Способ комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали

Авторы патента:

Асылбаев Александр Владиславович (RU)

C23C8/38 - обработка стальных поверхностей

C21D6/04 - закалка путем охлаждения ниже 0шC

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2757362:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» (RU)

Изобретение относится к cпособу комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали. Способ включает нагрев изделия до температуры 950^οС, последующую закалку, обработку холодом при температуре -70-80^οС и последующее ионное азотирование, отличающийся тем, что ионное азотирование осуществляют с выдержкой 5-6 ч при температуре 400-600^οС. Технический результат заключается в уменьшении содержания остаточного аустенита, что обеспечивает повышение прочностных характеристик и трибологических свойств изделий из быстрорежущих сталей. 1 пр.

Изобретение относится к области комбинированной химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности изделий, изготовленных из быстрорежущей стали.

Известен способ химико-термической обработки деталей из конструкционных сталей (RU 2358019 C21D 1/78, С23С 8/22 23.10.2007), включающий цементацию при температуре 920-940°С, после которой дополнительно проводят высокотемпературный отпуск при 640-680°С, закалку осуществляют при температуре 980-1000°С, а промежуточный отпуск - при температуре 500-520°С, по крайней мере, два раза.

Недостатком аналога является высокая энергоемкость процесса, связанная с многократным высокотемпературным нагревом детали из конструкционной стали.

Известен способ обработки изделий из инструментальных заэвтектоидных сталей (RU 2349651 C21D 9/22, C21D 6/04, C21D 1/78 20.03.2009), включающий предварительную подготовку структуры стальных изделий, предварительную закалку, средний отпуск на температуру 400-480°С, нагревом под окончательную закалку, после чего идет обработка холодом при -70°С и низкий отпуск 100-120°С.

Недостатком аналога является высокая длительность процесса термообработки.

Известен способ комбинированной химико-термической обработки деталей из теплопрочной стали (RU 2606683 С23С 8/34 16.12.2015), включающий предварительную термическую обработку путем нормализации при температуре 950°C с охлаждением на воздухе, высокого отпуска при температуре 650°C с выдержкой 3 часа, охлаждение на воздухе, закалки в масле при температуре 960°С, повторного высокого отпуска при температуре 660°C с выдержкой 3 часа, проведение вакуумной цементации при температуре 940°С, последующей обработкой холодом и газовым азотированием при температуре 480°С.

Недостатком аналога является высокая длительность процесса из-за использования поэтапного отпуска и использования газового азотирования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей (RU 2532777 С23С 8/38, С23С 14/06, 10.11.2014),включающий нормализацию при температуре 950°С, высокий отпуск при температуре 670°С, закалку от температуры 1010°С, циклическую цементацию деталей, последующую обработку холодом при температуре -70°С, трехкратный отпуск при 510°С, и ионное азотирование в диапазоне температур 480…500°С.

Недостатками прототипа являются высокая длительность процесса, большая энергозатратность.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является сокращение длительности химико-термической обработки изделия и повышение энергоэффективности.

Технический результат - уменьшение содержания остаточного аустенита, повышение прочностных характеристик и трибологических свойств изделий из быстрорежущих сталей.

Данная задача решается, а технический результат достигается тем, что в заявленном способе комбинированной химико-термической обработки, который включает нагрев изделия до температуры 950°С, последующую закалку, обработку холодом при температуре -70…-80°С и последующее ионное азотирование, согласно изобретению ионное азотирование осуществляют с выдержкой 5-6 ч. при температуре 400-600°С.

В отличие от прототипа, в заявленном изобретении используют ионное азотирование с выдержкой 5-6 ч при температуре 400-600°С вместо трехкратного отпуска с выдержкой 10±1 ч., сокращают время на обработку детали с 10±1 ч. До 5-6 часов.

Пример конкретной реализации способа.

Обрабатываемое изделие, нагретое до температуры t=950±50°С погружают в закалочную жидкость - масло (температура масла в момент погружения в нее изделий не должна превышать 20°С). Закаленное изделие погружают в холодильную камеру с температурой среды t=-70..-80°С на 30-40 минут. Промежуток между закалкой и началом обработки холодом не должен превышать 20 минут. По завершению обработки холодом изделие загружают в вакуумную камеру для дальнейшего ионного азотирования. Ионное азотирование проводят при Р=200 Па в смеси газов аргона, водорода и азота (50% Ar+15%Н2+35% N2) в течение 2 часов при температуре t=500°С. Обработку холодом проводят для максимально полного мартенситного превращения и исключения из фазового состава микрообъемов нестабильной аустенитной фазы.

Заявленный способ имеет следующие преимущества: возможность обработки конструкционных сталей, повышение прочностных характеристик стальных изделий за счет применения ионного азотирования, высокая технологичность процесса, экологическая чистота процесса за счет отсутствия вредных производственных выбросов в атмосферу.

Итак, заявленное изобретение позволяет сократить длительность химико-термической обработки изделия и повысить энергоэффективность, а также уменьшить содержание остаточного аустенита, что приводит к повышению прочностных характеристик и трибологических свойств изделий из стали.

