Способ термической обработки изделий с металлическим покрытием Российский патент 2017 года по МПК C21D6/04 C23C14/00 C21D9/22 

Описание патента на изобретение RU2623929C1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении режущего и штампового инструмента, быстро изнашиваемых деталей и технологической оснастки из конструкционных и инструментальных сталей, а также из металлокерамических твердых сплавов.

Известен способ термической обработки быстрорежущей стали (RU2059000), включающий закалку, высокотемпературный однократный отпуск и окончательный отпуск, отличающийся тем, что после высокотемпературного отпуска проводят обработку холодом. Данный способ не обеспечивает максимально высокого уровня износостойкости. Более высокий уровень износостойкости инструмента и пластин из инструментальной стали и металлокерамических твердых сплавов достигается нанесением износостойких покрытий на основе хрома и титана.

Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости деталей и инструмента с покрытием, увеличение эксплуатационной стойкости инструмента, быстроизнашиваемых деталей и оснастки.

Технический результат достигается в способе термической обработки изделий, включающем предварительные закалку и отпуск, нанесение металлического покрытия. Затем проводят криогенную обработку в среде газообразного азота при температуре от –153 до –196ºС более 24 часов, нагревают до комнатной температуры, проводят низкий отпуск при температуре от 150 до 180ºС с последующим охлаждением на воздухе. Металлическое покрытие наносится методом вакуумного напыления.

Термическая обработка позволяет значительно повысить износостойкость. Дополнительно проведенная обработка холодом или криогенная обработка к термической обработке позволяет превзойти повышенный уровень износостойкости, который обеспечивает термическая обработка. В случае нанесения покрытия на термически обработанные поверхности с повышенной износостойкостью позволяет достичь уровня износостойкости, превосходящего уровень износостойкости получаемого от совместного влияния термической обработки и дополнительной криогенной обработки. Максимально высокий уровень износостойкости продукции обеспечивается, если изделия с металлическим покрытием предварительно термически обработанные подвергнуть криогенной обработке. В таком случае криогенная обработка позволяет достичь максимального уровня износостойкости материала покрытия и основного металла. Если при эксплуатации наступит полный износ слоя металлического покрытия, то высокое сопротивление истиранию обеспечит криогенно обработанный основной материал детали и тем самым будет обеспечен наибольший ресурс работы изделия.

Способ осуществляют, например, следущим образом.

Образцы из инструментальных сталей Х12МФ, 9ХС и Р6М5 диаметром 8 мм и длиной 15 мм термически обработанные по обычной технологии (например, Гуляев А.П. и др. Инструментальные стали. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Машиностроение, 1975), включающий закалку, высокотемпературный однократный отпуск и окончательный отпуск (таблица 1), подверглись нанесению металлического покрытия, а именно методом вакуумного напыления (PVD) Balinit-Allnova (на основе AlCrN) в атмосфере азота. Метод PVD характеризуется высокой производительностью процесса нанесения покрытий, малой энергоёмкостью.

Таблица 1 - Режимы термообработки инструментальных сталей

№ п/п Наименование параметра режима термообработки Единица измерения Марка стали 9ХС Х12МФ Р6М5 1 Температура первого подогрева под закалку ºС 500 - 600 2 Температура второго подогрева под закалку ºС 840 - 860 3 Температура закалки ºС 860 - 880 1060 - 1080 1215 - 1225 4 Охлаждающая среда масло Расплав селитры и щелочи Расплав селитры и щелочи 5 Температура среды охлаждения ºС 20 - 40 400 - 550 400 - 500 6 Выдержка в охлаждающей среде До температуры масла Равна выдержке при нагреве под закалку 3 – 5 мин 7 Охлаждение до температуры 20ºС среда На воздухе 8 Температура отпуска ºС 160 - 180 150 - 170 555 + 5 9 Среда, применяемая при отпуске Масло Масло Расплав солей щелочи 10 Время отпуска ч 1 1 1 11 Количество отпусков шт. 1 1 3

Далее, образцы были термически обработаны в среде газообразного азота при температуре от –153 до –196ºС более 24 часов с последующим нагревом в данной среде до комнатной температуры. Для уменьшения остаточных закалочных напряжений выбирают температуру низкого отпуска такой, чтобы твёрдость и износостойкость практически не снижалась. Низкий отпуск образцов проводился при температуре 150-180ºС с выдержкой, превышающей 1-3 часа. В завершении, охлаждают образцы на воздухе.

