RU2061785C1 - Method for thermo-chemical treatment of steel products - Google Patents
Method for thermo-chemical treatment of steel products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2061785C1 RU2061785C1 SU4879506A RU2061785C1 RU 2061785 C1 RU2061785 C1 RU 2061785C1 SU 4879506 A SU4879506 A SU 4879506A RU 2061785 C1 RU2061785 C1 RU 2061785C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- discrete
- saturation
- heating
- steel products
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, может быть использовано в автотракторостроении, станкостроении, нефтяной и химической промышленности и других отраслях, где возникает необходимость высокой надежности деталей, работающих в тяжелых условиях нагружения и является усовершенствованием способа по заявке N 4735676/02. The invention relates to mechanical engineering, can be used in automotive engineering, machine tool industry, oil and chemical industries and other industries, where there is a need for high reliability of parts operating under severe loading conditions and is an improvement of the method according to application N 4735676/02.
По основному авторскому свидетельству известен способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий нагрев, цементацию при температуре выше Ас3, дискретное подстуживание, при котором в каждом цикле охлаждают поверхность изделия до температуры 600-750oС, после чего делается пауза, в течение которой происходит саморазогрев поверхности от аккумулированного сердцевиной тепла. Такие циклы, включающие подстуживание и саморазогрев, повторяют до понижения температуры заготовки ниже Аr1, после чего изделие нагревают до температуры закалки и закаливают.According to the main author’s certificate, there is a known method of chemical-thermal treatment of steel products, including heating, cementation at temperatures above Ac 3 , discrete undercooling, in which the surface of the product is cooled to a temperature of 600-750 o С in each cycle, after which a pause is made, during which self-heating of the surface from the heat accumulated by the core occurs. Such cycles, including undercooling and self-heating, are repeated until the workpiece temperature drops below Ar 1 , after which the product is heated to the hardening temperature and quenched.
Количество циклов при дискретном подстуживании ограничивается толщиной стенок и массой детали. Поэтому для деталей среднего развеса, у которых удается осуществить не более 2-3 циклов, эффективность способа значительно снижается, т.е. описанный способ имеет ограниченную массой и теплоемкостью деталей область применения. The number of cycles with discrete reinforcement is limited by the wall thickness and the mass of the part. Therefore, for parts of average weight, in which it is possible to carry out no more than 2-3 cycles, the efficiency of the method is significantly reduced, i.e. the described method has a scope limited by the mass and heat capacity of the parts.
Существенным недостатком известного способа является неизбежное разупрочнение тонкого поверхностного слоя толщиной до 0,18 мм, за счет перераспределения из него углерода в более глубокие слои, что в большинстве случаев не позволяет использовать детали, обработанные таким способом, в машинах и механизмах без последующей механической обработки для удаления этого малопрочного слоя. A significant disadvantage of this method is the inevitable softening of a thin surface layer with a thickness of 0.18 mm due to the redistribution of carbon from it into deeper layers, which in most cases does not allow the use of parts processed in this way in machines and mechanisms without subsequent mechanical processing for removing this low strength layer.
Кроме того, недостатком указанного способа является значительная продолжительность процесса, определяемая в основном длительностью первоначального насыщения на глубину, составляющую 0,5 0,6 требуемой по чертежу. In addition, the disadvantage of this method is the significant duration of the process, determined mainly by the duration of the initial saturation to a depth of 0.5 to 0.6 required by the drawing.
Целью изобретения является повышение качества упрочненного слоя за счет ликвидации поверхностного обезуглероживания. The aim of the invention is to improve the quality of the hardened layer by eliminating surface decarburization.
Кроме того, целью является сокращение общей продолжительности процесса и расширение области применения за счет возможности обработки тонкостенных изделий. In addition, the goal is to reduce the overall duration of the process and expand the scope due to the possibility of processing thin-walled products.
