RU2695858C1 - Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures - Google Patents

Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures Download PDF

Info

Publication number
RU2695858C1
RU2695858C1 RU2019111750A RU2019111750A RU2695858C1 RU 2695858 C1 RU2695858 C1 RU 2695858C1 RU 2019111750 A RU2019111750 A RU 2019111750A RU 2019111750 A RU2019111750 A RU 2019111750A RU 2695858 C1 RU2695858 C1 RU 2695858C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
graphitization
layer
hours
holding
Prior art date
Application number
RU2019111750A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Викторович Фокин
Анатолий Алексеевич Жуков
Андрей Павлович Навоев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева"
Priority to RU2019111750A priority Critical patent/RU2695858C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2695858C1 publication Critical patent/RU2695858C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/60Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C8/62Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
    • C23C8/64Carburising
    • C23C8/66Carburising of ferrous surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to thermal and chemical-thermal treatment of steel parts, namely to processes of graphitization and heat treatment of materials by means of annealing in medium of carburizer. Method of graphitizing parts from low-carbon steels involves heating parts in medium of carburizer to temperature of 20–40 °C above Ac3 point and holding at this temperature for 0.2–2.0 hours. Said heating and holding are performed to obtain an austenite structure and formation of the required carbonized layer depth, and then sublinging to the temperature of polymorphous transformation of Ar3-Ar1 with subsequent exposure at this temperature for 6.0–8.0 hours, at which final formation of the cemented layer and its graphitization to the required depth is carried out.
EFFECT: obtaining on the steel parts a surface graphitized layer of greater depth, cutting and simplifying the processing process.
1 cl, 5 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к термической и химико-термической обработке стальных деталей, а именно к процессам графитизации и термической обработки материалов посредством отжига в среде карбюризатора.The invention relates to thermal and chemical-thermal treatment of steel parts, and in particular to processes of graphitization and heat treatment of materials by annealing in a carburizer environment.

Известен способ цементации при изотермической выдержке при температуре выше Ас3 (920…940°С) [Производство зубчатых колес газотурбинных двигателей: Произв. - практ. издание / Ю.А. Елисеев, В.В. Крымов, И.П. Нежурин и др.; Под ред. Ю.С. Елисеева. - М.: Высш. шк., 2001. - 493 с.: ил.]. Данный способ заключается в изотермической выдержке деталей в контролируемой атмосфере эндогаза, скорость насыщения углеродом составляет при этом 0,1…0,15 мм/ч. Насыщение со скоростью 0,15…0,25 мм/ч также может производиться в среде, неконтролируемой по углеродному потенциалу, получаемой при капельной подаче жидких карбюризаторов.A known method of carburizing at isothermal exposure at a temperature above Ac 3 (920 ... 940 ° C) [Production of gear wheels of gas turbine engines: Mfr. - prakt. Edition / Yu.A. Eliseev, V.V. Krymov, I.P. Nezhurin and others; Ed. Yu.S. Eliseeva. - M .: Higher. school, 2001. - 493 p.: ill.]. This method consists in isothermal exposure of parts in a controlled atmosphere of endogas, the carbon saturation rate is 0.1 ... 0.15 mm / h. Saturation at a speed of 0.15 ... 0.25 mm / h can also be carried out in an environment that is not controlled by the carbon potential obtained by the drip feed of liquid carburizers.

Недостатками способа являются длительное время выдержки, определяемое из расчета 0,15 мм/ч - при глубине слоя до 1 мм, и 0,1 мм/ч - при глубине слоя более 1 мм. Продолжительность процесса цементации может составлять 8…10 часов и более в зависимости от требуемой глубины слоя. Также возможны нестабильность качества получаемого слоя и разброс его параметров.The disadvantages of the method are the long exposure time, determined from the calculation of 0.15 mm / h with a layer depth of 1 mm, and 0.1 mm / h with a layer depth of more than 1 mm. The duration of the cementation process can be 8 ... 10 hours or more, depending on the required layer depth. The instability of the quality of the resulting layer and the spread of its parameters are also possible.

