SU771173A1 - Способ обработки штамповых сталей - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области обработки инструментальных сталей, примен емых при изготовлении штампов дл  гор чей объемной штамповки, прессовани  и рубки, литейных форм дл  лить  под давлением и другого формообразующего инструмента, работающего с разогревом рабочих поверхностей до ЗОО-бОО С, соприкасающихс  с металлом , разогретым до 850-1180 С. Изобретение, в частности, касаетс  процессов обработки, предусматривающих проведение высокотемпературной нитроцементации с последующей закалкой, направленных на получение максимальной износо- и теплостойкости сло  на рабочих поверхност х инструмента при одновременной прочности и в зкости сердцевины.

Известен способ обработки конструкционных сталей, включающий цементацию с последующей нитроцементацией при 930-950С и закалкой от температуры подстуживани  850-870с в масло l .

Насыщение при 930-950 с ведет к значительному перегреву сердцевины и как следствие к снижению динамической прочности и в зкости сердцевины из-за роста зерна, образовани 

крупноигольчатого мартенсита в сердцевине и грубой карбидной сетки в слое.

Известен способ обработки стали, 5 в котором после азотировани  и нитроцементации при 650-690 С провод т нагрев под закалку при 720-900с в углеродсодержащей среде 2, Способ не позвол ет получить

10 высокую теплостойкость и твердость сло  дл  штамповых сталей, так как в процессе среднетемпературной нитроцементации (650-690°С) не удаетс  получить слой значительной глубины

15 и содержани  углерода.

Наиболее близким к изобретению по сущности и эффективности  вл етс  способ обработки штамповых сталей , предусматривающий нитроцемента20 цию в процессе подогрева и нагрева под закалку с вьщержк ой при температуре Ас,,+ (20 - 30fc, закалку в масло с последующим отпуском при 520-560°С 3.

25 При обработке этим способом также не удаетс  получить требуемой твердости и теплостойкости сло , плавного снижени  количества углерода по глубине сло  к сердцевине. При охлаждении в масло в сердцевине и

собенно в переходном слое вследствие овышенной скорости охлаждени  и радиента температур возникают вьасоие напр жени , ведущие к трещинобразованию и скалыванию рабочих кроок на штампах сложной конфигурации. Целью изобретени   вл етс  повыение эксплуатационной стойкости зделий из штамповых сталей.

Цель достигаетс  тем, что в спообе , включающем-нитроцементацию в процессе подогрева и нагрева при cj-f- (20-30fc в атмосфере с углеродным потенциалом 0,8-1,4%, закалку и отпуск, нитроцементацию провод т вухступенчато с повышением на второй ступени температурь: до АС} + + (50-80fc и углеродного потенциала до 1,5-1,8% в течение 1/3 - 1/4 времени общей выдержки, а закалку осуществл ют в среде с температурой на 250-350с выше температуры начала мартенситного превращени . При этом отпуск провод т при температуре на 30-5о С ниже температуры перлитного превращени .

Нитроцементаци  на заключительном этапе при температуре (50-80)°С и высоком углеродном потенциале с одной стороны ускор ет процесс насьпчени  углеродом, увеличивает глубину сло ,, понижает температуру начала мартенситного превращени  в слое, а с другой стороны предотвращает рост зерна аустенита в сердцевине вследствие короткой выдержки. В процессе длительной изотермической выдержки в слое образуетс  мартенситна  структура, содержаща  до 5-10% аустенита и мельчайшие карбиды и карбонитриды , одновременно в сердцевине - дисперсный тросто-мартенсит, а в верхнем интервале температур закалки и сорбит. Кроме уменьшени  структурной и тепловой деформации така  закалка приводит к формированию сжимающих напр жений в поверхностном слое, а высокое содержание углерода и легирующих элементов в мартенсите обеспечивает повышенные износо- и раЗ гаростойкость. Изотермическа  закалка , уменьша  температурные и структурные напр жени , позвол ет исключить образование трещин. В св зи с протеканием превращени  не чисто по мартенситному типу, а с образованием промежуточных структур в направлении от сердцевины к поверхности измен етс  структура переходного сло  от сердцевины к слою. Этому способствует резкое снижение температуры начала мартенситного превращени  сло  Мн при кратковременном повышении температуры до Ас-,, + (50-80fc с одновременным повышением в слое содержани  углерода до 1,5-1,8%.

