Способ антифрикционной химико-термической обработки инструментальных сталей

 

Способ антифрикционной химико-термической обработки инструментальных сталей включает насыщение в плазме тлеющего разряда в азотуглеродной среде, содержащей, %: продукты термической диссоциации азодикарбонамида 99,70 - 99,95, йод - остальное. В качестве продуктов азодикарбонамида может быть использован порофор ЧХ3-21. Техническим результатом является интенсификация процесса химико-термической обработки и повышение износостойкости инструментов, изготовленных из инструментальных сталей. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно - к процессам нитроцементации инструментальных сталей в плазме тлеющего разряда.

Известны процессы нитрооксидирования стального инструмента в атмосферах термической диссоциации аммиачной воды при соотношениях аммиак 13-26%, вода 74-87% [1]. Время насыщения 20 - 120 мин. В результате этого формируется диффузионный слой глубиной до 12 мкм, состоящий из магнетита Fe3O4 и -Fe2O3. Микротвердость слоя HV = 980 - 1070.

Основным недостатком этого способа является наличие в насыщающей атмосфере кислорода, т. к. возникновение оксидного слоя на поверхности обрабатываемого инструмента затрудняет процессы диффузии активных элементов. Кроме того, оксиды, сформированные в упрочненном слое, в силу своих структурных особенностей, не могут в полной мере улучшить трибологическое состояние в зоне контакта.

В промышленности нашел применение способ сульфокарбонитрации [2], при котором процесс упрочнения быстрорежущего инструмента ведут в расплаве мочевины.

Недостатком этого способа является то, что эти сульфидные фазы, образовавшиеся в приповерхностных слоях инструмента при такой обработке, в силу своих структурных особенностей не могут в должной мере выполнять роль твердого смазочного материала. Поэтому для повышения эффективности сульфоцианирования увеличивают количество серы в составе ингредиентов. Это приводит к снижению твердости упрочненной поверхности инструментального материала, и, как следствие, к незначительному увеличению работоспособности сульфоцианированного инструмента.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ химико-термической обработки в плазме тлеющего разряда в азотуглеродной среде, содержащей N2, CO, CH4 и C3H8 в течение 0,5-3 час при 900o-1100oC [3].

Основным недостатком этого способа являются высокие температуры процесса формирования упрочняющего слоя, которые приводят к отпуску инструментальной стали и, как следствие, к потере режущих свойств инструментами.

Целью изобретения является интенсификация процесса химико-термической обработки и повышение износостойкости инструментов, изготовленных из инструментальных сталей.

Поставленная цель достигается тем, что процесс химико-термической обработки ведут в плазме тлеющего разряда напряжением 500 В при токе 50 мА и давлении 133 Па. Насыщающая среда состояла из продуктов термической диссоциации азодикарбонамида (порофор ЧХЗ- 21) 99,70-99,95% и йода - остальное. Ингредиенты вводились в вакуумную камеру в виде смеси. Охлаждение упрочненного инструмента проводилось на спокойном воздухе.

Азодикарбонамид ТУ 113-38-110-91 вводился для создания углеродного и азотного потенциалов насыщающей атмосферы. Йод вводился, с одной стороны, для депассивации поверхностных оксидов обрабатываемого инструмента, с другой - для улучшения трибомеханических свойств упрочненного слоя.

Азот и углерод, взаимодействуя с упрочняемой поверхностью, образуют диффузионный слой, представляющий собой гетерофазную зону из карбидов, нитридов, карбонитридов железа и легирующих элементов, имеющих высокую твердость и износостойкость. Йод, диффундируя в поверхностные слои инструментального материала, активно взаимодействует с различными фазами диффузионного слоя с образованием структур, которые в силу своих физико-механических свойств улучшают трибологические характеристики упрочненных слоев. Одновременно с этим, в процессе химико-термической обработки йод взаимодействует с оксидами упрочняемых поверхностей, что приводит к депассивации последней и, как следствие, к улучшению процессов диффузии элементов в поверхность инструментального материала.

Пример предлагаемого способа.