Известен способ цементации стали 55С2 в пастообразном карбюризаторе, содержащем сажу, углекислый натрий и ПВА при различных температурах и с различными выдержками [Летов С.С. Исследование графитизации кремнистых сталей при цементации в карбонатно-сажевых карбюризаторах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Курск, 2004.]. Цементация образцов стали 55С2 проводится в цементационных контейнерах с высушенным сажево-карбонатным покрытием на поверхности деталей. В качестве наполнителя в контейнере используется отработанный древесноугольный бондюжский карбюризатор. Перед цементацией детали подвергаются закалке с температуры 850°С в воду.A known method of cementing steel 55C2 in a pasty carburetor containing carbon black, sodium carbonate and PVA at various temperatures and with various shutter speeds [Letov S.S. The study of graphitization of silicon steels during cementation in carbonate-carbon black carburizers. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. - Kursk, 2004.]. The cementation of 55С2 steel samples is carried out in cementation containers with dried carbon black coating on the surface of the parts. As a filler in the container, a used charcoal bondjuzh carburetor is used. Before cementing, the parts are quenched from a temperature of 850 ° C into water.

Цементация кремнистой стали, закаленной перед науглероживанием, позволяет получить в диффузионных слоях большое количество графитных включений (на уровне или даже выше, чем у традиционно графитизированных сталей) за относительно короткое время. Высокая скорость графитизации является следствием большого количества дефектов в закаленных слоях, которые заполняются атомами углерода, поступающими из высокоактивной среды и кристаллизующимися на их внутренней поверхности в присутствии кремния в решетку графита.Cementation of silicon steel hardened before carburization allows to obtain a large number of graphite inclusions in diffusion layers (at or even higher than that of traditionally graphitized steels) in a relatively short time. The high rate of graphitization is the result of a large number of defects in the hardened layers, which are filled with carbon atoms coming from a highly active medium and crystallizing on their inner surface in the presence of silicon into the graphite lattice.

Недостатком способа является необходимость в предварительной закалке, что не всегда возможно для деталей, имеющих сложную, ажурную форму и склонных к появлению закалочных трещин и применения специального оборудования для приготовления и нанесения пасты на детали.The disadvantage of this method is the need for preliminary hardening, which is not always possible for parts having a complex, openwork shape and prone to hardening cracks and the use of special equipment for the preparation and application of paste on the parts.

Известен способ поверхностной графитизации сталей производится при двухступенчатой нитроцементации [Летова О.В. Поверхностная графитизация конструкционных сталей при двухступенчатой нитроцементации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Курск, 2012.]. На первом этапе нитроцементация проводится при температурах в области т. А1 для системы Fe-N с целью максимально возможного насыщения стали азотом. На втором этапе, проходящем при температурах выше т. А3 системы Fe-C, происходит деазотирование диффузионного слоя с образованием дефектов структуры и заполнение этих дефектов углеродом.A known method of surface graphitization of steels is performed with two-stage nitrocarburizing [Letova OV Surface graphitization of structural steels with two-stage nitrocarburizing. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. - Kursk, 2012.]. At the first stage, nitrocarburizing is carried out at temperatures in the region of t. A 1 for the Fe-N system in order to saturate the steel with nitrogen as much as possible. At the second stage, which takes place at temperatures higher than temperature A 3 of the Fe-C system, the diffusion layer is de-nitrated with the formation of structural defects and these defects are filled with carbon.

При увеличении длительности первой (низкотемпературной) ступени нитроцементации увеличивается глубина графитосодержащего слоя, а при увеличении длительности и температуры второй ступени (высокотемпературной) увеличивается содержание графита в диффузионных слоях стали 40 при ее нитроцементации в высокоактивной пасте на основе желтой кровяной соли и аморфного углерода. Способ позволяет получить на поверхности стали графитизированный слой толщиной 0,2…0,3 мм с содержанием графита от 2 до 5%.With an increase in the duration of the first (low-temperature) stage of nitrocarburizing, the depth of the graphite-containing layer increases, and with an increase in the duration and temperature of the second stage (high-temperature), the graphite content in the diffusion layers of steel 40 increases with nitrocarburizing in a highly active paste based on yellow blood salt and amorphous carbon. The method allows to obtain on the surface of the steel a graphitized layer with a thickness of 0.2 ... 0.3 mm with a graphite content of from 2 to 5%.

