СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК C21D1/78 C23C8/20 

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при изготовлении деталей конструкций и машин.

Известен способ упрочнения низкоуглеродистых сталей путем цементации, закалки и отпуска, который заключается в нагреве деталей в науглероживающей среде при температуре 900 950^oC, выдержке для получения глубины насыщения стали углеродом до 1,5 мм, охлаждения до цеховой температуры. Затем производят закалку с температуры 880^oC для исправления структуры сердцевины и производят закалку с температуры 820^oC для исправления структуры и получения высокой твердости цементационного слоя. После закалок производят низкий отпуск для обеспечения стабильных механических свойств и твердости HPC_э 59 63 цементационного слоя [1]
Этот способ продолжителен по времени, требует повышенных энергозатрат. При двойном нагреве для закалки обезуглероживается цементованный слой, снижается износостойкость и ресурс работы деталей.

Известен способ термического упрочнения, при котором после цементации детали охлаждают до 800 850^oC, затем нагревают выше температуры AC₃ и производят закалку. Закаленные по такому режиму детали отпускают при 160 180^oC [2]
Ближайшим аналогом является известный способ упрочнения низкоуглеродистых сталей, включающий цементацию, охлаждение с температуры цементации до 500
600^oC, выдержку 0,3 1 ч до полного распада аустенита, нагрев под закалку и охлаждение [3]
Недостатком аналога является то, что этот технологический процесс требует более продолжительного времени для его реализации, так как охлаждение до температуры 500 600^oC с температуры цементации более продолжительно, особенно в случае проведения цементации в твердом карбюризаторе в больших коробках. Кроме того, устойчивость аустенита при температурах, установленных в аналоге (500 600^oC), более продолжительное, чем предлагается. Это требует более продолжительной выдержки и, следовательно, большую загрузку оборудования. Следует отметить и то, что нагрев с более низкой температуры (500^oC) до температуры закалки потребует большего времени и энергетических затрат. Таким образом, осуществление технологического процесса по способу-аналогу вызывает большие энергетические затраты и большую продолжительность практически при одинаковом качестве продукции.

Цель изобретения повышение долговечности деталей, ускорение процесса производства и улучшение условий труда.

Цель достигается тем, что в известном способе упрочнения низкоуглеродистых сталей, включающем цементацию, охлаждение с температуры цементации, выдержку до полного распада аустенита, нагрев под закалку и охлаждение, охлаждение с температуры цементации производят до 680 550^oC, а нагрев под закалку ведут до 800 820^oC. При температуре 680 550^oC выдерживают 0,3 0,5 ч.

Предлагаемый способ термической обработки ускоряет процесс производства и повышает качество деталей вследствие улучшения структуры за счет превращений крупнозернистого аустенита в структуру перлитного типа при 680 550^oC. Последующий нагрев до 800 820^oC не вызывает больших энергетических затрат и времени, а закалка от указанных температур обеспечивает мелкозернистую структуру и высокие прочностные свойства, повышенную твердость и износостойкость.

Перечисленные особенности являются новым существенным отличием предлагаемого способа от способов аналога и прототипа.

Пример. Проводили цементацию и термическую обработку деталей и образцов из стали 10.

Детали и образцы укладывали в железные ящики с твердым карбюризатором. Ящики загружали в электрическую печь и проводили нагрев для цементации при 930^oC. После цементации на глубину 1 мм проводили охлаждение по различным схемам:
1. Охлаждали детали в ящиках на воздухе, а затем нагревали до 800 - 820^oC и проводили закалку.

2. Производили закалку с подстуживанием с температуры цементации.

3. Охлаждали с температуры цементации вместе с ящиками до цеховой температуры. Производили закалку с 880^oC в 10%-ном растворе NaCl в воде. Производили вторую закалку с 820^oC с охлаждением в 10%-ном NaCl в воде. Отпуск при 180^oC, 3 ч.

4. Охлаждали после цементации вместе с коробкой до 820^oC, затем нагревали детали с коробкой до 920^oC, производили закалку в 10%-ном NaCl в воде и отпуск при 180^oC, 3 ч.

5. Охлаждали с коробкой до температур 680 550^oC, выдерживали 20 и 30 мин, затем нагревали до 820^oC, производили закалку в 10%-ном NaCl в воде. Отпускали при 180^oC, 3 ч.

6. Охлаждали до 700^oC, 500^oC, выдерживали 30 мин, 10 мин, 1 ч, нагревали до 820^oC, охлаждали в 10%-ном растворе NaCl в воде. Отпускали при 180^oC, 3 ч.

Образцы подвергали испытаниям на изгиб, измеряли твердость. Результаты приведены в таблице.

Как следует из таблицы, наиболее высокие прочностные свойства σ_изг обеспечивают режим 3 способ аналог и режимы 5 и 6 предлагаемый способ. Однако у режимов предлагаемого способа твердость на 3 HRC_э выше, чем у способа аналога, кроме того, режим способа аналога на 2,5 ч продолжительнее и требует большего количества оборудования (электропечей), а предлагаемый способ можно осуществить в одной электропечи.

Большая продолжительность технологического процесса требует большего расхода электрической энергии, а более высокая твердость после предлагаемого способа относится, в первую очередь, к поверхностной твердости и достигается за счет того, что нагрев для закалки проводят в угле. Это не вызывает обезуглероживания поверхности и повышает износостойкость.

Расчет экономического эффекта.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа упрочнения состоит из экономии электрической энергии, сокращения продолжительности процесса, повышения надежности и износостойкости деталей.

Экономия электрической энергии заключается в сокращении работы электрической печи типа LEW на 2,5 ч во время проведения только одного режима упрочнения. Мощность печи (N) составляет 35 кВт.

Э_э 35 кВт•2,5 87,5 кВт•ч
где Э экономия электрической энергии, кВт•ч.

Таким образом, только экономия электрической энергии при использовании предлагаемого способа вместо способа применяемого на предприятии составляет 87,5 кВт•ч.

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при изготовлении деталей конструкций и машин. Задачей является повышение долговечности деталей, ускорение производства и улучшение условий труда. Сущность изобретения: детали из стали 10 укладывают в железный ящик с твердым карбюризатором и нагревают до 930^oC. Цементацию ведут на глубину 1 мм. Охлаждают детали в ящиках на воздухе до 680 - 550^oC, выдерживают 0,3 - 0,5 ч, нагревают до 800 - 820^oC и закаливают. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ упрочнения низкоуглеродистых сталей, включающий цементацию, охлаждение с температуры цементации до заданной температуры, выдержку до полного распада аустенита, нагрев под закалку до заданной температуры и охлаждение, отличающийся тем, что охлаждение с температуры цементации производят до 680 550^oС, а нагрев под закалку ведут до 800 820^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку осуществляют в течение 0,3 0,5 ч.