UA58499C2

UA58499C2 - Спосіб виготовлення сталевих механічних деталей і сталь для виготовлення цих деталей

Info

Publication number: UA58499C2
Application number: UA98073600A
Authority: UA
Inventors: Клод Пішар; Клод Пишар
Original assignee: Аскометаль Емебль "Ля Пасіфік"
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2003-08-15
Also published as: BR9802358A; CZ213898A3; JPH1171613A; DE890653T1; TR199801347A2; RO118457B1; PL327388A1; HUP9801540A1; EP0890653A1; DE69817098D1; TR199801347A3; DK0890653T3; TW460593B; CN1211632A; AU7394398A; ZA986061B; CN1079446C; ES2126546T3; SI9800193A; CZ297683B6

Abstract

Винахід відноситься до металургії, а саме до способу виготовлення сталевих механічних деталей та сталі для виготовлення механічних деталей. Спосіб виготовлення сталевих механічних деталей полягає у тому, що одержують стальну заготівку деталі і проводять обробку шляхом цементації або нітроцементації, можливо при високій температурі, щонайменше частини поверхні заготівки деталі з подальшим гартуванням в маслі або газі. Хімічний склад сталі, з якої складається деталь, містить у ваговому відношенні: 0,15%С0,35%, Si не перевищує 0,6%, Мn+Cr+Ni+Mo не перевищує 5%, Al не перевищує 0,1%, Сu не перевищує 0,5%, S не перевищує 0,15%, Р0,03%, можливо, до 0,02% телуру, до 0,04% селену, до 0,07% свинцю, до 0,005% кальцію, при цьому решта представлена залізом і домішками від процесу виробництва; хімічний склад доводять таким чином, щоб крива ДЖОМІНІ сталі була такою, що: 45 HRCJз50 HRC, 39HRCJ1147HRC, 31 HRCJ2540 HRC, і щоб середні значення J3m, J11m, J15m і J25m п'яти проб ДЖОМІНІ були такими, що: IJ11m-J3mx14/22-J25mx8/22 I2,5 HRC, J3m-J15m9 HRC. Винахід забезпечує досягнення високої міцності поверхні та високих механічних показників усередині деталей одночасно з виключенням можливості виникнення деформацій, які можуть викликати брак деталей .

Description

Опис винаходу

Винахід стосується виготовлення деталей із сталі, щонайменше, частина поверхні яких зміцнена шляхом 2 цементації або нітроцементації, з подальшим масляним або газовим загартуванням.

Багато сталевих механічних деталей, наприклад, шестерні, зміцнюють з поверхні цементуванням або нітроцементуванням. Для чого деталі розміщують в атмосфері, яка багата на вуглець або на вуглець і азот, за температурою вищою ніж 9007С на декілька годин для збагачення сталі вуглецем або вуглецем і азотом на певну глибину від поверхні шляхом дифузії цих елементів на поверхні, після чого деталі занурюють в холодне, 70 тепле або гаряче масло, або в газ, для твердіння поверхні. Цементацію або нітроцементацію можна також провести при температурі вище за 1000"С: в цьому випадку говорять про високотемпературну цементацію або високотемпературну нітроцементацію.

Для виробництва таких деталей використовують сталі із змістом вуглецю від 0,1595 до 0, 3595 в сплаві з хромом або з хромом і молібденом, або з хромом і марганцем. Ця технологія, що дозволяє отримувати 12 підвищену твердість поверхні і сусідніх з нею ділянок, а також добиватися хороших механічних характеристик всередині деталей, має недолік, який полягає в тому, що вона може викликати деформації,, які можуть стати причиною бракування деталей або необхідності їх додаткової обробки, що дорого коштує.

Відомий спосіб нітроцементування сталі для знижування напруження (заявка Японії 06094140 від 06. 05.94, заявник Коре 5іее! (4, який є прототипом технічному рішенню, що заявляється. Згідно зі вищевказаним способом, стальні деталі нітроцементують та гартують. В період гартування деталей критичну швидкість охолодження Ме-10 «С/сек), | де К-4.05-(4.59502--1.096 Мп) та 95 елемент означає вміст у ваговіх частках в процентах сталі! регулюють до «380 Цед' 95, де дед (мм) - позиція на кривій Жоміні, коли твердість еквівалентна твердості серцевини після нітроцементування та гартування. сч ре Вказаний спосіб забезпечує отримання деталей, в яких напруження певною мірою знижене. Але досягнутий позитивний результат не вирішує проблеми зняття деформації, тому кількість бракований деталей після (о) нітроцементування та гартування залишається великою.