К недостаткам данного способа также следует отнести необходимость применения специального оборудования для приготовления и нанесения пасты на детали и проведения азотирования и цементации при повышенных температурах, малая толщина диффузионного слоя дает малый припуск на износ, применение специальной пасты для насыщения азотом и углеродом для реализации технологического процесса по данному способу.The disadvantages of this method also include the need to use special equipment for the preparation and application of paste on parts and nitriding and cementation at elevated temperatures, the small thickness of the diffusion layer gives a small allowance for wear, the use of special paste for saturation with nitrogen and carbon for the implementation of the technological process to this method.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ ступенчатой изотермической цементации в области температур полиморфных превращений в стали [Патент RU №2463380, С23С 8/26, д.п. 10.10.2012 г.]. Способ включает нагрев, цементацию в течение 2 часов при температуре насыщения выше Ас3 (920…940°С), подстуживание до температуры полиморфного превращения Ar1 (727+10)°С, выдержку при данной температуре в течение. 2 часов.Closest to the claimed method is a stepwise isothermal cementation method in the temperature range of polymorphic transformations in steel [Patent RU No. 2463380, C23C 8/26, dp 10/10/2012]. The method includes heating, cementing for 2 hours at a saturation temperature above Ac 3 (920 ... 940 ° C), stirring to a polymorphic transformation temperature Ar 1 (727 + 10) ° C, holding at this temperature for. 2 hours.

Недостатки способа сложность технологического процесса, низкое качество цементованного и графитизированного слоя.The disadvantages of the method are the complexity of the process, the low quality of the cemented and graphitized layer.

Охлаждение цементируемых деталей после аустенизации до диапазона температур полиморфного превращения способствует ускорению проникновения углерода вглубь материала за счет повышения скорости диффузии в области температур полиморфного превращения [Сазонов Б.Г. Экстремальная диффузионная активность в стали в состоянии предпревращения / Металловедение и термическая обработка металлов. - 1990. - №7 - С. 13-15]. [О состоянии предпревращения металлов и сплавов: методика и результаты экспериментальных исследований и практических разработок // И.В. Тихонова, О.В. Кузовлева, А.Е. Гвоздев // Электронное издание №17583 от 27. 10. 2009. № гос. Per. 0320902220. - 1 электон. Опт. Диск (CD-ROM)]. Эффективная глубина цементации по данному способу достигает 0,9…1,0 мм, при этом структура слоя имеет характер, присущий структурам цементованных слоев, полученных при изотермической и термоциклической цементациях.The cooling of cemented parts after austenization to the temperature range of the polymorphic transformation helps to accelerate the penetration of carbon deep into the material by increasing the diffusion rate in the temperature range of the polymorphic transformation [Sazonov B.G. Extreme diffusion activity in steel in a state of pre-transformation / Metallurgy and heat treatment of metals. - 1990. - No. 7 - S. 13-15]. [On the state of pre-conversion of metals and alloys: methodology and results of experimental studies and practical developments // I.V. Tikhonova, O.V. Kuzovleva, A.E. Gvozdev // Electronic edition No. 17583 of 27. 10. 2009. No. state. Per. 0320902220. - 1 electron. Wholesale Disc (CD-ROM)]. The effective depth of cementation according to this method reaches 0.9 ... 1.0 mm, while the structure of the layer has the character inherent in the structures of cemented layers obtained by isothermal and thermocyclic cementations.

Основной целью предлагаемого изобретения является сокращение продолжительности и упрощение технологического процесса графитизации за счет возможности использования имеющегося оборудования, получение качественного цементованного, а затем и графитизированного слоя с высокими стабильными антифрикционными характеристиками.The main objective of the invention is to reduce the duration and simplify the process of graphitization due to the possibility of using existing equipment, obtaining high-quality cemented, and then graphitized layer with high stable anti-friction characteristics.

Техническим результатом изобретения является получение на стальных деталях поверхностного графитизированного слоя (большой) глубины, сокращение и упрощение процесса обработки.The technical result of the invention is to obtain on steel parts a surface graphitized layer of (large) depth, reducing and simplifying the processing process.