Испытания образцов на абразивную износостойкость проводили по закрепленному абразиву по стандартной схеме «палец – диск», но с заменой наиболее часто используемой траектории движения по архимедовой спирали на прямолинейные участки. Триботехнические испытания образцов проводились на трехкоординатном фрезерном станке с ЧПУ модели КХ3А. Исследуемый цилиндрический образец из инструментальной стали закрепляли в шпинделе станка и нагружали осевой силой тарированной пружины, расположенной внутри шпинделя. Листовой абразивный материал закрепляется на столе фрезерного станка. Рабочая поверхность образца для достижения плотного прилегания к абразивной поверхности предварительно прирабатывалась.

Основными параметрами испытаний являются: сила нагружения образца N=4H; скорость перемещения F=500 мм/мин; путь трения L=415 мм. В качестве варьируемого параметра испытаний использовалась зернистость абразива (электрокорунда) Р240 и Р400. Весовой износ определялся с точностью до 0,0001 грамма на аналитических весах ВЛ-120. Результаты испытаний на абразивный износ представлены в Таблице 2. В первых 6 строках таблицы приведены результаты испытаний инструментальных сталей без покрытия. В строках с 7 по 12 представлены результаты по приросту износостойкости за счет нанесения покрытия.

Таблица 2

№ п/п Марка стали Зернистость абразива Износ, г Повышение износостойкости, % Без покрытия PVD покрытие после КО и отпуска 1 Х12МФ Р400 0,0042 - 0,0034 19 2 9ХС 0,0062 - 0,0043 31 3 Р6М5 0,0051 - 0,0034 33 4 Х12МФ Р240 0,0092 - 0,0072 22 5 9ХС 0,0138 - 0,0113 18 6 Р6М5 0,0119 - 0,0089 25 7 Х12МФ Р400 0,0042 0,0014 - 66 8 9ХС 0,0062 0,0029 - 53 9 Р6М5 0,0051 0,0019 - 63 10 Х12МФ Р240 0,0092 0,0045 - 51 11 9ХС 0,0138 0,0065 - 53 12 Р6М5 0,0119 0,0052 - 56 13 Х12МФ Р400 - 0,0014 0,0012 14 14 9ХС - 0,0029 0,0016 45 15 Р6М5 - 0,0019 0,0013 32 16 Х12МФ Р240 0,0045 0,0036 20 17 9ХС - 0,0065 0,0031 52 18 Р6М5 0,0052 0,0027 48 19 Х12МФ Р400 0,0042 - 0,0012 71 20 9ХС 0,0062 - 0,0016 74 21 Р6М5 0,0051 - 0,0013 74 22 Х12МФ Р240 0,0092 - 0,0036 61 23 9ХС 0,0138 - 0,0031 77 24 Р6М5 0,0119 - 0,0027 77

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый способ позволяет значительно повысить абразивную износостойкость инструментальных сталей с покрытием по сравнению с известными способами термической обработки.