Метою винаходу є усунення вказаного недоліку за допомогою запропонованого способу виготовлення сталевих деталей, в якому, щонайменше частина поверхні деталей зміцнена шляхом цементації або Фу нітроцементації, зокрема, високотемпературних.

У цьому плані, предметом винаходу є спосіб виробництва сталевих механічних деталей, згідно з яким (о) отримують сталеву заготівку деталі і проводять обробку шляхом цементації або нітроцементації, зокрема, « високотемпературним, щонайменше, частини поверхні заготівки деталі. Згідно з даним способом, хімічний склад сталі, з якої складається деталь, містить, у ваговому відношенні: (ее) 0,1 бокс, ЗБ ю

ОдокВісО0, 690

Од МпСтАМі-Мо«590

ОФохАЇкО, 190

Ок СисО, 5 « б9ос50,1590 - с Р«0,0390 ч можливо, до 0,0295 телуру, до 0,0495 селену, до 0,0796 свинцю, до 0,005906 кальцію, при цьому інше -» представлене залізом і домішками від процесу виробництва. Крім того, хімічний склад сталі доводять таким чином, щоб крива ЖОМІНІ сталі була такою, що;

АБНКС03:5ОНКС о ЗОНнАс 1147 31

Го! НеКСх0юв оно

Ї щоб середні величини .)з, 941, 945 і дов п'яти проб ЖОМІНІ були такими, що: е 1 1тзтх14/22-)о5тх8/22 Іс2,5НКС со 070 Звт-У15т59НАС, переважно, «ВНЕС

Краще, якщо крива ЖОМІНІ така, що задовольняє, щонайменше, одній з наступних умов: іЧе) 1ОХ( ттел тт) / (АХ вт Уавт)) 22,15 1ОХ( тал т) / (8Х(94 вт-давт)) «2

Переважно, хімічний склад сталі такий, що:

Ого Ск0,2690

Ф) 0,оБобеві«0,596 ко 190: Мпс1,6 о, 4 Стес1,590 60 о, О896«5Мо«0,2790

ОдосМіс0,69о

О,0039о«АІ «0,069

ОдокСикО, Зо

Одок 0,190 бо Р.«0,03965. | ще краще, якщо цей хімічний склад такий, що:

0,219охСх0,2590

Ос 5іс0,4590 1,1965Мпи«1,590

ОО Сте1,490

О,б09965Мо0,2690

ОдосМісО0,69о 0,00590:А10,0590

ОдокСикО, Зо

Ос Тік0,0596

Р«е0,0390

Переважно, вміст азоту в сталі складає від 0,00495 до 0,02905, а титана - від 095 до 0,0590.

Винахід стосується також сталі, підданої цементації, хімічний склад якої щойно був вказаний; ця сталь після цементації має таку криву ЖОМІНІ, що а45НВС)5550НВС

ЗОНнАсСу11АТНКС

ЗІНнКСхОоВаонКс середні значення .)3з, 944, 915 і дов п'яти проб ЖОМІНІ такі, що

Ї У11тУзтх14/22-) оБтіх8/22 | «2, 5НАС

Узт-У1БтТХУНАС, переважно, «98НКС

Переважно, середні значення 47, 944, У15 і Уо5 п'яти проб ЖОМІНІ такі, щоб задовольняти, щонайменше, одній з наступних умов: 1ОХ( ттел тт) / (АХ вт Уавт)) 22,15 с 1оХ( тт - У4вт) / (ВХ(УтБт - Уовт)) «2 о

Далі буде дано більш детальний, але що не обмежує, опис винаходу, підкріплений прикладами.

