RU2709381C1 - Method for low-temperature cementation (ltc) of steel - Google Patents
Method for low-temperature cementation (ltc) of steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709381C1 RU2709381C1 RU2018138813A RU2018138813A RU2709381C1 RU 2709381 C1 RU2709381 C1 RU 2709381C1 RU 2018138813 A RU2018138813 A RU 2018138813A RU 2018138813 A RU2018138813 A RU 2018138813A RU 2709381 C1 RU2709381 C1 RU 2709381C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- carbon
- cooling
- steels
- cementation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C8/00—Solid 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
- C23C8/60—Solid 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
- C23C8/62—Solid 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
- C23C8/64—Carburising
- C23C8/66—Carburising of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C8/00—Solid 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
- C23C8/80—After-treatment
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
Description
Изобретение относится к химико-термической обработке стальных деталей, а именно к процессам цементации. Способ включает нагрев до температуры выше Ас3 для перевода стали в аустенитное состояние, подстуживание до температуры из области пред- и послеполиморфного превращения [(Ar3+50)…(Ar1-50)]°С, выдержку при данной температуре в течение времени, пока происходят полиморфные превращения в стали. Изобретение может быть использовано в машиностроении, автотракторостроении и других отраслях промышленности для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из низкоуглеродистых сталей.The invention relates to chemical-thermal treatment of steel parts, namely to cementation processes. The method includes heating to a temperature above Ac 3 to transfer the steel to an austenitic state, stirring to a temperature from the region of pre- and post-polymorphic transformation [(Ar 3 +50) ... (Ar 1 -50)] ° C, holding at a given temperature over time while polymorphic transformations occur in steel. The invention can be used in mechanical engineering, automotive engineering and other industries for surface hardening of machine parts made of low carbon steels.
Техническим результатом изобретения является получение на стальных деталях поверхностного слоя, обладающего высокой твердостью и износостойкостью (после закалки), сокращение времени диффузионного насыщения, создание благоприятного распределения твердости по глубине слоя, способствующего повышению предела усталости материала, улучшение качества цементованного слоя и переходной зоны.The technical result of the invention is to obtain on the steel parts a surface layer having high hardness and wear resistance (after hardening), reducing the time of diffusion saturation, creating a favorable distribution of hardness along the depth of the layer, increasing the fatigue limit of the material, improving the quality of the cemented layer and transition zone.
Известен способ цементации при изотермической выдержке при температуре выше Ас3 (920-940°С) [1, стр. 340, 356-360]. Данный способ заключается в изотермической выдержке 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. 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 проявления нестабильности качества получаемого слоя и разброс его параметров, не всегда обеспечивается требуемое распределение твердости по глубине слоя.A known method of carburizing at isothermal exposure at temperatures above Ac 3 (920-940 ° C) [1, p. 340, 356-360]. This method consists in isothermal aging in a controlled atmosphere of endogas, the carbon saturation rate is 0.1-0.15 mm / h. Saturation at a rate 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. 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. It is also possible manifestations of instability of the quality of the obtained layer and the spread of its parameters, the required distribution of hardness along the depth of the layer is not always ensured.
Другой способ поверхностного упрочнения [2] включает проведение не менее трех циклов, состоящих из нагрева до температуры выше Ас3, и охлаждения до температуры ниже Ar1. Нагрев и охлаждение производятся в твердом карбюризаторе. Нагрев осуществляются пачками импульсов электромагнитного излучения до температуры (1220±10) K, охлаждение проводят до температуры (910±10) K. Скорость нагрева и охлаждения составляет более 1 K/с. Выдержка при экстремальных температурах каждого цикла составляет до двух минут.Another method of surface hardening [2] involves conducting at least three cycles consisting of heating to a temperature above Ac 3 and cooling to a temperature below Ar 1 . Heating and cooling are done in a solid carburetor. Heating is carried out by packs of pulses of electromagnetic radiation to a temperature of (1220 ± 10) K, cooling is carried out to a temperature of (910 ± 10) K. The heating and cooling rate is more than 1 K / s. Exposure at extreme temperatures of each cycle is up to two minutes.
К недостаткам данного способа следует отнести необходимость применения специального оборудования, реализующего нагрев пачками электромагнитных импульсов, необходимость использования сложной управляющей аппаратуры для реализации технологического процесса по данному способу-аналогу.The disadvantages of this method include the need to use special equipment that implements heating by packs of electromagnetic pulses, the need to use complex control equipment to implement the process according to this analogue method.