Похожие патенты RU2623929C1

название год авторы номер документа
Способ изготовления тонкостенных оболочек из легированных сталей 2019
  • Анненков Дмитрий Викторович
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Зайцев Виктор Дмитриевич
  • Барычева Тамара Петровна
  • Подколзин Николай Никитович
RU2710311C1
СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕЛКОРАЗМЕРНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ 2001
  • Тарасов А.Н.
  • Тилипалов В.Н.
  • Перетятко С.Б.
  • Шалагинов С.Л.
RU2203982C2
Способ термической обработки стали 1982
  • Мухамедов Азод Анварович
  • Якубов Февзи Якубович
  • Херсонский Анатолий Кельманович
  • Мухамедов Анвар Акбарович
SU1133306A1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ, ЛЕГИРОВАННЫХ, ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ, БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ И ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ 1996
  • Ерофеев В.К.
  • Григорьев В.В.
  • Воробьева Г.А.
RU2100456C1
СПОСОБ ТЕРМОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ 2004
  • Пудов Владимир Иванович
  • Соболев Анатолий Сергеевич
  • Трахтенберг Илья Шмулевич
  • Владимиров Александр Борисович
RU2273670C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ 1991
  • Шматов А.А.
  • Ворошнин Л.Г.
  • Гурьев А.М.
RU2017838C1
Способ обработки режущего инструмента 1985
  • Павленко Василий Федотович
  • Мовчан Владимир Онуфриевич
  • Буря Александр Иванович
  • Николаенко Александр Иванович
SU1323590A1
Способ термической обработки быстрорежущих сталей 1991
  • Баранов Юрий Викторович
  • Чуенков Андрей Анатольевич
  • Романов Александр Никитович
  • Тананов Анатолий Иванович
  • Курочкин Юрий Васильевич
  • Климов Александр Николаевич
  • Чуенков Анатолий Григорьевич
  • Гусенков Анатолий Петрович
SU1788980A3
Способ изготовления осесимметричных тонкостенных оболочек и устройство для изготовления осесимметричных тонкостенных оболочек 2019
  • Анненков Дмитрий Викторович
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Зайцев Виктор Дмитриевич
  • Барычева Тамара Петровна
  • Подколзин Николай Никитович
  • Брусенцев Виктор Петрович
  • Очнев Василий Владимирович
  • Тихонов Алексей Александрович
  • Октябрьская Лариса Владимировна
RU2727370C1
Способ изготовления и восстановления деформирующего инструмента для ротационной вытяжки 2016
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Демьяник Анна Сергеевна
  • Зайцев Виктор Дмитриевич
  • Барычева Тамара Петровна
  • Подколзин Николай Никитович
  • Белоусов Алексей Александрович
  • Брусенцев Виктор Петрович
RU2635988C1

Реферат патента 2017 года Способ термической обработки изделий с металлическим покрытием

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении режущего и штампового инструмента, быстро изнашиваемых изделий и технологической оснастки из конструкционных и инструментальных сталей, а также из металлокерамических твердых сплавов. Для повышения износостойкости изделий и увеличения эксплуатационной стойкости проводят предварительные закалку, отпуск и нанесение металлического покрытия на изделие методом вакуумного напыления, осуществляют криогенную обработку изделия в среде газообразного азота при температуре от –153 до –196ºС более 24 ч с последующим нагревом в ней до комнатной температуры, затем проводят низкий отпуск при температуре от 150 до 180ºС с последующим охлаждением на воздухе. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 623 929 C1

1. Способ термической обработки изделий из инструментальной стали, включающий предварительные закалку и отпуск, нанесение металлического покрытия, отличающийся тем, что после нанесения покрытия проводят криогенную обработку изделия более 24 ч в среде газообразного азота при температуре от –153 до –196ºС с последующим нагревом до комнатной температуры, затем осуществляют низкий отпуск при температуре от 150 до 180ºС с последующим охлаждением на воздухе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлическое покрытие наносят методом вакуумного напыления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2623929C1

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ 2007
  • Галиахметов Тимур Шамилевич
  • Фадеев Виктор Владимирович
  • Кургузов Сергей Анатольевич
RU2354718C2
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ 1998
  • Ильин С.С.
  • Волков Е.Д.
RU2164962C2
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ 2013
  • Новиков Виктор Иванович
  • Недашковский Константин Иванович
RU2535889C1
СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ 2007
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Шалькевич Андрей Борисович
  • Уткина Александра Николаевна
  • Банас Игорь Павлович
  • Верещагина Алла Андреевна
  • Коробова Елена Николаевна
RU2358019C1
US 6588218 B1, 08.07.2003.

RU 2 623 929 C1

Авторы

Кокорин Николай Анатольевич

Данилов Иван Александрович

Кондратенков Михаил Сергеевич

Даты

2017-06-29Публикация

2016-10-18Подача