Способ термической обработки стальных деталей Советский патент 1984 года по МПК C21D1/78 

Изобретейие относится к машиностр ению и предназначено для получения требуемых размеров деталей, а также может быть применено для исправления деталей, не с вечающих требованиям вследствие нарушения технологии изготовления, а также для восстановления размеров посте эксплуатации, В машийостроении применяются различные способы термической обработки стальных деталей дня обеспечения требуемых размеров,например, нанексением покрытий напылением, наплавкой гальваническим способом 1. Недостатками известных способов являются использование дефицитных компонентовдля нанесения покрытий и сложность технологии нанесения покрытия. Известен способ термической обработки стальных деталей, в частности валков станов горячей прокатки, путем трехкратного индукционного нагрева до 650-680 С и охлаждением до комнат ной температуры с проведением охлаждения водой после последнего нагрева 1,2 Данный способ продлевает срок службы деталей, но не обеспечивает вое-становление размеров, например, пред варительно азотированных. Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому резуль тату является способ термической обработки стальных деталей, включаюП1ИЙ азотирование, термоциклирование в интерв е на ЗО-ЗО С выше Ас и на 30-50 С ниже Лг, нагрев под закал ку и закалку 3. Данный способ позволяет повысить пластичность и ударную вязкость. Однако применение указанного способа для получения требуемых размеров деталей не дает желаемого результата в связи с тем, что при термодиклировании осуществляется равномерный по объему прогрев детали. При этом происходит интенсивное перераспределение азота в азотированном слое за счет дёазотации с поверхности и диффузии в глубь изделия. Область температур цикла лежит вьш1е точек фазовых превращений (диаграмма Fe-N), позтому замет ного однонаправленного формоизменения деталей не наблюдается. Целью изобретения является полу.чение требуемых размеров деталей. Указанная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки стальных деталей, преимущественно с азотированной рабочей поверхностью, включающему циклические нагрев и охлаждение, в каждом цикле осуществляют поверхностный нагрев азотированной поверхности до 680730 С, а охлаждение - до 100-15Пс. По мере эксплуатационного износа термоциклирование повторяют без повторного азотирования. Количество теплосмен выбирают опытным путем в зависимости от потребности, в увеличении размеров в пределах до 100 мкм (зависит от глубины азотированного слоя). Осуществление термоциклирования путем нагрева со стороны азотированной поверхности с охлаждением на массу создает однонаправленный градиент температур по сечению изделия. За счет зтого предотвращается активная диффузия азота вглубь. Выбор области температур цикла в интервале от 680-730 до 100-150 с способствует усилению эффекта наращивания пластической деформации за счет фазовых превращений в пределах азотированного слоя, происходящих с изменением удельного объема, а также за счет анизотропии коэффициента термического расширения в различньк фазах. Выбранный интервал температур нагрева 680-7 30С обеспечивает, кроме максимального эффекта формоизменения, сохранение достаточной твердости и износостойкости поверхности. В соответствии с диаграммой Fe-N в азотированных объемах при максимальной температуре цикла фс1рмируется прослойка - фазы с ГП структурой, превращающаяся в процессе охлаждения в азотистый аустенит с ГКЦ структурой. Отмеченное усиливает эффект формоизменения. Повышение максимальной температурь термоциклирования выше указанной нецелесообразно, так как приводит к интенсивной дёазотации и изменению фазового состава азотированных объемов. Эффект формоизменения, как правило, возрастает с увеличением интервала температур термоциклирования Л Т. Экспериментально установлено, что в процессе термоциклирования охлаждение поверхности следует осуществлять до 100-150 С. Это обеспечивает формоизменение достаточное для практических целей. Дальнейшее увеличение /ц Т за счет понижения температуры 31 поверхности не сопровождается усилением эффекта и опасно возникновением трещин усталостной природы. Формоизменение азотированного сло при обоснованных параметрах термоциклирования позволяет получить рост размеров изделий до 70 мкм (при глубине слоя не бол ее О, 18-0,21 мм), при чем количество циклов термоциклирования при этом не превышает 1000. Способ реализуется в следующей последовательности. Восстанавливаемую поверхность изделия подвергают азотированию по тра ДИЩ1ОННОЙ технологии. Затем осуществляют термоциклирование нагревом со стороны азотированного слоя до температуры поверхности 680-730 С и охлаждением на массу до lOO-ISO C. Число циклов выбирают опытным путем таким, чтобы обеспечить заданные раз меры деталей. После этого изделие эксплуатируют до отказа из соображений размерного несоответствия вследствие износа. В этом случае изделие вновь подвергают термоциклированию до восстановления размеров. В дальнейшем по мере эксплуатационного износа термоциклирование повторяют. Пример 1. Образцы из стали 4ХЗВМФ с размерами 2x12x12 мм подвергали обработке по предлагаемому способу. Рабочую поверхность образцов азотировали в среде диссоциированного аммиака при 520-540 С в течение 18 ч. Глубина азотированного слоя состанаяла О, 18-0,21 мм. Образцы подвергали термоциклированию с пара метрами: нагрев со стороны азотированного слоя до 700 С и охлаждение 54 на массу до . По мере увеличения числа циклов измеряли приращение размеров образцов по высоте: Количество циклов Приращение раэмеров образца по высоте,мкм После обработки по прототипу приращение размера составило 5-7 мкм. Пример 2. Азотированную рабочую поверхность кулачка газораспределительного вала автомобиля подвергали изнашиванию на машине для испытания на износ типа СМЦ-2. После потери размера на величину 15-20 мкм вьтолнили термоциклирование с параметрами:- нагрев со стороны азотированного слоя до температуры поверхно. ти 700 С и охлаждение на массу до . Количество прклов для восс ановления исходного размера составило 225. Повторное изнашивание с указанной потерей размера 15-20 мкм восстановлено путем термоциклирования по указанному режиму за 580 ЦИК-лов. Таким образом, предложенный способ может применяться для увеличения реального срока службы изделий за счет многократного восстановления размеров изношенных поверхностей, а также для исправления деталей, не отвечающих размерным требованиям вследствие нарушения технологии их изготов ления.

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, преимущественно с азотированной рабочей поверхностью, включающий циклические нагрев и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью получения требуемых размеров, в каждом цикле осуществляют поверхностный нагрев азотированной поверхности до 680-73С С, а охлаждение - до 100-15П°С. (О с