Винахідники несподівано встановили, що деформації, викликані загартуванням в кінці обробки шляхом цементації або в кінці нітроцементації, можуть бути істотно зменшені, навіть ліквідовані, якщо використати для виробництва деталей сталь, крива ЖОМІНІ якої практично не має точок вигину, на відміну від кривих Ге) ЖОМІНІ, що звичайно використовуються для цих сталей. Точніше, було встановлено, що бажано використання сталі, що містить Ф - від 0,1595 до 0,3595 вуглецю, щоб сталь можна було легко обробляти і щоб добитися достатньої в'язкості в «І нецементованих або ненітроцементованих частинах деталі; - до 0,695 кремнію, щоб забезпечити достатню дезоксидацію сталі: со - легуючі елементи, такі як марганець, хром, молібден і нікель, в таких кількостях, щоб їх сума була ІС о) менше 595 для придания достатньої загартованості, вирівнювання форми кривий ЖОМІНІ і вирівнювання механічних властивостей деталі, як всередині її, так і в цементованих або нітроцементованих зонах: - до 0,195 алюмінію для більш повної дезоксидації і контролю зернистості; « - менше за 0,595 міді, що вважається домішкою, яка зменшує пластичність і в'язкість нецементованих або ненітроцейентованих зон; - с - можливо, від 09о до 0,0595 титана для утворення зміцнювальних нітридів; а - переважно, вміст азоту, елемента, який завжди є присутнім і який реагує з алюмінієм або з титаном з "» утворенням нітридів, повинно складати від 0,004905 до 0,0290; - до 0,1595 сірки для поліпшення оброблювання; - менше за 0,0395 фосфору, що являє собою домішку, несприятливу для пластичності і в'язкості. 1 Крім того, сталь може містити до 0,0295 телуру, до 0,04905 селену, до 0,0795 свинцю, до 0,00595 кальцію для со поліпшення оброблювання. Інше в композиції представлене залізом і домішками від процесу виробництва.

Хімічну композицію вивіряють, щоб крива ЖОМІНІ сталі була такою, що: т. 45НКСх3:5ОНКо с 50 ЗОнАсСу11АТНКС

З1«НеСх05 Он с і щоб середні значення .)3, 47, 911, У4в Іі дов п'яти проб ЖОМІНІ були такими, що:

Ї У11тУзтх14/22-) оБ5тх8/22 | «2,5НАС

Узт-уУ15т Х9НКС, переважно, «в8НКС 25 Крива ЖОМІНІ є кривою, яка характеризує загартованість сталі, її отримують вимірюванням твердості по

ГФ) довжині твірної циліндричного зразка, який загартовується струменем води, направленим на один з його кінців.

Твердість, виміряну на відстані х мм від кінця, на який направлений струмінь води, називають Ух. Технологам о добре знайомий цей тест. Однак, його характеристики природним чином розкидані. Саме тому форма кривої

ЖОМІНІ характеризується тут, з одного боку, розкидами значень для точок о.) з, 914 і дов відношенням: 60 У44тУзтх14/22-до5ю/и 8/22 | «2,5НКС, яке вводить середні п'ять різних проб, взятих з однієї і тієї ж сталі.

Точніше, проводять послідовно 5 однакових вимірювань; для кожної проби вимірюють, щонайменше, значення

У3, 97, 911, У1в і дов, таким чином отримують п'ять величин для . з, 7, 944, 945 і 9Уов, - розраховують для кожної точки У середнє ут п'яти значень. У цьому відношенні вертикальні штрихи є відомим самим по собі символом абсолютної величини. Саме відношення разом з відношенням . з4-У15п «УНКС, переважно, «ВНС означає, що 65 крива ЖОМІНІ не має виражених вигинів.

Бажана форма кривий ЖОМІНІ може бути уточнена таким чином, щоб вона задовольняла, щонайменше, одному з наступних відношень: 10 тт - У11т) / (4094 втидовт)) «2,15 1ох( тт У4вт) / (8Х(У4втовт)) «2

Такі криві ЖОМІНІ можуть бути отримані, зокрема, зі сталлю, відповідною тому, що щойно було визначено, але хімічна композиція якої включає, в більш точному ваговому вираженні: - від 00295 до 0,2695, переважно від 0,2195 до 0,2595 вуглецю, щоб забезпечити не дуже високу твердість деталей до цементації або нітроцементації і щоб добитися хорошої здібності до цементації або до 70 нітроцементації; - від 195 до 1,695, переважно від 1,195 до 1,595 марганцю для забезпечення хорошого внутрішнього стану для фіксування сірки і в поєднанні з хромом і молібденом для доведення загартування таким чином, щоб отримати задовільну криву ЖОМІНІ; - від 005905 до 0,595, переважно від 0,195 до 0,45905 кремнію; - від,.б,495 до 1,595 хрому, переважно від 0,995 до 1,495, для затвердіння цементованого або нітроцементованого шару і в поєднанні з марганцем і молібденом для доведення загартування таким чином, щоб отримати задовільну криву ЖОМІНІ: - від 0,0895 до 0,2795, переважно від 0,0995 до 0,2695 молібдену для затвердіння цементованого або нітроцементованого шару, збільшення стійкості до окислення і в поєднанні з марганцем і хромом для доведення 2о загартування таким чином, щоб отримати задовільну криву ЖОМІНІ, нижня межа відповідає мінімальному значенню змісту молібдену, необхідному, щоб цей елемент надавав значущу дію; - від 095 до 0,69о нікелю для поліпшення міцності до удару деталі. Переважно, вміст міді залишається нижче за 0,395, вміст сірки складає від 0,02905 до 0,196, краще, якщо він менше 0, 0995, вміст алюмінію складає від 0,00395 до 0,0695, переважно від 0,00595 до 0,05905. с