Инструмент помещают в вакуумную камеру, осуществляют откачку атмосферы до значений 13,3 Па (0,1 мм рт. ст.) и производят удаление окклюдированных газов и паров воды посредством нагрева рабочего пространства вакуумной камеры до 100-150oC и ее прокачкой технически чистым азотом. Зажигают плазму. На термостолик, нагретый до температур 210-250oC, осуществляют дозированную подачу смеси ингредиентов в количестве, необходимом для поддержания рабочего давления 133 Па. Выдерживают инструмент при постоянном рабочем давлении в течение требуемого времени. Извлекают обработанный инструмент и охлаждают его на спокойном воздухе. Параметры процессов: объем вакуумной камеры 0,01 м3, напряжение тлеющего разряда 500 В, сила тока 50 мА, рабочее давление 133 Па, температура термостолика 210-250oC. Ингредиенты подавались в реторту печи в виде смеси следующего состава (в массовых процентах): азодикарбонамида (порофор ЧХЗ-21) 99,70-99,95% и йода - остальное. Смесь подавалась дозированно из условия поддержания рабочего давления 133 Па при натекании вакуумной системы 0,017 (л мкм/с). Время процесса 10 - 60 минут (выбирается в зависимости от требуемых характеристик поверхностей инструментального материала и условий резания). Охлаждение упрочненного инструмента на спокойном воздухе.

Величина и микротвердость упрочненного слоя регистрировались на образцах быстрорежущей стали Р6М5. Размер образцов 10 х 10 х 4 мм. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Упрочненные предлагаемым способом упорнопроходные резцы, изготовленные из стали Р6М5, испытывались при непрерывном точении нержавеющей стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5949-77) на универсальном токарном станке модели 16К20 при следующих режимах резания: скорость резания V = 0,4 м/с, подача S = 0,1 мм/об, глубина резания t = 0,5 мм.

Данные о результатах испытаний резцов по сравнению с базовым объектом и прототипом, приведены в таблице 2.

Предлагаемый способ химико-термической обработки позволяет активизировать процессы диффузии активных элементов в упрочняемую поверхность за счет устранения побочных эффектов (возникновение оксидного слоя на поверхности обрабатываемого изделия и др.), повысить износостойкость инструментов, изготовленных из инструментальных сталей.

Источники информации 1. Рогальски З., Панасюк В. Нитрооксидирование режущего инструмента.// Металловедение и термическая обработка металлов. - 1972. - N 6. - С. 35-40.

2. Шенгалев В.М., Кузьмина В.И., Такарскина Н.Н. Упрочнение быстрорежущей стали методом сульфокарбонитрации.// Рукопись деп. в НИИМаше. N 257-84 Деп. Владимир. 1984. 9 с.

3. JP 04136153 Mitsubishi Heavy Ind LTD Sumitomo Kogyo K.K. 11.05.1992, С 23 С 8/36.

Формула изобретения

1. Способ химико-термической обработки инструментальных сталей, включающий диффузионное насыщение в плазме тлеющего разряда в азотуглеродной среде, отличающийся тем, что насыщение проводят в среде, содержащей, %: продукты термической диссоциации азодикарбонамида 99,70 - 99,95; йод - остальное.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение проводят в среде, содержащей в качестве продуктов азодикарбонамида порофор ЧХЗ-21.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу обработки, по меньшей мере, одной детали из магнитомягкого материала согласно ограничительной части п

Изобретение относится к химико-термической обработке

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для термической обработки сталей, преимущественно при плазменном упрочнении деталей машин и обрабатывающего инструмента

Изобретение относится к химико-термической обработке стального и твердосплавного инструмента и может найти применение в различных отраслях машиностроения, горной, строительной, металлообрабатывающей и станкостроительной промышленности
Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к ионному азотированию в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей сложной конфигурации, режущего инструмента и штамповой оснастки
Изобретение относится к способу нанесения тонкопленочного покрытия на металлические изделия и может найти применение при изготовлении режущего инструмента, изделий триботехнического назначения, высоко нагруженных деталей машин и механизмов
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к азотированию стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения машин
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу комбинированной химико-термической обработки деталей машин. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей включает циклическую цементацию деталей и закалку. Перед циклической цементацией проводят предварительные термообработку и механообработку, включающие нормализацию при температуре 950°С, высокий отпуск при температуре 670°С, закалку от температуры 1010°С, высокий отпуск при температуре не менее 570°С и пластическую деформацию методом осадки при температуре не менее 700°С со степенью деформации 50…80%. Циклическую цементацию проводят с чередованием циклов насыщения и диффузионной выдержки, при этом осуществляют не менее 12 циклов продолжительностью не менее 30 минут. Количество циклов зависит от необходимой толщины диффузионного слоя, а соотношение времен насыщения и выдержки составляет от 0,1 до 0,2. После упомянутой цементации проводят высокий отпуск, закалку в масло, обработку холодом при температуре -70°С и трехкратный отпуск при 510°С. Затем осуществляют ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 480…500°С в течение не менее 10 часов при следующих параметрах: напряжение на катоде при катодном распылении - 900 В, в режиме насыщения - 400 В, плотность тока 0,20…0,23 мА/см2, состав газовой среды - азотоводородная смесь с 95% азота и 5% водорода, расход газовой смеси до 10 дм3/ч, давление в камере при катодном распылении - 13,3 гПа, при насыщении - 5…8 гПа. Обеспечивается повышение износостойкости приповерхностных слоев теплостойкой стали, формирующихся в результате цементации и азотирования, и увеличение долговечности узлов трения скольжения из материала с таким составом приповерхностного слоя. 1 пр.