Поставленная цель достигается тем, что в способе химико-термической обработки стальных изделий после дискретного подстуживания поверхности производят донасыщение ее в газовой среде с углеродным потенциалом 0,8-1,0 при температуре 920-960oС в течение 40-60 мин, после чего изделия принудительно подстуживают ниже температуры Аr1 и подвергают закалке с повторного нагрева.This goal is achieved by the fact that in the method of chemical-thermal treatment of steel products after discrete cooling of the surface produce its saturation in a gaseous medium with a carbon potential of 0.8-1.0 at a temperature of 920-960 o C for 40-60 minutes, after which the products are forced to lower below Ar 1 temperature and quenched with reheating.
С целью cокращения общей продолжительности процесса и расширения области применения за счет возможности обработки тонкостенных изделий, дискретное подстуживание поверхности с последующим донасыщением повторяют до получения слоя заданной глубины. In order to reduce the overall duration of the process and expand the scope due to the possibility of processing thin-walled products, discrete surface cooling with subsequent saturation is repeated until a layer of a given depth is obtained.
Введение в предлагаемый способ операции донасыщения в газовой среде с углеродным потенциалом 0,8-1,0 при температуре 920-960oС в течение 40-60 минут, которую проводят после дискретного подстуживания поверхности, позволяет заполнить углеродом разупрочненный поверхностный слой толщиной до 0,18 мм, образовавшийся при дискретном подстуживании за счет перераспределения углерода и продвижения его в более глубокие слои.Introduction to the proposed method, the operation of saturation in a gaseous medium with a carbon potential of 0.8-1.0 at a temperature of 920-960 o C for 40-60 minutes, which is carried out after a discrete cooling of the surface, allows you to fill carbon softened surface layer with a thickness of up to 0, 18 mm, formed during discrete undercooling due to the redistribution of carbon and its advancement into deeper layers.
Неоднократное повторение цикла, включающего операции дискретного подстуживания поверхности и последующее донасыщение в газовой среде с углеродным потенциалом 0,8-1,0 при температуре 920-960oС в течение 40-60 мин, позволяет для массивных деталей сократить общую продолжительность всего процесса за счет уменьшения времени первоначального насыщения, а заданную глубину слоя получать при этом в результате перераспределения углерода и продвижения его в глубь детали при повторении указанного цикла.Repeated repetition of the cycle, including the operations of discrete surface cooling and subsequent saturation in a gaseous medium with a carbon potential of 0.8-1.0 at a temperature of 920-960 o C for 40-60 minutes, allows for massive parts to reduce the total duration of the whole process due to reduction of the initial saturation time, and to obtain the specified layer depth in this case as a result of the redistribution of carbon and its advancement into the interior of the part when repeating the indicated cycle.
Кроме того, неоднократное повторение цикла, включающего дискретное подстуживание поверхности + донасыщение, позволяет расширить область применения предлагаемого способа за счет обработки более тонкостенных деталей, для которых однократное дискретное подстуживание с донасыщением незначительно изменяет при перераспределении углерода глубина цементованного слоя, полученного после первоначального насыщения. In addition, the repeated repetition of the cycle, including discrete surface cooling + saturation, allows you to expand the scope of the proposed method by treating thinner parts, for which a single discrete cooling with saturation does not change significantly when the carbon is redistributed, the depth of the cement layer obtained after the initial saturation.
При многократном повторении циклов, включающих дискретное подстуживание с донасыщением, для таких деталей за счет суммарного продвижения углерода при перераспределении в каждом цикле подстуживания удается получить заданную глубину цементованного слоя даже при незначительной глубине и продолжительности первоначального насыщения. With repeated repetition of cycles, including discrete undercooling under saturation, for such parts, due to the total carbon advancement during redistribution in each undercooling cycle, it is possible to obtain a predetermined depth of the cemented layer even with an insignificant depth and duration of the initial saturation.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.