Як вказано вище, сталь може містити, крім цього, один або декілька елементів, що включають телур, селен, свинець і кальцій. і)

Для виготовлення деталі, згідно з винаходом, отримують з сталі по винаходу, заготовку деталі, яку піддають цементації або нітроцементації при високій температурі і загартовують в маслі або в газі, причому масло може бути холодним, теплим або гарячим. Заготовка деталі може бути створена, наприклад, куванням Ге»! або витонченням.

Як приклади були створені деталі з шести видів стали, згідно з винаходом, з наступними хімічними складами. о /сімов| в в місімо си А | ій со зв вог|14|04|005 0021025|10|024 0251004 ю 0 о211127025|003 00202112 02 040005. ч - с Криві ЖОМІНІ цих сталей були такими, що:

І» / Люердсьвніс (АВ с о є ух сл со з Тонка вачавнивія 29 ооо ов зт ов 2

Ф пило 00000000 67 тлгв тав,

Ф ох Ахівиіонюй 02175200 о 307

Після цементації при 995922 протягом 10 годин і загартування в теплому маслі при 98 2С деталі не мали деформації, яка вимагала додаткової обробки. До того ж. після цементації вміст вуглецю складав 0, 9495 на

ГФ) О,Тмм під поверхнею. г Для порівняння були виготовлені, в тих же умовах, ідентичні деталі з сталі типів 27МС5, 29МС5, 27МС5и, 27Мс5г, 27С04и, ЗОМ5 і 200054, відповідних старим технологіям. Композиції цих сталей були: 69 Ге імЧа| вів місімо|сл отмови 026 119025 038 00150091109 004 013 0025, б5 27с04ц10.27 0.74 0.25 0.032.0.012|0.15|1.0810.220.170.028 зом езор ато я (оота|ротв(о15|раз|ров о те|розв а криві ЖОМІНІ були такі, що: я

Фелєю о 00000000008200122 09) 5 151 9 Охттніт) (йо втчовт) 352 227 342314 ЗА 5 8

Після цементації деталі вимагають нової обробки. До того ж, вміст вуглецю в цементованому шарі, 0,їмм під поверхнею, становить тільки 0,895. Цей останній результат показує, що, крім більш слабої чутливості до деформацій, сталь, згідно з винаходом, цементується краще, ніж сталь, відповідно старим технологіям.

Claims

Формула винаходу се

1. Спосіб виготовлення сталевих механічних деталей, згідно з яким отримують стальну заготівку деталі і Ге) проводять обробку шляхом цементації або нітроцементації, можливо при високій температурі, щонайменше частини поверхні заготівки деталі з подальшим гартуванням в маслі або газі, який відрізняється тим, що хімічний склад сталі, з якої складається деталь, містить у ваговому відношенні: 015965 Сх 0,3595, іа Зі не перевищує 0,696, о МажСт-Мі«Мо не перевищує 590, А! не перевищує 0,196, в Си не перевищує 0,595, со З не перевищує 0,1595, Р 0,036, о можливо, до 0,0295 телуру, до 0,04906 селену, до 0,0795 свинцю, до 0,005906 кальцію, при цьому решта представлена залізом і домішками від процесу виробництва; хімічний склад сталі доводять таким чином, щоб крива ЖОМІНІ сталі була такою, що: « 45 НКСХ 2325 50 НС, 39 НАС 5 3445 47 НЕС, но) с 31 НЕС 3565 40 НЕС » і щоб середні значення з, У141т У15т і УоБт П'ЯТИ проб ЖОМІНІ були такими, що: І 4 41т-Узтх14/22-)до5тХ8/22 15 2,5 НАС, Узт-У15т: 9 НАС.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сталь така, що: і-й Ззт-У1вти 8 НВС. Го) З. Спосіб за одним з пп. 1-2, який відрізняється тим, що середні значення . 7, У44т; У15т Уоб5т П'ЯТИ проб ЖОМІНІ такі, що: те 1ОХ( тні 4 втеовт) 2 2,15. Ге) 20 4. Спосіб за одним з пп. 1, 2 або 3, який відрізняється тим, що середні значення .)74, У14т; У15т»;і УоБт П'ЯТИ проб ЖОМІНІ такі, що; Фо 1ОХ( тт вті (ВК у втеоовт) 25 2.