Изобретение относится к способу получения упрочненного сплава, имеющего металлическую основу, в объеме которой диспергированы наночастицы, из которых по меньшей мере 80% имеют средний размер от 0,5 нм до 50 нм. Указанные наночастицы содержат по меньшей мере один нитрид, выбранный из нитридов по меньшей мере одного элемента-металла М, выбранного из группы, содержащей Ti, Zr, Hf и Та. Способ включает следующие последовательные этапы, на которых a) осуществляют плазменное азотирование основного сплава при температуре от 200°C до 700°C для введения в него внедренного азота, причем указанный основной сплав содержит от 0,1% до 1% по весу элемента-металла М и выбран из аустенитного, ферритного, ферритно-мартенситного сплава или сплава на основе никеля, b) проводят диффундирование внедренного азота в указанном основном сплаве при температуре от 350°C до 650°C и c) осуществляют выделение нитрида при температуре от 600°C до 900°C в течение от 10 минут до 10 часов с образованием указанных наночастиц, диспергированных в упрочненном сплаве. Обеспечивается получение сплава, упрочненного частицами нитрида. 28 з.п. ф-лы, 1ил.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм. 2 пр.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и ионному азотированию поверхностей стальных деталей. Способ упрочнения поверхности термообработанной стальной детали включает операцию электроэрозионного легирования и операцию ионного азотирования, причем операцию ионного азотирования осуществляют до или после операции электроэрозионного легирования в течение времени, достаточного для насыщения поверхностного слоя детали азотом на глубину зоны термического влияния для предотвращения снижения в ней твердости. Операцию электроэрозионного легирования выполняют графитовым электродом по меньшей мере в два этапа со снижением энергии разряда на каждом последующем этапе. Первый этап легирования графитовым электродом проводят с энергией разряда 0,1-6,4 Дж и производительностью 0,2-4,0 см2/мин, а второй этап легирования графитовым электродом проводят с энергией разряда 0,1-2,83 Дж и производительностью 0,2-2,0 см2/мин. Обеспечивается повышение производительности без увеличения шероховатости. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к линии изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали и к способу изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали с использованием упомянутой линии. Предложенная линия содержит зону азотирования для азотирования упомянутой полосы, зону охлаждения для охлаждения упомянутой полосы и зону нагрева для нагрева упомянутой полосы, расположенную перед зоной азотирования. Зона азотирования содержит расположенные напротив полосы положительные электроды для формирования тлеющего разряда и расположенные между положительными электродами и полосой отрицательные электроды для формирования тлеющего разряда. Между положительными и отрицательными электродами генерируется тлеющий разряд с образованием плазмы для азотирования полосы. В частном случае упомянутая линия выполнена с внутренней частью зоны азотирования, разделенной по ширине полосы на зоны для обеспечения раздельного контроля азотирования внутри каждой из разделенных зон. Указанный способ изготовления азотированного листа из текстурированной электротехнической стали осуществляют с использованием упомянутой линии, в котором после холодной прокатки и перед вторичным рекристаллизационным отжигом проводят непрерывное плазменное азотирование в тлеющем разряде полосы из текстурированной электротехнической стали с использованием упомянутой линии. С высокой точностью обеспечивается контроль степени азотирования, снижается время, необходимое для обработки, и получают улучшенные магнитные свойства по всей полосе. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно - к процессам нитроцементации инструментальных сталей в плазме тлеющего разряда

Наверх