Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента из стали в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.Известен способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей из порошковых смесей, включающий насыпку на дно жаростойкого тигля насыщающей порошковой смеси, содержащей бор, оксид алюминия, хром, иодид аммония, при следующем соотношении компонентов, мас.%: аморфный бор - 5-10, хром - 55-65, оксид алюминия - 25-28,5, иодид аммония - 1,5; толщиной 25 - 50 мм, укладывание деталей с зазорами между ними, не меньшими 20-25 мм, на этот слой. Затем детали засыпают слоем насыщающей смеси толщиной 35-40 мм, на него снова укладывают детали, далее цикл повторяют до заполнения жаростойкого тигля. После заполнения тигля на насыщающую смесь укладывают металлический лист и засыпают его порошком карбида кремния толщиной 40-50 мм. Последующее насыщение осуществляют путем борохромирования в вышеуказанной порошковой смеси при температуре 900-1100°С в течение 6-10 ч. Далее тигель остужают и извлекают упрочненные детали. При этом получают диффузионные слои, состоящие из карбидов и карбоборидов хрома и железа, твердого раствора хрома в железе, толщиной 30-80 мкм в зависимости от марки упрочняемой стали (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник. / Под ред. Л.С.Ляховича. - М.: Металлургия, 1981. - С.334, табл.164).Недостатками этого способа являются малая износостойкость деталей из конструкционных и инструментальных сталей, упрочненных в соответствии с описанным процессом, вследствие пониженной пластичности и малой толщины получаемых диффузионных слоев, высокая хрупкость упрочненного слоя, в результате чего ограниченная работоспособность упрочненной детали в условиях действия ударных нагрузок, высокая трудоемкость вследствие использования операций укладывания и извлечения деталей, насыпки в жаростойкий тигель насыщающей порошковой смеси, низкая экономичность, обусловленная, во-первых, повышенным расходом насыщающей порошковой смеси, так как минимально возможная толщина слоя смеси над деталью составляет 10 мм, во-вторых, отсутствием возможности повторного использования этой смеси, в-третьих, применением дорогостоящего аморфного бора (от 1200 руб./кг) и чистого хрома (от 80 руб./кг).Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ упрочнения деталей, а именно литого режущего инструмента, из быстрорежущей стали, заключающийся в том, что детали в виде пластинок из быстрорежущей стали Р6М5 предварительно шлифуют, затачивают и подвергают цементации в муфеле в среде древесного угля при температуре 980-1020°С в течение 1,5 ч, охлаждают с муфелем на воздухе, далее пластинки затачивают, шлифуют и обезжиривают в уайт-спирите или бензине, после чего на них наносят обмазку, содержащую ферротитан, карбид бора, краснокровяную соль и хлористый аммоний, при следующем соотношении компонентов, мас.%: ферротитан 50-60, карбид бора 20-30, краснокровяная соль 15-25, хлористый аммоний 2-3, предварительно разводя ее в этилсиликате до пастообразного состояния. После нанесения пасты пластинки сушат на воздухе до получения твердой корки. Затем осуществляют насыщение из обмазки при нагреве подготовленных пластинок в индукторе токами высокой частоты до 1180-1250°С с выдержкой 3-5 мин и последующую закалку с температуры насыщения, охлаждая детали с подстуживанием в масле при 60-80°С. Далее производят троекратный отпуск совместно с сульфидированием в герметичном муфеле в среде сульфата натрия с засыпкой древесного угля при 550-570°С в течение 1 ч. При этом на поверхности пластинок образуется тонкий диффузионный слой толщиной 3-5 мкм сульфида железа, выполняющий функцию твердой смазки, а под ним - диффузионный слой толщиной 10-15 мкм из карбидов и нитридов титана, боридов железа (патент RU 2172360, МПК7 С23С 12/00, C23F 17/00).Недостатками вышеописанного способа упрочнения являются низкие износостойкость и коррозионная стойкость упрочненных таким образом деталей вследствие высокой хрупкости и малой толщины получаемых диффузионных слоев, образованных при насыщении из обмазки, содержащей ферротитан, карбид бора, краснокровяную соль и хлористый аммоний, с использованием предварительной цементации деталей; малый ресурс упрочненных деталей, обусловленный низкой пластичностью этих слоев; повышенная трудоемкость вследствие необходимости использования предварительной цементации, укладывания деталей в муфель и извлечения из него; низкая экономичность, обусловленная применением дорогостоящего индуктора с токами высокой частоты, муфеля, операций предварительной цементации, укладывания деталей в муфель и извлечения из него.