Технический результат достигается тем, что в способе графитизации низкоуглеродистых сталей включающем нагрев деталей в среде карбюризатора до температуры на 20…40°С выше точки Ас3, выдержку при данной температуре в течение 0,2…2,0 часов, нагрев и выдержку при температуре на 20…40°С выше точки Ас3 осуществляют для получения аустенитной структуры и формирования необходимой глубины науглероженного слоя, затем производят подстуживание до температур полиморфного превращения Ar3…Ar1, с последующей выдержкой при данной температуре в течение 6,0-8,0 часов для окончательного формирования цементованного, а затем и графитизированного слоя требуемой глубины.The technical result is achieved by the fact that in the method of graphitization of low carbon steels, which includes heating parts in a carburizer medium to a temperature of 20 ... 40 ° C above the Ac 3 point, holding at this temperature for 0.2 ... 2.0 hours, heating and holding at a temperature 20 ... 40 ° C above the Ac 3 point is carried out to obtain an austenitic structure and the formation of the required depth of the carburized layer, then it is cooled to the polymorphic transformation temperature Ar 3 ... Ar 1 , followed by exposure at this temperature for 6.0- 8.0 hours for the final formation of a cemented and then graphitized layer of the required depth.

Необходимо отметить, что физическая сущность предлагаемого способа графитизации заключается в том, что формирование графитовых включений в интервале температур двухфазного неравновесного состояния (феррит-аустенит) обусловлено, во-первых, образованием структурных вакансионных комплексов [Новиков И.И. Фазовые превращения в кристаллических телах (современное состояние проблемы) // Инженерно-физический журнал. 1980. Т 39. №6 СП 18-1132.] и, во-вторых, заполнением их атомами углерода, так как диффузия углерода, особенно при наличии феррита, существенно выше, чем самодиффузия железа.It should be noted that the physical nature of the proposed method of graphitization is that the formation of graphite inclusions in the temperature range of a two-phase nonequilibrium state (ferrite-austenite) is due, firstly, to the formation of structural vacancy complexes [Novikov II Phase transformations in crystalline bodies (current state of the problem) // Engineering Physics Journal. 1980. T 39. No. 6 SP 18-1132.] And, secondly, filling them with carbon atoms, since the diffusion of carbon, especially in the presence of ferrite, is significantly higher than self-diffusion of iron.

Новые существенные признаки:New significant features:

1. Нагрев до температуры выше Ас3 на 20…40°С и выдержка до завершения α→γ перестройки кристаллической решетки железа, то есть превращения феррито-перлитной смеси в аустенит.1. Heating to a temperature above Ac 3 by 20 ... 40 ° C and holding until the completion of α → γ rearrangement of the iron crystal lattice, that is, the transformation of the ferrite-pearlite mixture into austenite.

2. Выдержка при температуре выше Ас3 на 20…40°С в течение 0,2…2,0 часа, для обеспечения необходимой глубины цементованного слоя.2. Exposure at a temperature above Ac 3 by 20 ... 40 ° C for 0.2 ... 2.0 hours, to ensure the necessary depth of the cemented layer.

3. Охлаждение до температуры Ar3…Ar1 выдержке при данной температуре в течение 6,0…8,0 часов, необходимой для ускоренной диффузии углерода, окончательного формирования глубины цементованного слоя и последующего протекания процесса графитизации.3. Cooling to a temperature of Ar 3 ... Ar 1 holding at a given temperature for 6.0 ... 8.0 hours, necessary for accelerated diffusion of carbon, the final formation of the depth of the cemented layer and the subsequent course of the graphitization process.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с уже известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.The listed new essential features, together with the already known ones, provide a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Изобретение поясняется фигурами где:The invention is illustrated by figures where:

Фиг. 1 - показан режим графитизации с предварительной цементацией при изотермичекой выдержке в области температур пред- и после полиморфного превращения А - аустенитизация; Ц - цементация; Г - графитизация;FIG. 1 - shows the graphitization mode with preliminary cementation during isothermal aging in the temperature range before and after polymorphic transformation A - austenitization; C - cementation; G - graphitization;

Фиг. 2 - показан график изменения микротвердости науглероженного слоя в зависимости от расстояния от поверхности после аустенизации при 920…940°С - 20 мин, подстуживания до 720°С и выдержкой: 1-0 часов; 2-1 час; 3-2 часа; 4-3,5 часа; 5-5 часов; 6-6 часов; 7-8 часов;FIG. 2 - shows a graph of the microhardness of the carburized layer depending on the distance from the surface after austenization at 920 ... 940 ° С - 20 min, stirring up to 720 ° С and holding: 1-0 hours; 2-1 hours; 3-2 hours; 4-3.5 hours; 5-5 hours; 6-6 hours; 7-8 hours;

