверсти в образце закрывали с обеих сторон резьбовыми пробками, зат жкой которых осуществл ли давление на карбюризатор до5 Cos), which provides rapid heating and cooling of the metal sample. The holes in the specimen were closed on both sides with threaded plugs, which were tightened to apply pressure on the carburizer to

0 по влени напр жений на обрабатываемой поверхности образца 10-12 МПа при силе контролируемой зат жки 7,5-9 кН. Подготовленный образец нагревали в электропечи Н-45, перегретой до 930±20°С0 occurrence of stresses on the sample surface to be treated 10–12 MPa with a controlled tightening force of 7.5–9 kN. The prepared sample was heated in an H-45 electric furnace, superheated to 930 ± 20 ° С

5 дл обеспечени скорости нагрева не менее 10°С/с, а затем принудительно охлаждали инертным газом до нижней предельной температуры 650°С со скоростью не менее 10°С/с.5 to ensure a heating rate of at least 10 ° C / s and then forcibly cooled with an inert gas to a lower limit temperature of 650 ° C at a rate of at least 10 ° C / s.

0Выполн ли 6 термоциклов.0 6 thermal cycles were performed.

На стадии охлаждени в каждом термоцикле прессом, протарированным на динамометреДОСМ-5 ,создавали дополнительное сжатие вдоль оси образца,At the cooling stage, in each thermal cycle, an additional compression along the specimen axis was created by pressing with a pressure sensor on the DOSM-5 dynamometer;

5 которое измен ли циклически от нул до 20 кН.Одновременно на образец воздействовали переменным магнитным полем, создаваемым электромагнитами переменного тока с катушками типа МТ-8201К и Ш-образ0 ным рмом. Напр женность магнитного пол поддерживали в диапазоне 5000-6000 А/м, напр жение 220 В, частота 50 Гц, полна мощность 90 Вт, число витков обмотки 800.5 which were changed cyclically from zero to 20 kN. At the same time, the sample was subjected to an alternating magnetic field created by alternating current electromagnets with MT-8201K type coils and a W-shaped strap. The intensity of the magnetic field was maintained in the range of 5000-6000 A / m, the voltage was 220 V, the frequency was 50 Hz, the total power was 90 W, the number of turns of the winding was 800.

5 В последнем термоцикле закалку в воде осуществл ли от 890°С.5 In the last thermocycle, quenching in water was carried out from 890 ° C.

Затем образец освобождали от карбюризатора и выполн ли отпуск при 180- 200°С в течение 1,5-3 ч.Then the sample was freed from the carburizer and tempering was performed at 180-200 ° C for 1.5-3 hours.

0 На чертеже показана схема процесса цементации образца из стали 20.0 The drawing shows a diagram of the process of cementation of a sample of steel 20.

Аналогичные образцы из стали 20 обрабатывали по другим режимам предлагаемого способа и по известному способу.Similar samples of steel 20 were processed according to other modes of the proposed method and by a known method.

5 Результаты приведены в таблице.5 The results are shown in the table.

Таким образом, предлагаемый способ цементации стальных изделий обеспечивает за одинаковое врем глубину науглероживани поверхности в 1,25-1,31 раза больше по сравнению с известным, что свидетельствует об интенсификации процесса цементации. На 2-4 единицы HRC повышаетс твердость науглероженной поверхности , что св зано с измельчением зерна структуры металла на 1-2 балла выше и более благопри тным размещением в структуре диффундирующего элемента.Thus, the proposed method of cementation of steel products provides for the same time the depth of carburizing the surface is 1.25-1.31 times more than the known, which indicates the intensification of the process of cementation. The hardness of the carburized surface increases by 2-4 HRC units, which is associated with grinding the grain of the metal structure 1-2 points higher and more favorable placement in the structure of the diffusing element.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и Способ термоциклической цементации стальных изделий, включающий нагрев в насыщающей среде до температуры вышеFo rmu l and z o b r e n a Method of thermocyclic cementation of steel products, including heating in a saturating medium to a temperature above

00

Асз с приложением напр жений, охлаждение до температуры ниже Act. закалку от температуры нагрева последнего термоцикла и низкий отпуск, отличающийс тем, что, с целью интенсификации процесса и повышени поверхностной твердости, охлаждение в каждом термоцикле провод т при воздействии переменного магнитного пол с одновременным приложением дополнительных переменных напр жений от нул до предела текучести стали, соответствующего температуре Асз.Asz with voltage applied, cooled to a temperature below Act. quenching from the heating temperature of the last thermal cycle and low tempering, characterized in that, in order to intensify the process and increase the surface hardness, cooling in each thermal cycle is carried out when exposed to an alternating magnetic field while simultaneously applying additional variable stresses from zero to the yield strength of steel corresponding to Asz temperature.