Задачей изобретения является повышение износостойкости и коррозионной стойкости и ресурса стойкости деталей из сталей, упрочненных в соответствии с предложенным способом, снижение трудоемкости и повышение экономичности процесса упрочнения.Поставленная задача решается тем, что предложен способ изготовления стальной детали с упрочненной поверхностью, включающий нанесение обмазки на литейную форму для получения стальной детали обмазки, разведенной в воде до пастообразного состояния и содержащей следующие компоненты, мас.%:Диборид хрома20-25Карбид бора50-60Графит5-15Бентонит5-7Фторид натрия2-3последующую сушку на воздухе до получения твердой корки, заливку расплавленной стали в литейную форму и охлаждение расплавленной стали вместе с литейной формой до 400-300°С с получением диффузионного слоя на поверхности детали, выбивку детали из литейной формы и дробеструйную обработку ее поверхности.Повышение износостойкости, теплостойкости, коррозионной стойкости упрочненных деталей обеспечивается снижением хрупкости вследствие отсутствия необходимости в предварительной цементации при насыщении поверхностей стальных деталей одновременно бором и хромом и увеличением толщины получаемых диффузионных слоев до 3-8 мм в зависимости от химического состава сталей, образованных при насыщении из обмазки, содержащей диборид хрома, мелкодисперсный графит, бентонит, фторид натрия. Повышение ресурса упрочненных деталей достигается повышением пластичности и коррозионной стойкости диффузионных слоев за счет введения диборида хрома и мелкодисперсного графита, а также за счет образования утолщенных диффузионных слоев.Снижение трудоемкости процесса упрочнения достигается вследствие повышения производительности труда, чему способствует отсутствие необходимости использования предварительной цементации, укладывания деталей в муфель и извлечения из него. Деталь упрочняется непосредственно в процессе ее изготовления.Возможна работа упрочненных деталей в условиях ударных нагрузок за счет значительного повышения пластичности упрочненного слоя.Повышение экономичности процесса упрочнения обусловлено, во-первых, тем, что процесс упрочнения осуществляется в ходе изготовления литой детали, позволяет отказаться от дорогостоящего индуктора с токами высокой частоты, во-вторых, отсутствием необходимости применения предварительной цементации, связанной с использованием дорогостоящего муфеля, изготавливаемого, как правило, из дорогостоящих высоколегированных сталей.Содержание в обмазке диборида хрома в количестве, составляющем 20-25 мас.%, является оптимальным, так как при данном содержании образуются упрочненные слои с наиболее высоким ресурсом. При содержании в обмазке диборида хрома в количестве, меньшем 20 мас.%, идет преимущественно насыщение бором, что приводит к высокой хрупкости диффузионного слоя, а вследствие этого - к снижению ресурса работы. При содержании в обмазке диборида хрома в количестве, большем 25 мас.%, идет преимущественно процесс хромирования, что приводит к образованию более мягких диффузионных слоев, обладающих пониженной твердостью, а вследствие этого - низким ресурсом.Содержание в обмазке карбида бора в количестве, составляющем 50-60 мас.%, является оптимальным, потому что при этом содержании образуются диффузионные слои с наибольшей пластичностью и износостойкостью. Содержание в обмазке карбида бора в количестве, меньшем 50 мас.%, приводит к получению диффузионных слоев с малой твердостью и снижению ресурса упрочненных деталей. При содержании в обмазке карбида бора в количестве, большем 60 мас.%, происходит преимущественное насыщение бором, что приводит к высокой хрупкости получающихся слоев и, как следствие, снижению ресурса работы.Содержание в обмазке графита в количестве, составляющем 5-15 мас.%, является оптимальным, потому что при данном содержании графита обеспечиваются легкое отделение обмазки и достаточная толщина диффузионных слоев. При содержании в обмазке графита в количестве, меньшем 5 мас.%, получают упрочненные слои малой толщины, и отделение обмазки от поверхности упрочненной детали затруднено. При содержании в обмазке графита в количестве, большем 15 мас.%, получаются более тонкие упрочненные слои и вследствие повышенного газовыделения возможно появление поверхностных дефектов формы на готовой детали.