При осуществлении изобретения по первому пункту формулы изобретения массивные стальные изделия подвергают цементации при температуре выше Ас3 в насыщающей среде на глубину, примерно в 1,5-2,0 раз меньшую требований чертежа, после чего их подвергают дискретному поверхностному подстуживанию, например кратковременными (по 3 -10 сек) погружениями в кипящий слой порошка железа, или в водный раствор полимера, или путем обдува поверхности инертны газом, прекращая охлаждение при достижении поверхностью температуры 600- 750oС и возобновляя его сразу же после саморазогрева поверхности за счет аккумулированного телом детали тепла.In carrying out the invention according to the first claim, massive steel products are carburized at a temperature above Ac 3 in a saturating medium to a depth of about 1.5-2.0 times less than the requirements of the drawing, after which they are subjected to discrete surface curing, for example short-term (according to 3-10 sec) by immersion in a fluidized bed of iron powder, or in an aqueous polymer solution, or by blowing the surface with an inert gas, stopping cooling when the surface reaches a temperature of 600-750 ° C and resuming it immediately e after self-heating of the surface due to the heat accumulated by the body of the part.
Регулированием продолжительности дискретных теплоотборов в каждом последующем цикле добиваются перемещения углерода от поверхности во все более глубокие слои. Циклы, включающие подстуживание саморазогрев, повторяют до понижения температуры ниже Аr1, что составляет 2 или более раз, после чего изделие вновь помещают в углероднасыщающую среду, где в течение 40-60 минут при температуре 920-960oС производят донасыщение углеродом тонкого поверхностного слоя, после чего изделие охлаждают ниже температуры Аr1 для перекристаллизации, нагревают под закалку и закаливают.By controlling the duration of discrete heat removal in each subsequent cycle, carbon is moved from the surface to deeper layers. Cycles, including self-heating, are repeated until the temperature drops below Ar 1 , which is 2 or more times, after which the product is again placed in a carbon-saturated medium, where a thin surface layer is saturated with carbon for 40-60 minutes at a temperature of 920-960 o С after which the product is cooled below the temperature Ar 1 for recrystallization, heated under quenching and quenched.
При осуществлении изобретения по 1,2 пунктам формулы изобретения как массивные, так и более тонкостенные изделия подвергают цементации при температуре выше Ас3 в насыщающей среде, после чего подвергают дискретному поверхностному подстуживанию, например кратковременными (по 3-10 сек) погружениями в кипящий слой железного порошка, или в водный раствор полимера, или путем обдува поверхности инертным газом, прекращая его при охлаждении поверхности до 600-750oС и возобновляя сразу же после саморазогрева поверхности за счет аккумулированного телом изделия тепла. Регулированием продолжительности дискретных теплоотборов в каждом последующем цикле добиваются перемещения углерода от поверхности во все более глубокие слои. Циклы, включающие подстуживание-саморазогрев повторяют 2 и более раз до понижения температуры изделия ниже Аr1, после чего изделие вновь помещают в углероднасыщающую среду, где в течение 40-60 минут при температуре 920-960oС производят донасыщение углеродом тонкого поверхностного слоя. Затем цикл, включающий дискретное поверхностное подстуживание-донасыщение в углероднасыщающей среде, повторяют один или несколько раз до получения слоя заданной глубины, после чего изделие охлаждают ниже температуры Аr1 для перекристаллизации и измельчения зерна, нагревают под закалку и закаливают.When carrying out the invention according to 1.2 claims, both massive and thinner-walled products are subjected to cementation at a temperature above Ac 3 in a saturating medium, and then subjected to discrete surface quenching, for example, short-term (3-10 sec) immersions in a fluidized bed of iron powder, or in an aqueous polymer solution, or by blowing the surface with an inert gas, stopping it when the surface is cooled to 600-750 o C and resuming immediately after self-heating of the surface due to the accumulated bodies Ohm heat products. By controlling the duration of discrete heat removal in each subsequent cycle, carbon is moved from the surface to deeper layers. The cycles, including stirring-self-heating, are repeated 2 or more times until the product temperature drops below Ar 1 , after which the product is again placed in a carbon-saturated medium, where a thin surface layer is saturated with carbon for 40-60 minutes at a temperature of 920-960 o С. Then, a cycle including discrete surface quenching-saturation in a carbon-saturated medium is repeated one or several times until a layer of a given depth is obtained, after which the product is cooled below the temperature Ar 1 for recrystallization and grain refinement, heated for quenching and quenched.