Способ комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали, включающий нагрев изделия до температуры 950°С, последующую закалку, обработку холодом при температуре -70-80°С и последующее ионное азотирование, отличающийся тем, что ионное азотирование осуществляют с выдержкой 5-6 ч при температуре 400-600°С.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износостойких покрытий, и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей. Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали включает ионную очистку детали в среде инертного газа и формирование адгезионного, переходного и функционального слоев.

Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей // 2755911

Изобретение относится к способу низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда. Способ включает катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов.

Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия // 2754148

Изобретение относится к способам импульсно-лазерной модификации и ионно-плазменного упрочнения поверхности и может быть использовано, например, в энергетическом машиностроении для защиты рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин от износа, вызванного каплеударной эрозией. Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия включает ионную очистку поверхности изделий и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия, причем до ионной очистки изделия текстурируют рельеф поверхности изделия импульсно-лазерной модификацией поверхности с использованием инфракрасного иттербиевого волоконного лазера с длиной волны 1064 нм и средней мощностью лазерного излучения не более 22,4 Вт с заданными глубиной впадин и высотой выступов 10÷30 мкм, шириной выступов и шириной впадин 40÷60 мкм, формируют бороздки с продольным направлением и параллельным отношением бороздок друг к другу, а глубину ионно-плазменного азотирования-упрочнения поверхности выбирают равной 30÷100 мкм.

Способ поверхностного легирования деталей из стали 40х // 2716177

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Способ поверхностного легирования деталей из стали 40Х включает нанесение на поверхность деталей состава, содержащего легирующие элементы, предварительное поверхностное легирование и термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами путем нагрева при температуре 650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов и с последующим охлаждением.

Способ упрочнения поверхностей термообработанных стальных деталей // 2688787

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и азотированию поверхностей стальных деталей. Способ упрочнения поверхностей термообработанных стальных деталей включает электроэрозионное легирование графитовым электродом по крайней мере в два этапа со снижением энергии разряда на каждом последующем этапе и ионное азотирование в течение времени, достаточного для насыщения металла азотом на глубину зоны термического влияния.

Способ упрочнения стального изделия ионно-плазменной карбонитрацией // 2682986

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию защитных и упрочняющих покрытий методами химико-термической обработки изделий из конструкционных и специальных сталей, и может быть использовано в промышленном производстве при серийном изготовлении изделий на предприятиях автомобильной, авиационной, кораблестроительной и станкостроительной отраслей, при производстве сельскохозяйственных инструментов и агрегатов, а также для проведения комплексных лабораторных исследований.

Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей // 2664106

Изобретение относится к обработке металлов поверхностной пластической деформацией и вакуумному ионно-плазменному азотированию и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из сталей. Способ низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда включает катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов.

Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы ti-al на стальной детали в вакууме // 2662516

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий и может быть использовано для расширения ассортимента деталей машин и инструмента. Способ получения износостойкого градиентного покрытия системы Ti-Al на стальной детали в вакууме включает осаждение интерметаллидного покрытия системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда в течение 180 мин при давлении 1,5*10-1 Па в среде инертного газа в виде аргона и токах дуговых испарителей в диапазоне 60-120 А и последующее азотирование в дуговом разряде посредством плазменного источника с накальным катодом в течение 60 мин при давлении 2*10-1 Па в среде реакционного газа в виде азота, токе накального катода 100А и токе дугового разряда плазменного источника 50А и температуре детали 550°С.

Устройство для обработки изделия из стали в плазме тлеющего разряда // 2656191

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента. Устройство для азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда содержит вакуумную камеру, источник питания, обрабатываемую деталь в виде катод-детали, экран в виде сетки, установленный на расстоянии от катод-детали и устройство для подачи газа.

Способ локального ионного азотирования стальных изделий в тлеющем разряде с магнитным полем // 2654161

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении. Способ локального азотирования стального изделия в тлеющем разряде в магнитном поле включает проведение вакуумного нагрева участка стального изделия, подверженного интенсивному износу в плазме азота повышенной плотности, при этом упомянутый участок стального изделия помещают в центр кольцевой магнитной системы, установленной на катоде, в которой формируют плазму азота повышенной плотности, и осуществляют вакуумный нагрев с формированием на нем нитридного слоя, состоящего из нитрида железа Fe4N и нитрида хрома Cr4N.

Способ изготовления подвергнутой повторному формованию детали из плоского стального продукта с содержанием марганца и деталь такого типа // 2725939

Изобретение относится к способу изготовления детали из плоского стального продукта с содержанием Mn: от 4 до менее 10 вес.% С: от 0,0005 до 0,9 вес.%, Al: от 0,02 до 10 вес.%, при этом остаток - железо с неизбежными сопутствующими стали элементами, и с TRIP-эффектом при комнатной температуре. Чтобы получить деталь, которая отличается очень высокой прочностью и повышенным остаточным натяжением и способностью подвергаться повторному формованию, плоский стальной продукт, в соответствии с настоящим изобретением, подвергают повторному формованию посредством по меньшей мере одного этапа повторного формования с получением детали и, до и/или во время и/или после по меньшей мере одного этапа повторного формования, плоский стальной продукт охлаждают до температуры плоского стального продукта от температуры ниже комнатной до -196°С.