Фиг. 3 - эвтектоидная и доэвтектоидная зоны на поверхности стали, науглероженной по режиму: нагрев до 920…940°С, выдержка 20 мин, подстуживание до 720°С, выдержка 2 часа и охлаждение с печью до комнатной температуры, 250х FIG. 3 - eutectoid and hypereutectoid zones on the surface of steel carburized according to the regime: heating to 920 ... 940 ° C, holding for 20 minutes, stirring to 720 ° C, holding for 2 hours and cooling with the oven to room temperature, 250 x

Фиг. 4 - показаны включения графита на поверхности стали, науглероженной по режиму: нагрев до 920…940°С, выдержка 20 мин, подстуживание до 720°С, выдержка 6 часов и охлаждение с печью до комнатной температуры, 250х FIG. 4 - graphite inclusions are shown on the surface of steel carburized according to the regime: heating to 920 ... 940 ° C, holding for 20 minutes, cooling to 720 ° C, holding for 6 hours and cooling with the furnace to room temperature, 250 x

Фиг. 5. - показан графитизированный слой на поверхности стали, науглероженной по режиму: нагрев до 920…940°С, выдержка 20 мин, подстуживание до 720°С, выдержка 6 часов и охлаждение с печью до комнатной температуры (электронный микроскоп).FIG. 5. - shows a graphitized layer on the surface of steel carbonized according to the regime: heating to 920 ... 940 ° C, holding for 20 minutes, cooling to 720 ° C, holding for 6 hours and cooling with the furnace to room temperature (electron microscope).

Способ графитизации низкоуглеродистых сталей включает в себя нагрев деталей в среде карбюризатора до температуры выше на 20…40°С Ас3, выдержку при данной температуре в течение 0,2…2,0 часов, охлаждение до температур полиморфного превращения (Ar3…Ar1), выдержку при данной температуре в течение 6,0…8,0 часов и охлаждение (Фиг. 1).The method of graphitization of low-carbon steels involves heating parts in a carburizer medium to a temperature higher by 20 ... 40 ° C Ac 3 , holding at this temperature for 0.2 ... 2.0 hours, cooling to polymorphic transformation temperatures (Ar 3 ... Ar 1 ), exposure at a given temperature for 6.0 ... 8.0 hours and cooling (Fig. 1).

Пример. Для получения качественных и количественных характеристик графитизированного слоя в работе были произведены исследования процесса науглероживания стали марки Ст 3 (ГОСТ 380-2005) в среде твердого карбюризатора (ГОСТ 2407-83). Науглероживание осуществляли в металлических ящиках, герметизируемых огнеупорной глиной. После науглероживания образцы разрезали и готовили микрошлифы для определения глубины науглероженного слоя Измерение глубины науглероженной зоны проводили на металлографическом микроскопе ММР-2Р при увеличении 100х, на микрошлифах, приготовленных по ГОСТ 1763-68. Кроме того, были выполнены измерения микротвердости поверхностного слоя образцов после дополнительной термической обработки по режиму: закалка с температуры 860°С и отпуск при 220°С. Измерения проводили с помощью микротвердомера ПМТ-3 в соответствии с ГОСТ 9450-76. За глубину науглероженного слоя принимали расстояние от поверхности образца до феррито-перлитной структуры, соответствующей центральной части образца или до значений микротвердости, соответствующих микротвердости центральной части образца.Example. To obtain qualitative and quantitative characteristics of the graphitized layer, we studied the process of carburizing steel grade St 3 (GOST 380-2005) in a solid carburetor environment (GOST 2407-83). Carburization was carried out in metal boxes sealed with refractory clay. After carburization, the samples were cut and microsections were prepared to determine the depth of the carburized layer. The depth of the carburized zone was measured using a MMP-2P metallographic microscope at a magnification of 100 x , on microsections prepared according to GOST 1763-68. In addition, microhardness measurements of the surface layer of the samples were carried out after additional heat treatment according to the regime: quenching from a temperature of 860 ° C and tempering at 220 ° C. The measurements were carried out using a PMT-3 microhardness tester in accordance with GOST 9450-76. The depth from the carburized layer was taken as the distance from the surface of the sample to the ferrite-pearlite structure corresponding to the central part of the sample or to microhardness values corresponding to the microhardness of the central part of the sample.