Пример 1. Example 1
Три цилиндрические шестерни коробки передач трактора ДТ 75 диаметром 120 мм из стали 25ХГТ подвергали цементации в камерной печи в газовой среде с углеродным потенциалом 0,9 при температуре 920oС. Первую и вторую шестерни выдерживали в печи в течение 10 часов, а третью-в течение 3 часов. Все три шестерни после цементации были подвергнуты дискретному поверхностному подстуживанию путем периодического погружения в кипящий слой железного порошка, продуваемого газообразным азотом, и извлечения из него для саморазогрева. Всего было произведено пять циклов, включающие поверхностное подстуживание + саморазогрев, режимы которых приведены в таблице 1.Three cylindrical gears of the gearbox of the DT 75 tractor with a diameter of 120 mm made of 25KhGT steel were cemented in a chamber furnace in a gas medium with a carbon potential of 0.9 at a temperature of 920 o C. The first and second gears were kept in the furnace for 10 hours, and the third within 3 hours. After cementation, all three gears were subjected to discrete surface quenching by periodically immersing in an fluidized bed of iron powder, purged with gaseous nitrogen, and extracting from it for self-heating. A total of five cycles were performed, including surface cooling + self-heating, the modes of which are shown in table 1.
После дискретного подстуживания первую шестерню обрабатывали в соответствии с прототипом по заявке N 4735676/02. Для этого ее вновь поместили в печь, где нагрели до температуры 860oС и после выдержки при этой температуре в течение 30 минут закалили в масле. Общая продолжительность всего процесса обработки составила 10 часов 36 минут.After discrete chilling, the first gear was processed in accordance with the prototype according to the application N 4735676/02. To do this, it was again placed in the oven, where it was heated to a temperature of 860 o C and after exposure at this temperature for 30 minutes, quenched in oil. The total duration of the entire processing process was 10 hours 36 minutes.
Вторую шестерню после дискретного подстуживания обрабатывали в соответствии с п.1 формулы изобретения предлагаемого способа. Для этого после дискретного подстуживания шестерню возвратили в печь, где подвергли донасыщению в газовой среде с углеродным потенциалом 0,9 при температуре 920oС в течение 60 минут. После донасыщения второй шестерни ее подстуживали ниже Аr1, нагрели под закалку и закалили в масле. Общая продолжительность всего процесса обработки составила 11 часов 36 минут.The second gear after discrete reinforcement was processed in accordance with claim 1 of the claims of the proposed method. To do this, after discrete cooling, the gear was returned to the furnace, where it was subjected to saturation in a gaseous medium with a carbon potential of 0.9 at a temperature of 920 o C for 60 minutes. After saturation of the second gear, it was cooled below Ar 1 , heated to quenching and quenched in oil. The total duration of the entire processing process was 11 hours 36 minutes.
Третью шестерню после дискретного подстуживания обрабатывали в соответствии с п.п. 1,2 формулы изобретения предлагаемого способа. Для этого после дискретного подстуживания ее возвратили в печь, где подвергли донасыщению в течение 60 минут. После первого донасыщения для этой шестерни был два раза повторен цикл, включающий дискретное подстуживание + донасыщение, после чего ее охладили ниже Аr1, нагрели под закалку и закалили в масле. Продолжительность режимов химико-термической обработки и характеристика глубины упрочненных поверхностей зубьев шестерен приведены в табл.2.The third gear after discrete tinning was processed in accordance with 1.2 claims of the proposed method. For this, after discrete cooling, it was returned to the oven, where it was subjected to saturation for 60 minutes. After the first saturation for this gear, the cycle was repeated two times, including discrete cooling and saturation, after which it was cooled below Ar 1 , heated to quenching and quenched in oil. The duration of the chemical-thermal treatment regimes and the depth characteristics of the hardened surfaces of the gear teeth are given in Table 2.
