Способ упрочнения стальных деталей Советский патент 1985 года по МПК C21D1/78 C23F17/00 

00

1

-чЗ

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению защитных диффузионных покрытий на стальных деталях, работающих при циклических нагрузках в условиях малоцикловой или многоцикловой усталости на воздухе и в агрессивных средах.

Цель изобретения - увеличение долговечности стальных деталей.

Для осуществления предлагаемого способа производят насьщение легирующим элементом из легкоплавкого расплава при температуре насыщения, затем высокотемпературньй вакуумный отжиг и нормализацию.

Высокотемпературный вакуумный отжиг обеспечивает удаление свинца по границам зерен из диффузионного слоя, Нормализахщя необходима для измельчения зерна, так как предшествуюгцие операции диффузионного насыщения и отжига - высокотемпературные, приводящие к росту зерна и разупрочнению стальных изделий. Режим нормализации влбирается в зависимости от марки стали. I

Пример 1. Образец из листовой

нормализованной стали 55 сеченичм 5 . 8 мм подвергается химико-термической обработке в ванне с расплавленным сринцом, в котором растворено 3% масс никеля в течение 20 ч при 105CfC.После этого для испарения свинца из диффузионного слоя производят высокотемпературный диффузионный отжиг, для чего деталь помещают в вакуумную печь при разрежении 1ГГ мм рт.ст. и выдерживаютпри 1050°С в течение 1 ч.После высокотемпературного вакуумного диффузионного отжига производят нормализацию.Готовый образец устанавливается на машину и деформируется при симметричном циклическ.ом изгибе на воздухе с частотой 7 цикл/мин при максимальном напряжении цикла 350 МПа в течение 30000 циклов. Число циклов 30000 является заданной долговечностью для данного образца, так как при этом величина раскрытия трещины не превышает 20 мкм и ее можно залечить, при большем раскрытии трещин она не залечивается. Далее образец снимают и залечивают трещину, применяя снова указанный Bbmie способ химико-термической обработки стали. Восстановленньш образец устанавливают на маишну и циклически деформируют на воздухе при тех же режимах в течение 30000 циклов.

после чего образец снимают и вновь подвергают аналогичной химико-термической обработке. Процесс восстановления можно повторить многократно. Аналогичный образец с покрытием согласно прототипу (без вакуумного отжига и нормализации), испытанный при тех же режимах, что и образец в примере 1, исчерпал свою долговечность при 2100 циклах.

Пример 2. Плоский образец из листовой нормализованной стали сечением 5 8 мм подвергают аналогичной примеру 1 химико-термической обработке и симметричному циклическому изгибу с частотой 7 цикл/мин при амплитуде напряжения 330 МПа в 3%-ном водном растворе NaCI. В этих условиях он разрущается в интервале 28-28 тыс. циклов, поэтому образец снимается с машины после обработки 22000 циклов и подвергается снова химико-термической обработке для залечивания дефектов. Восстановленный образец вновь устанавливают на машину и циклически деформируют в том же режиме в 3%-ном водном растворе NaC1. После 22000 циклов его снимают к снова подвергают вьшеуказанной химико-термической обработке. Аналогичный- образец с покрытие { согласно прототипу, испытанньй при режимах, аналогичных примеру 2, исчерпал свою долговечность при 12000 циклах.

Пример 3. Плоский образец .из листовой нормализованной стали 45 сечением 80 -3 мм, имеющий в средней части пропил шириной О,16 мм и длиной 7,8 мм (имитатор трещины) подвергается аналогичной примеру 1 химикотермической обработке, после чего его ставят в испытательную машину и испытывают при пульсационном растягивающем напряжении 510 МПа с частотой 2 цикла в минуту. Рост трещины наблюдается после 5000 циклов, образцы сразу снимают и подвергают повторной химико-термической обработке предлагаемым способом, после чего на восстановленном образце в последующие 5000 циклов нагружения трещины не развивается. Аналогичный образец с покрытием согласно прототипу вьщерживает 500 циклов.

П р и м е р 4. Стандартный цилиндрический образец из нормализованной стапи 45, прошедший указанную химикотермическую обработку, подвергается циклическому изгибу с вращением в 3%-ном водном растворе NaCI при частоте 3000 цикл/мин при максимальной амплитуде напряжения 200 МПа. После 410 циклов образец снимают и подвергают указанной химико-термической обработке,после чего его опять ставят на машину,и он в тех же условиях работает 4 10 циклов без образования трещины. Аналогичный образец с химико термической обработкой согласно прототипу вьщерживает 5-10 циклов до образования трещины. П р и м е р 5. Стандартный цилиндрический образец из нормализованной стали 45, прошедший предлагаемую химико-термическую обработку, подвергается циклическому изгибу- с вращением при частоте нагружения 3000 цикл/мин и максимальной амплитуде 200 МПа в :40%-ном водном растворе NaOH. После 4«10 циклов образец снимают и повтор 1 74 но подвергают предлагаемой химикотермической обработке, после чего он при тех же режимах работает циклов без образования трещины. Образец с покрытием согласно прототипу, испытанньй в тех же условиях, дает образование трещины при ЗгЮ циклах. Срок службы в условиях малоцикловой усталости в результате покрытия согласно предлагаемому способу возрастает в 14-18 раз, а в условиях многоцикловой усталости - в 8-10 раз без учета повторного восстановления детали. Наиболее полный экономический эффект предлагаемого способа по сравнению с прототипом может быть получен при применении его с учетом повторного восстановления эксплуатационных свойств детали. Предлагаемый способ особенно перспективен для деталей, работающих при высоких температурах.

1. СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий насыщение леги ующим элементом из легкоплавкого расплава при температуре насьпценкя, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности деталей после насыщения производят высокотемпературный вакуумный отжиг и нормализацию. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что насьщение осуществляют никелем из расплава свинца, содержащего 3% никеля. (Л с