На фиг. 2 представлены результаты измерения микротвердости науглероженного слоя в зависимости от расстояния от поверхности образца после аустенизации при 920…940°С - 20 мин, подстуживания до 720°С и с выдержкой различное время. Из рисунка видно, что в результате аустенизации стали в среде карбюризатора глубина науглероженного слоя составляет ~0,4 мм. Последующая выдержка при 720°С в течение 2 часов вызывает, как увеличение глубины, так и повышение микротвердости науглероженного слоя, что связано с формированием в поверхностном слое стали цементита. Дальнейшее увеличение времени, выдержки до 8 часов приводит к уменьшению микротвердости практически до исходного состояния, что обусловлено образованием графита на структурных вакансиях [Новиков И.И. Фазовые превращения в кристаллических телах (современное состояние проблемы) // Инженерно-физический журнал. 1980. Т 39. №6 С1118-1132], образующихся в результате γ→α - перестройки и распада метастабильного цементита.In FIG. 2 presents the results of measuring the microhardness of the carburized layer depending on the distance from the surface of the sample after austenization at 920 ... 940 ° C for 20 minutes, underbreading to 720 ° C and holding for various times. It can be seen from the figure that as a result of steel austenization in a carburizer medium, the depth of the carburized layer is ~ 0.4 mm. Subsequent exposure at 720 ° C for 2 hours causes both an increase in depth and an increase in the microhardness of the carburized layer, which is associated with the formation of cementite in the surface layer of steel. A further increase in time, exposure to 8 hours leads to a decrease in microhardness almost to its initial state, which is due to the formation of graphite on structural vacancies [Novikov II. Phase transformations in crystalline bodies (current state of the problem) // Engineering Physics Journal. 1980. T 39. No. 6 C1118-1132], resulting from γ → α - rearrangement and decay of metastable cementite.

Исследование микроструктуры стали, науглероженной по режиму: нагрев до 920…940°С, выдержка 20 мин, подстуживание до 720°С, выдержка 2 часа и охлаждение с печью до комнатной температуры вызывает образование на поверхности цементованного слоя глубиной ~0,9 мм (рис. 3). Обработка по режиму: нагрев до 920…940°С, выдержка 20 мин, подстуживание до 720°С и выдержка 6 часов приводит к появлению в поверхностном слое глубиной ~0,9 мм включений графита величиной около 10…50 мкм (Фиг. 4, Фиг. 5).The study of the microstructure of steel carburized according to the regime: heating to 920 ... 940 ° C, holding for 20 minutes, cooling to 720 ° C, holding for 2 hours and cooling with the furnace to room temperature causes the formation of a cemented layer at a depth of ~ 0.9 mm (Fig. . 3). Processing according to the regime: heating to 920 ... 940 ° C, holding for 20 minutes, cooling to 720 ° C and holding for 6 hours leads to the appearance of graphite inclusions of about 10 ... 50 μm in the surface layer with a depth of ~ 0.9 mm (Fig. 4, Fig. 5).

Проведение всех этапов технологического процесса графитизации с применением цементации в области температур полиморфных превращений позволяет сократить время цементации в 1,5…2,0 раза при достижении глубины слоя, аналогичного глубине, достигаемой при изотермической цементации при температуре выше Ас3 (920…940°С), и сократить время графитизирующей выдержки, уменьшить затраты на энергоресурсы за счет использования ускоренной цементации и последующей графитизации при использовании существующего оборудования.Carrying out all stages of the graphitization process using cementation in the temperature range of polymorphic transformations reduces the cementation time by 1.5 ... 2.0 times when reaching a layer depth similar to that achieved with isothermal cementation at temperatures above Ac 3 (920 ... 940 ° C ), and reduce the time of graphitizing aging, reduce energy costs through the use of accelerated cementation and subsequent graphitization when using existing equipment.