5. Спосіб за одним з пп. 1-4, який відрізняється тим, що хімічний склад сталі містить у ваговому відношенні: 0,296 5 Сх 0,2696, 29 0,05965 5іх 0,596, Ф! 1955 Мп 1,696, 0,495 5 Ста 1,596, о 0,0895 5 Мох 0,2796, Мі не перевищує 0,690, 60 0,00395 5 АІ« 0,0695, Си не перевищує 0,395, З не перевищує 0,190, Р«О0,0390.

6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що хімічний склад сталі містить у ваговому відношенні: б5 021965 С 02596,

0,195 5 51 04596, 1,195 5 Мпа 1,596, 0,990 2 Ста 1,490, 0,0995 5 Мо х 0,2690, Мі не перевищує 0,690, 0,00595 5 АІх 0,0596, Си не перевищує 0,395, 002955 55 0,0996, 70 Р Х 0,0395.

7. Спосіб за одним з пп. 1-6, який відрізняється тим, що вміст титану в сталі не перевищує 0,0590.

8. Спосіб за одним з пп. 1-7, який відрізняється тим, що вміст азоту в сталі складає від 0,00495 до 0,0295.

9. Сталь для виготовлення механічних деталей, яку попередньо піддали цементації або нітроцементації, яка відрізняється тим, що Її хімічний склад містить у ваговому відношенні: 0,295 5 С 0,2696, 005955 515 0,595, 1955 Мп: 1,695, 0,495 5 Стх 1,596, 0,0895 - Мо 2 0,279, Мі не перевищує 0,690, 0,00395 5 А 5 0,069, Си не перевищує 0,395, З не перевищує 0,1 9б, РА: 0,0396, сч можливо, до 0,0295 телуру, до 0,04906 селену, до 0,0795 свинцю, до 0,005906 кальцію, при цьому решта представлена залізом і домішками від процесу виробництва. і)

10. Сталь за п. 9, яка відрізняється тим, що її хімічний склад містить у ваговому відношенні: 0,2195 5 С 5 0,2596, 0,196: 8і5 0,4595, Ге! зо 1,195 5 Мпа 1,596, 0,996 Сг 1,496, о 0,0995 5 Мо 5 0,2695, «г Мі не перевищує 0,690, 0,00596 5 ДІ 0,059, со Си не перевищує 0,395, ю 0,0295 5 55 0,0995, РА 00396.

11. Сталь за п. 9 або 10, яка відрізняється тим, що її крива ЖОМІНІ така, що: 45 НКСХ 2325 50 НС, « ЗОНАС 442 47 НАС, з с 31 НКС У 3262 40 НАС, . середні значення «зт, У11т; У15т і УоБт П'ЯТИ проб ЖОМІНІ такі, що: и? І 44т-Узтх13/22-)о5тх8/22 15 2,5 НАС, а Узт-3)15т 2 9 НАС.

12. Сталь за п. 11, яка відрізняється тим, що: 1 Узт-У15т: 8 НАС.

13. Сталь за одним з пп. 11 або 12, яка відрізняється тим, що середні значення .) 74, У11т; У15т і УоБт П'ЯТИ со проб ЖОМІНІ такі, що: їх 1 тт літі 4К( 4 втеовт)) 5 2,15.

14. Сталь за одним з пп. 11, 12 або 14, яка відрізняється тим, що середні значення .) 74, У11т; У15т | 9Уо5т ік п'яти проб ЖОМІНІ такі, що: Ге) 1ОХ( тт вті (ВК у втеоовт) 25 2.

15. Сталь за одним з пп. 9-14, яка відрізняється тим, що вміст титану в ній не перевищує 0,0590.

16. Сталь за одним з пп. 9-15, яка відрізняється тим, що вміст азоту в ній складає від 0,00495 до 0,0295. 59 Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних Ф) мікросхем", 2003, М 8, 15.08.2003. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і ка науки України. 60 б5