Способ был опробован и нашел применение в производстве при обработке инструмента дл  гор чей штамповки и

формообразую11его инструмента дл  машин лить  под давлением из сталей 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХВ2С, 10ХСМФА и др., режимы и результаты обработки которых приведены в таблице. Нитроцементацию в процессе нагрева дл  закалки по режимам предложенного и известного способов проводили в шахтных цементационных печах Ц-25, Ц-бО в продуктах пиролиза триэтаноламина с активизирующими добавками

с контролем углеродного потенциала на образцах-свидетел х из Фольги из ст. 20Х. Расход карбюризатора измен ли от 65 до 100 кап./мин, тем самым обеспечива  изменение углеродного потенциала атмосферы в пределах от 0,8 до 1,85%. Охлаждение при закалке по известному способу проводили в масле, по предложенному способу - в ваннах С-50 и В-20 в расплаве щелочей 50% NaOH + 50% КОН и

расплаве солей и щелочей NaOH, NaCI, CaCEa при температурах среды от 430 до 560°С в зависимости от марки обрабатываемой стали. Отпуск проводили в печах типа ПН-32 и ПН-34 с

циркул цией воздуха и регулированием температуры в пределах ±5°С.

При обработке каждого из видов инструмента.по всем испытанным режимам одновременно обрабатывали

образцы дл  послойного химического анализа, измерени  микротвердости, определени  теплостойкости и ударной в зкости. Измерение твердости сло  и сердцевины на штамповом инструменте

проводили на приборе Виккерса при нагрузке 15 кг. Испытание механических свойств проводили при раст жении , на стандартных образцах ( мм, при изгибе - на цилиндрических образцах 07,5 мм и длиной 70 мм. Теплостойкость сло  определ ли, измер   твердость по Виккерсу с переводом на HRC после четырехчасового отпуска при 620°С в печах с вентил торами . Ударную в зкость определ ли

на стандартных образцах 1010 55 им,. разрушение проводили на ма тниковом копре с максимальной энергией 5 кгсм.

Пример. Обрабатывали матрицы-вставки из 5ХНМ дл  гор чей высадки на горизонтально-ковочной машине мод. В 1139 с усилием 800 т конца карданного вала автомобил  из ст. 4ОХ. Нитроцементацию вели в процессе подогрева при 580с, 1,5 ч, с расходом карбюризатора 60 кап/мин, и нагрева дл  закалки в течение .4,5ч: первые 3,5ч при 850°С с расходом карбюризатора 70 кап/мин (углеродный потенциал 1,2%), затем при

1,5 чс расходом карбюризатора 80 кап/мин (углеродный потенциал атмосферы 1,60%). Закаливали непосредственно после нитроцементации в расплаве щелочей при с выдержкой 150 мин и последующим охлаждением на воздухе. Характеристики сло  приведены в таблице. Твердость сердцевины HRC 41,5. Количество обработанных деталей до износа матриц 11040-11830 шт. против 6300-6900 шт. с использованием матриц, обработанных по известному способу с нитроцементацией при 850°С в течение 4,5ч с углеродным потенциалом атмосферы 1,2%, закалкой в масло и отпуском при 520С.

П р и м е р 2. Обрабатывали высадочные пуансоны из 40ХСМФ дл  гор чей высадки болтов на молоте свободной ковки М-412 с усилием 400 кг. Нитроцементировали пуансоны в процессе подогрева при , 1 ч, расход карбюризатора 60 кап./мин, и нагрева до 875с. Обща  длительность выдержки

5ч: первые 3,5ч температура нагрева 875°С, расход карбюризатора .

75 кап./мин (углеродный потенциал 1,1%), в последние 1,5 часа нагрев при 900°С с расходом карбюризатора 95 кап./мин (углеродный потенциал атмосферы 1,65%). Закаливали с температуры нитроцементации в соли при 480°С с изотермической вьщержкой в течение 150 мин. Твердость сердцевины HRC44,0. Характеристика сло  приведена в таблице. Количество изготовленных болтов из 40ХНМА до износа пуансонов 4180-4200 шт. против 20002100 шт. с использованием пуансонов, обработанных по известному способу с нитроцементацией при 875°С в течение 5 ч при углеродном потенциале атмосферы 1,1%, закалкой в масло и отпуском при 560°С.