Claims (1)

Способ графитизации деталей из низкоуглеродистой стали, включающий нагрев деталей в среде карбюризатора до температуры на 20-40°С выше точки Ас3 и выдержку при данной температуре в течение 0,2-2,0 ч, отличающийся тем, что упомянутые нагрев и выдержку осуществляют с получением аустенитной структуры низкоуглеродистой стали и формированием необходимой глубины науглероженного слоя, а затем проводят подстуживание до температуры полиморфного превращения Ar3-Ar1 с последующей выдержкой при данной температуре в течение 6,0-8,0 ч, при которой осуществляют окончательное формирование цементованного слоя и его графитизацию на требуемую глубину.The method of graphitization of parts from low carbon steel, including heating the parts in a carburizer medium to a temperature of 20-40 ° C above the Ac 3 point and holding at this temperature for 0.2-2.0 hours, characterized in that the said heating and aging is carried out to obtain an austenitic structure and the carbon steel forming the necessary depth of the carburized layer, and then subjected to podstuzhivanie polymorphic transformation temperature Ar 3 -Ar 1, followed by holding at this temperature for 6.0-8.0 h, at which implement yayut final formation cemented layer and its graphitization to a desired depth.
RU2019111750A 2019-04-17 2019-04-17 Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures RU2695858C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111750A RU2695858C1 (en) 2019-04-17 2019-04-17 Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111750A RU2695858C1 (en) 2019-04-17 2019-04-17 Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2695858C1 true RU2695858C1 (en) 2019-07-29

Family

ID=67586525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111750A RU2695858C1 (en) 2019-04-17 2019-04-17 Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695858C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU968096A1 (en) * 1980-12-29 1982-10-23 Московский автомобильный завод им.И.А.Лихачева (Производственное объединение "ЗИЛ") Method for heat treating steel parts
US20030089426A1 (en) * 2001-07-27 2003-05-15 Poor Ralph Paul Vacuum carburizing with napthene hydrocarbons
US20070095434A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-03 Zelim Michael G Long products, method of thermo-chemical treatment and apparatus
RU2463380C1 (en) * 2011-06-15 2012-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" Method of cementing with staged isothermic exposures in area of polymorphous transformation temperatures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU968096A1 (en) * 1980-12-29 1982-10-23 Московский автомобильный завод им.И.А.Лихачева (Производственное объединение "ЗИЛ") Method for heat treating steel parts
US20030089426A1 (en) * 2001-07-27 2003-05-15 Poor Ralph Paul Vacuum carburizing with napthene hydrocarbons
US20070095434A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-03 Zelim Michael G Long products, method of thermo-chemical treatment and apparatus
RU2463380C1 (en) * 2011-06-15 2012-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" Method of cementing with staged isothermic exposures in area of polymorphous transformation temperatures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maharjan et al. Direct laser hardening of AISI 1020 steel under controlled gas atmosphere
US9260775B2 (en) Low alloy steel carburization and surface microalloying process
Tarakci et al. Plasma electrolytic surface carburizing and hardening of pure iron
Kulka et al. An alternative method of gas boriding applied to the formation of borocarburized layer
CN106868466B (en) A kind of rare earth injection processing method promoting vacuum carburization efficiency
Kulka et al. Gradient boride layers formed by diffusion carburizing and laser boriding
US8425691B2 (en) Stainless steel carburization process
Zhou et al. Effect of DC electric field on salt bath nitriding for 35 steel and kinetics analysis
CN112593183A (en) Heat treatment method for carburizing and quenching
Dong et al. Surface hardening of laser melting deposited 12CrNi2 alloy steel by enhanced plasma carburizing via hollow cathode discharge
JP2016223011A (en) Surface treatment agent of steel product, and surface treatment method of steel product
DE10322255B4 (en) Process for high temperature carburizing of steel parts
Hirata et al. Surface modification by high-speed laser gas carburization in low-alloy steel
JP3792341B2 (en) Soft nitriding steel with excellent cold forgeability and pitting resistance
RU2695858C1 (en) Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures
RU2428503C2 (en) Procedure for surface alloying parts of steel 40
Vivek Influence of carburizing and carbonitriding in 16MnCr5 to enhance mechanical properties
RU2463380C1 (en) Method of cementing with staged isothermic exposures in area of polymorphous transformation temperatures
JP2010222636A (en) Surface treatment method of steel product
RU2709381C1 (en) Method for low-temperature cementation (ltc) of steel
RU2728479C1 (en) Method for resource-saving step cementation of steel
Triwiyanto et al. Low temperature thermochemical treatments of austenitic stainless steel without impairing its corrosion resistance
RU2415964C1 (en) Procedure for steel part low temperature nitriding
KR101839166B1 (en) The method of carbonitriding process for boron added steel
RU2622502C1 (en) Method of speed boring of the steel detail