Содержание в обмазке бентонита в количестве, составляющем 5-7 мас.%, является оптимальным в силу того, что оно предотвращает осыпание обмазки в процессе сушки. При содержании в обмазке бентонита в количестве, меньшем 5 мас.%, возможно осыпание обмазки в процессе сушки. При содержании в обмазке бентонита в количестве, большем 7 мас.%, получают диффузионные слои малой толщины, возможны сколы при отделении обмазки вследствие ее повышенной адгезии к поверхности детали.Содержание в обмазке фторида натрия в количестве, составляющем 2-3 мас.%, является оптимальным, так как при данном содержании обеспечивается необходимая активность насыщающей обмазки, что приводит к формированию диффузионных слоев с оптимальными пластичностью и износостойкостью. При содержании в обмазке фторида натрия в количестве, меньшем 2 мас.%, вследствие недостаточной активности смеси возможно получение диффузионного слоя малой толщины либо полное его отсутствие. При содержании в обмазке фторида натрия в количестве, большем 3 мас.%, вследствие повышенной активности смеси возможно сплавление обмазки с упрочняемой деталью, что приводит к невозможности отделения использованной обмазки от готового изделия.Охлаждение вместе с формой до температуры 400-300°С является оптимальным, так как охлаждение до температур ниже 300°С происходит длительное время, что приводит к снижению выпуска упрочненных деталей, а при охлаждении до температур выше 400°С не успевают произойти необходимые химические и металлургические реакции.Предложенное изобретение поясняется таблицей, в которой приведены результаты испытаний на износостойкость литых роликов из стали 25, имеющих диаметр 80 мм и толщину 35 мм. Режим работы подающего ролика из стали 25: подача проволоки 4 мм на станок для ее рубки.Способ упрочнения стальных деталей осуществляется следующим образом. Предварительно обмазку, содержащую диборид хрома, карбид бора, графит, бентонит, фторид аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%: диборид хрома 20-25, карбид бора 50-60, графит 5-15, бентонит 5-7, фторид натрия 2 - 3, разводят в воде до пастообразного состояния. Приготовленную обмазку наносят на литейную форму стальной детали слоем 2-3 мм, после чего сушат на воздухе до получения твердой корки. Насыщение поверхности детали из обмазки производят в литейной форме при заливке расплавленного металла - жидкой стали с температурой от 1500
Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента, изготовленных из сталей в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности. Способ изготовления стальной детали с упрочненной поверхностью включает нанесение на литейную форму для получения стальной детали обмазки, разведенной в воде до пастообразного состояния и содержащей следующие компоненты, мас.%: диборид хрома 20-25, карбид бора 50-60, графит 5-15, бентонит 5-7, фторид натрия 2-3. Затем проводят сушку на воздухе до получения твердой корки, заливку расплавленной стали в литейную форму и охлаждение расплавленной стали вместе с литейной формой до 400-300°С с получением диффузионного слоя на поверхности детали. После этого осуществляют выбивку детали из литейной формы и осуществляют дробеструйную обработку ее поверхности. Повышаются износостойкость, теплостойкость, коррозионная стойкость и ресурс стальных деталей, снижаются трудоемкость процесса упрочнения и себестоимость смеси для приготовления обмазки, повышается экономичность процесса упрочнения. 1 табл.
(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Гурьев Алексей Михайлович (RU),Иванов Сергей Геннадьевич (RU),Власова Ольга Алексеевна (RU),Кошелева Елена Алексеевна (RU),Гурьев Михаил Алексеевич (RU),Лыгденов Бурьял Дондокович (RU)
656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, АлтГТУ, ОИПС
Адрес для переписки:
RU 2172360 С2, 20.08.2001. RU 2031973 C1, 27.03.1995. JP 58039774 A, 08.03.1983. GB 796094 A, 04.06.1958. GB 480870 A, 02.03.1938.
(56) Список документов, цитированных в отчете опоиске:
(46) Опубликовано: 10.02.2010
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
(21), (22) Заявка: 2008118705/02, 12.05.2008
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУСтатус: по данным на 17.09.2010 - может прекратить свое действие
C23C12/02 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБАПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
Патент на изобретение 2381299
Комментариев нет:
Отправить комментарий