П р и м е р 3. Обрабатывали плунжеры из 4ХСМФЦР литейной машины мод. 71109 дл  лить  деталей -из сплава АЛ-2. Нитроцементкровали в процессе подогрева при 620°С, 1 ч, расход карбюризатора 60 кап./мин, и нагрева л  закалки при 870°С в течение 3 ч при углеродном потенциале атмосферы 1,1%, затем при 900°С, 1 ч с углеродным потенциалом атмосферы 1,6%. Закаливали непосредственно с температуры нитроцементации с охлаждением в расплаве щелочей при 460°Сг 180 мин, затем - на воздухеi Тверцсть сердцевины HRC 42,5. Свойства сло  приведены в таблице. Износостойкость плунЯсеров 3750-3820 деталей ротив 1900-2040 у плунжеров, обработанных по известному способу с нитроцементацией при 870С в течение 4 ч

с углеродным потенциалом атмосферы 1,1%, закалкой в масло и отпуском при .

П р и м е р 4. Обрабатывали штамповые вставки из 5ХНМ дл  пресса с усилием 2500 т. Нитроцементировали в процессе подогрева при 560°С, 1,5 ч, нагрева и выдержки при 850с в течение 3 ч при углеродном потенциале 1,4%, затем при 880°С, 1,5 ч при потенциале 1,7%. Закаливали непосредственно с температуры нитроцементации в -расплаве щелочи при 430°С, с последующим отпуском при 450 С, 3 ч. Твердость сердцевины HRC 40-42. Свойства сло  приведены в таблице. Износостойкость вставок при штамповке фланцев из ст. 35 10430 шт. против 4400 шт. у вставок, обработанных известным способом, и в 4,3 раза выше, чем при обычной закалке этой сталиот тех же температур без нитроцементации.

П р и м е р 5. Обрабатывали образные матрицы и пуансоны из 5ХНВ дл  обрезки обло  на детал х после гор чей штамповки при 1000 1150°С на прессе 630 т. Нитроцементировали в процессе подогрева при 560°С, 1 ч, расход карбюризатора 50 кап./мин, нагрева и выдержки при 860°С, 2 ч с потенциалом атмосферы 1,2% (расход 70 кап./мин), затем при 880°С с потенциалом атмосферы 1,85% в течение 1 ч-. Охлаждали в щелочи при , 120 мин, затем - на воздухе. Отпуск проводили при 470°С в течение 2 ч. Твердость сердцевины HRC 43,0. Свойства сло  приведены в таблице. Износостойкость штампа 3700-3800 деталей из ст.38ХС против 1950-2020 шт. при обработке по известному способу и 1170 шт. при обычной закалке и отпуске без нитроцементации .

Как показали испытани  и промышленное использование указанного и

другого обрезного, высадочного и Формообразующего инструмента из ст.5ХНМ, 5-ХНВ, 40ХСМФА, 4ХСМФАЦР, 25ХНСМФ и др., обработанного по предложенному способу, износостойкость его возрастает в 1,8-2,3 раза по сравнению с известным способом обработки за счет повьтшени  теплостойкости рабочей поверхности на 20-50°С, твердости сло  по HRC 5-8 ед. и разгаростойкости на 40-60%. Способ не требует специального оборудовани .

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Способ обработки штамповых сталей, включающий нитроцементацию в процессе подогрева, нагрева до температуры Ас₃ + (20-30)°С и выдержки в атмосфере с углеродным потенциалом 0,8-1,4%, закалку и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости, нитроцементацию после 2/33/4 времени общей выдержки продолжают вести при темпертуре Ас^ + + (50-80)°С и углеродном потенциале 1/5-1,8%, а закалку осуществляют в среде с температурой на 250-350°С выше температуры начала мартенситного превращения.
2. 2. Способ поп.1, о тлич а ющийся тем, что отпуск проводят при температуре на 30-50°С ниже температуры перлитного превращения.