Таким образом при 10-ти часовой цементации при общей толщине цементованного слоя после подстуживания около 1,3 мм эффективная глубина упрочнения составила в первых двух шестернях почти 30% общей глубины насыщения, однако шестерня N 1 имела обезуглероенную поверхность зуба глубиной около 0,14 мм. Thus, with 10-hour cementation with a total thickness of the cemented layer after undercoating of about 1.3 mm, the effective hardening depth in the first two gears was almost 30% of the total saturation depth, however, gear No. 1 had a decarburized tooth surface with a depth of about 0.14 mm.
В шестернях 2 и 3 обезуглероживание не отмечалось, но качество упрочнения у шестерни 3 было более высоким и достигнуто практически вдвое быстрее, чем у шестерни N 2. No decarburization was noted in
Пример 2. Example 2
Плоские образцы в виде пластин размером 12х30х60 мм из стали 20ХНЗА подвергались цементации в газовой среде с углеродным потенциалом 0,9 при температуре 920oС на глубину 0,3 мм в течение 4-х часов. Дискретное подстуживание таких деталей с температур цементации до температуры Аr1 в водном растворе полимера составило всего 2 цикла и представлено в табл.3.Flat samples in the form of plates 12x30x60 mm in size made of 20KhNZA steel were subjected to cementation in a gaseous medium with a carbon potential of 0.9 at a temperature of 920 ° C to a depth of 0.3 mm for 4 hours. The discrete undercoating of such parts from cementation temperatures to Ar 1 in an aqueous polymer solution amounted to only 2 cycles and is presented in Table 3.
Один из образцов в соответствии с прототипом после дискретного подстуживания был подвергнут нагреву в защитной атмосфере до температуры 820oС и закален в масле. Глубина цементованного слоя составила 0,38 мм при толщине обезуглероживания 0,09 мм.One of the samples in accordance with the prototype after discrete cooling was subjected to heating in a protective atmosphere to a temperature of 820 o C and hardened in oil. The depth of the cemented layer was 0.38 mm with a decarburization thickness of 0.09 mm.
Второй образец в соответствии с предлагаемым способом после дискретного подстуживания был подвергнут донасыщению в газовой среде с углеродным потенциалом 0,9 при температуре 920oC в течение 40 минут. После этого циклы дискретное подстуживание + донасыщение были повторены еще 2 раза, затем образец был охлажден ниже Аr1, нагрет до температуры закалки и закален в масле.The second sample in accordance with the proposed method after discrete cooling was subjected to saturation in a gaseous medium with a carbon potential of 0.9 at a temperature of 920 o C for 40 minutes. After this, cycles of discrete quenching + saturation were repeated 2 more times, then the sample was cooled below Ar 1 , heated to a quenching temperature and quenched in oil.
Таким образом, общая продолжительность обработки плоского образца перед закалкой по предлагаемому способу складывалась из следующих периодов:
Первоначальное насыщение 4 час
Дискретное подстуживание 15 сек
Донасыщение 40 мин
Дискретное подстуживание 15 сек
Донасыщение 40 мин
Дискретное подстуживание 15 мин
Донасыщение 40 мин
В результате такой обработки эффективная толщина цементованного слоя (твердостью НV 700) составила 0,6 мм. Слой не имел поверхностного разупрочнения.Thus, the total processing time of a flat sample before quenching by the proposed method consisted of the following periods:
Discrete Stitching 15 sec
Saturation 40 min
Discrete Stitching 15 sec
Saturation 40 min
Discrete bashing 15 min
Saturation 40 min
As a result of this treatment, the effective thickness of the cemented layer (with a hardness of NV 700) was 0.6 mm. The layer did not have surface softening.