Сталь 20, труб- 1онкоиэмиль- чатын цллиндрн- ченнып лре- чесмш образец Веснин уюль заполнен внутри с 20-25% карбюризатором и ВаСО и 3,5- з.1Т)шут-с диух 5% C.iCOjSteel 20, pipes - single coil cylinder of a sample sample Vesnyn uyul is filled inside with 20-25% carburetor and Vaco and 3.5-3.1 T) jester-diu 5% C.iCOj

Jliujieiiiit: среды ;0 има; нагрен до 890°С, охлаждение до 650°С, скоростьJliujieiiiit: Wednesdays; 0 ima; heated to 890 ° C, cooling to 650 ° C, speed

охлаждении око ни Ш°С/с, колпчестио термоцмклоц 6; при охлаждении:the cooling of the eye is not W ° C / s, the colpsestio thermo cylinder 6; when cooled:

деформаци сжатием от 0 до 1, 5 циклон и воздеиотине переменногоdeformation by compression from 0 to 1, 5 cyclone and alternating variable

магнитного пол напр женностью 5000 А/м с частою 50 Гц; с последнеюa 5,000 A / m magnetic field with a frequency of 50 Hz; with the last

цикла закалка и отпуск при 180-200°С.Cycle hardening and tempering at 180-200 ° C.

То же, но: нагрей до 8600С, охлаждение до 650°СThe same, but: heat up to 8600С, cooling up to 650 ° С

То же, но: нагрей до 890°С, охлаждение до 630°С.The same, but: heat up to 890 ° С, cooling up to 630 ° С.

7777

890890

1 бефориоииз |1 beforioiiz |

.ПвоВлсниЗ беформоииз Ч/vWAYM, .VoVlsniZ beformoiiz Ch / vWAYM,

//

нагнитное поле10pumping field10

1 ,631, 63

59-Ь259-b2

1one

ОЛ7ОДСЈOL7ODSЈ

ГАHA

Claims

, Claim

Method for thermocyclic cementation of steel products, including heating in a saturating medium to a temperature above

ACS with application of voltages, cooling to a temperature lower than Ask, quenching from the heating temperature of the last thermal cycle and low tempering, characterized in that, in order to intensify the process and increase surface hardness, cooling in each thermal cycle is carried out under the influence of an alternating magnetic field with the addition of additional variables stresses from zero to the yield strength of steel, corresponding to the temperature As.

The method of chemical heat treatment Steel grade and sample Saturation medium (carburetor) The duration of the process of non-emulation, min Depth of diffusion layer, mm Hardness ponerh11OSTI, ₉ NCL Offered: 1" Steel 20, tubular cylindrical specimen filled internally! carburetor tightened-on both sides of the plugs) wrapped in a hole Finely chopped wood. Coal with 20-25% and BaCO ^ and 3,5- 5% CaCOj 10 1 63 59-62 2 * Also Also 10 1 58 59-62 ₃ <"A 10 1 55 59-61 Prototype _P_ 10 1 24 57-60

* Medium pressure 70 MPa; heat to 890 ° C, _ cooling to 650 ° C, cooling rate of about 1 ° C / s, the number of thermal cycles 6; upon cooling: deformation by compression from 0 to 1.2’10 '^ 5 cycles and exposure to an alternating magnetic field of 5000 A / m with a frequency of 50 Hz; from the last cycle, quenching and tempering at 18O-2OO ° С ”* ··· * The same, but: heating to 860 ° С, cooling to 650 ° С * g <¥ The same, but: -heating to 890 ° С, cooling to 630 ° C.