способ изготовления азотированных деталей из низкоуглеродистых мартенситных сталей
Классы МПК: | C23F17/00 Многоступенчатые способы обработки поверхности металлического материала, включающие по крайней мере один способ, предусмотренный в классе C 23, и по крайней мере один способ, охватываемый подклассом C 21D или C 22F или классом C 25 C23C8/26 стальных поверхностей |
Автор(ы): | Клейнер Л.М., Митрохович Н.Н., Антонов Ю.Я., Черемных Н.В., Силина О.В., Лапин А.Г., Югай С.С., Новоселова Л.М. |
Патентообладатель(и): | Пермский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-04-27 публикация патента:
20.07.1999 |
Способ заключается в том, что проводят обработку давлением заготовки из низкоуглеродистой мартенситной стали, совмещенную с закалкой заготовки и последующим охлаждением на воздухе непосредственно с температуры горячей обработки давлением, после чего осуществляют азотирование при температуре, исключающей рекристаллизацию структуры заготовки, при направлении диффузионного потока перпендикулярно направлению деформации. Изобретение позволяет ускорить процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев заготовки. 2 з. п. ф-лы, 3 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ изготовления азотированных деталей из низкоуглеродистых мартенситных сталей, включающий горячую обработку заготовки давлением, закалку на воздухе, азотирование, отличающийся тем, что закалку осуществляют в процессе охлаждения заготовки на воздухе непосредственно с температур горячей обработки давлением, азотирование осуществляют при температуре ниже температуры рекристаллизации при направлении диффузионного потока перпендикулярно направлению деформации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что деталь изготавливают из стали 07Х3ГНМ, а азотирование ведут при 540 - 580oC. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деталь изготавливают из стали 10Х3ГНМФТ, а азотирование ведут при 540 - 580oC.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно, к процессам азотирования деталей из низкоуглеродистых мартенситных сталей. Известен способ азотирования деталей из среднеуглеродистых легированных сталей типа 38Х2МЮА (Борисенок и др. "Химико-термическая обработка" Справочник, М. "Металлургия" 1981 г.), включающий горячую прокатку заготовок, закалку их в масло, высокий отпуск, механическую обработку и азотирование при температуре 520 - 560oC. Недостатком этого способа являются высокие энергетические затраты на осуществление процесса (нагрев под закалку и высокий отпуск, длительный, до 40-80 часов, процесс азотирования), при этом глубина азотированного слоя не превышает 0,5 мм, а твердость - HV = 900. Наиболее близким к заявляемому способу азотирования подходит способ азотирования низкоуглеродистых мартенситных сталей, приведенный в статье Лахтина Ю.М., Иоффе Г.А., Цырлина Э.С., и др. "Азотируемые низкоуглеродистые мартенситные стали", журнала "Металловедение и термическая обработка металлов" N 3, 1980 г. Специально разработанные низкоуглеродистые стали мартенситного класса 08Х3Г2МЮ и 08Х3Н2МЮ после закалки на воздухе и азотирования по режиму - 600oC в течение 12 часов обеспечивают азотированный слой глубиной: общий - 0,55 - 0,50 мм, эффективный - 0,40 - 0,45 мм; твердость на поверхности HV = 975-875, тогда как сталь 38Х2МЮА после азотирования по такому же режиму имеет азотированный слой: общий - 0,55 мм, эффективный - 0,23 мм, твердость на поверхности - HV = 825-875. Следовательно, общая глубина слоя у всех сталей практически одинакова, а эффективная, обусловленная характером распределения микротвердости по глубине слоя, на сталях 08Х3Г2МЮ и 08Х3Н2МЮ в 2-2,5 раза выше. Высокая твердость диффузионного слоя обусловлена наличием мелкодисперсных нитридов легирующих элементов размером 100 - 150![способ изготовления азотированных деталей из низкоуглеродистых мартенситных сталей, патент № 2133299](/images/patents/338/2133299/2133299t.gif)
- заявляемый способ: совмещение закалки с прокаткой, низкоуглеродистые мартенситные стали (НМС), направление диффузионного потока перпендикулярно оси прокатки;
- способ с совмещением закалки, использованием НМС, но направление диффузионного потока параллельно направлению деформации;
- способ, принятый за аналог, но с использованием заявленных сталей;
- способ-прототип. Из табл. 1 следует, что эффект ускорения азотирования и повышения твердости имеет место только при наличии текстуры в низкоуглеродистом азотистом мартенсите при направлении диффузионного потока перпендикулярно направлению деформации. Из таблицы следует также, что глубина и твердость азотированного слоя, полученного заявляемым способом, выше, чем эти характеристики для слоя, полученного известным способом. Для сохранения текстурованной структуры низкоуглеродистого мартенсита температуру азотирования назначают ниже температуры рекристаллизации и ниже температуры, при которой происходит отпуск низкоуглеродистого мартенсита. Температуру азотирования выбирали по результатам исследования слоев, полученных при различных температурах азотирования (табл. 2) по заявленному способу азотирования, т.е. с совмещением закалки заготовки с охлаждением на воздухе после деформации и направлении диффузионного потока перпендикулярно направлению деформации. Результаты исследования азотированных слоев, полученных заявленным способом при различных температурах (табл. 2), свидетельствуют о том, что температура азотирования 540 - 580oC гарантирует получение слоев глубиной 0,6 - 0,9 мм с твердостью на поверхности H = 1080-1380; что больше, чем соответствующие характеристики диффузионных слоев, полученных способом, принятым за аналог. Следовательно, заявленный способ азотирования может обеспечить диффузионные слои, более глубокие и с большей твердостью, чем диффузионные слои, полученные известным способом. Пример. Сталь 07Х3ГНМ и 10Х3НМФТ плавили в лабораторной индукционной печи, разливали в слитки 50 кг, слитки отжигали, затем прокатывали в прутки диаметром 20 мм с охлаждением на воздухе непосредственно с температур прокатки. В результате получали в прутках структуру текстурованного мартенсита с твердостью HRc = 30-32. Из прутков мехобработкой изготовили заготовки детали - ось O 18 - 16 мм, после чего заготовки азотировали в среде при температуре 560oC в течение 12 часов. После азотирования детали ее разрезали, исследовали структуру и свойства диффузионных слоев и сердцевины. Результаты исследования приведены в табл. 3. Из табл. 3 следует, что осуществление азотирования заявленным способом обеспечивает достижение поставленной цели, т.е. ускоряет процесс и дает более твердый поверхностный слойк
Класс C23F17/00 Многоступенчатые способы обработки поверхности металлического материала, включающие по крайней мере один способ, предусмотренный в классе C 23, и по крайней мере один способ, охватываемый подклассом C 21D или C 22F или классом C 25
Класс C23C8/26 стальных поверхностей