Третий образец для сравнения был подвергнут изотермической выдержке в газовой среде с углеродным потенциалом 0,9 при температуре 920oС в течение 8 часов и закалке с повторного нагрева. Эффективная толщина цементованного слоя оказалась равной 0,25-0, мм, т.е. существенно меньше, чем у второго образца, обработанного по предлагаемому способу.The third sample for comparison was subjected to isothermal exposure in a gas medium with a carbon potential of 0.9 at a temperature of 920 o C for 8 hours and quenching with re-heating. The effective thickness of the cemented layer was 0.25-0, mm, i.e. significantly less than the second sample processed by the proposed method.
Таким образом, сочетание циклов, включающих дискретное подстуживание-саморазогрев с последующим донасыщением поверхности, позволяет существенно сократить общую продолжительность химикотермической обработки и получать высокую степень упрочнения насыщенного слоя на всей его глубине. Thus, the combination of cycles, including discrete cooling, self-heating, followed by saturation of the surface, can significantly reduce the total duration of chemothermal treatment and obtain a high degree of hardening of the saturated layer throughout its depth.
Принятая совокупность технологических операций способа позволяет эффективно использовать его не только для массивных изделий, выдерживающих большое количество циклов дискретного подстуживания, но и для сравнительно тонкостенных, теряющих необходимую температуру при подстуживании уже после 2-х 3-х циклов. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ2 The adopted set of technological operations of the method allows you to effectively use it not only for bulk products that can withstand a large number of cycles of discrete curing, but also for relatively thin-walled ones that lose the necessary temperature when cured after 2 or 3 cycles. TTT1 TTT2 TTT2
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4879506 RU2061785C1 (en) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | Method for thermo-chemical treatment of steel products |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4879506 RU2061785C1 (en) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | Method for thermo-chemical treatment of steel products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2061785C1 true RU2061785C1 (en) | 1996-06-10 |
Family
ID=21543528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4879506 RU2061785C1 (en) | 1990-11-02 | 1990-11-02 | Method for thermo-chemical treatment of steel products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2061785C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709381C1 (en) * | 2018-11-02 | 2019-12-17 | Андрей Павлович Навоев | Method for low-temperature cementation (ltc) of steel |
-
1990
- 1990-11-02 RU SU4879506 patent/RU2061785C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство ССССР N, кл. C 21 D 1/74,1971. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2709381C1 (en) * | 2018-11-02 | 2019-12-17 | Андрей Павлович Навоев | Method for low-temperature cementation (ltc) of steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3931276B2 (en) | Vacuum carbonitriding method | |
| EP0242089B1 (en) | Method of improving surface wear resistance of a metal component | |
| Edenhofer et al. | Carburizing of steels | |
| JPH0288714A (en) | Manufacture of steel member | |
| JP7163642B2 (en) | Carburizing and quenching equipment and carburizing and quenching method | |
| US3117041A (en) | Heat treated steel article | |
| JPH0598343A (en) | Method and apparatus for surface hardening treatment of steel | |
| DE3361023D1 (en) | Method of heat treating metallic parts by carburization | |
| US20030205297A1 (en) | Carburizing method | |
| US5246510A (en) | Method for producing a selectively surface hardened cast iron part | |
| RU2061785C1 (en) | Method for thermo-chemical treatment of steel products | |
| US3216869A (en) | Method of heat treating steel | |
| JP3442447B2 (en) | Carburizing or carbonitriding and quenching | |
| US2142139A (en) | Hardening process for high speed steel tools and other articles | |
| JP5408465B2 (en) | Method of carburizing steel | |
| JP2019127624A (en) | Production method of steel member | |
| RU2052536C1 (en) | Method for thermochemical treatment of steel products | |
| JPS5940224B2 (en) | Surface hardening method for steel products | |
| RU2684033C1 (en) | Method and device for processing metal articles | |
| RU2037556C1 (en) | Method of carburization | |
| Heuer | Advances in Low Pressure Carburizing and High Pressure Gas Quenching | |
| US2821494A (en) | Method for controlling carburization | |
| Yorulmaz | An investigation of boriding of medium carbon steels | |
| JPS62205228A (en) | Working and quenching method for steel | |
| SU945199A1 (en) | Method for treating medium-alloy steels |