Одним из способов цементации, в котором предусматривается выдержка в области температур полиморфного превращения при охлаждении, является способ ступенчатой изотермической цементации стали [3]. Он включает в себя нагрев до температуры выше Ас3, выдержку при данной температуре, охлаждение до температуры, близкой к Ar3. При данном способе цементации осуществляются нагрев и выдержка в печи при температуре 920-940°С в течение двух часов, затем производится подстуживание до температуры (727+10)°С и выдержке при данной температуре не менее двух часов.One of the methods of cementation, which provides for exposure in the temperature range of the polymorphic transformation during cooling, is a method of stepwise isothermal cementation of steel [3]. It includes heating to a temperature above Ac 3 , holding at a given temperature, cooling to a temperature close to Ar 3 . With this method of carburizing, heating and aging are carried out in an oven at a temperature of 920-940 ° C for two hours, then it is cooled to a temperature of (727 + 10) ° C and held at this temperature for at least two hours.
К недостаткам данного способа следует отнести необходимость реконструкции оборудования для возможности реализации ступенчатого режима цементации.The disadvantages of this method include the need for reconstruction of equipment for the possibility of implementing a stepped mode of cementation.
Основной целью изобретения является сокращение продолжительности технологического процесса цементации за счет использования явления ускорения диффузии при полиморфном превращении в стали, упрощение процесса управления технологическим процессом с возможностью использования имеющегося оборудования без его существенной модернизации, получение качественного цементационного слоя с высокими стабильными прочностными характеристиками.The main objective of the invention is to reduce the duration of the cementation process by using the phenomenon of acceleration of diffusion during polymorphic transformation into steel, simplifying the process control process with the possibility of using existing equipment without significant modernization, and obtaining a high-quality cement layer with high stable strength characteristics.
Указанные цели достигаются способом низкотемпературной цементации (НТЦ) стальных деталей, включающим нагрев в насыщающей среде до температуры выше Ас3, выдержку при данной температуре для завершения аустенизации стали, охлаждение до температуры из области пред- и послеполиморфного превращения при охлаждении - [(Ar3+50)…(Ar1-50)]°С и выдержку при данной температуре в течение времени, затрачиваемого на полиморфные превращения и находящегося в интервале 1…3,5 часа. Принимаемая температура и время выдержки режима НТЦ из указанных интервалов температур и времени выдержки при цементации определяются, исходя из предъявляемых требований к диффузионному слою: твердости на поверхности, глубины упрочняемого слоя, характера распределения твердости по глубине. Перечисленные показатели цементованного слоя достигаются уже после закалки и низкого отпуска, которые, как правило, проводятся после цементации и образующие в поверхностном слое структуру мартенсита с тем или иным количеством остаточного аустенита [4, с. 42]. Режимы термических обработок, проводимых после диффузионного насыщения атомами углерода, выбираются из литературных источников, исходя из применяемой марки цементуемой стали, требуемой твердости на поверхности и сердцевины и других параметров [4, с. 49; 5, с. 256-271]. Графически режим низкотемпературной цементации без последующих процессов закалки и низкого отпуска представлен на фиг. 1.These goals are achieved by the method of low-temperature cementation (STC) of steel parts, including heating in a saturating medium to a temperature above Ac 3 , holding at this temperature to complete the austenization of steel, cooling to a temperature from the region of pre- and post-polymorphic transformation during cooling - [(Ar 3 + 50) ... (Ar 1 -50)] ° C and holding at a given temperature for the time spent on polymorphic transformations and in the range of 1 ... 3.5 hours. The accepted temperature and the exposure time of the STC regime from the indicated temperature ranges and exposure time during cementation are determined based on the requirements for the diffusion layer: hardness on the surface, depth of the hardened layer, the nature of the distribution of hardness in depth. The listed parameters of the cemented layer are achieved after quenching and low tempering, which are usually carried out after cementation and forming a martensite structure in the surface layer with one or another amount of residual austenite [4, p. 42]. Modes of heat treatments carried out after diffusion saturation with carbon atoms are selected from literary sources, based on the used grade of cemented steel, the required hardness on the surface and core, and other parameters [4, p. 49; 5, p. 256-271]. Graphically, the mode of low-temperature cementation without subsequent quenching and low tempering processes is shown in FIG. 1.
Поскольку процесс цементации протекает при температурах в областях над- и в большей степени - ниже линии PSK на диаграмме состояния «железо-углерод», предлагается ввести термин «низкотемпературная цементация» (НТЦ).Since the carburizing process takes place at temperatures in the regions above and to a greater extent, below the PSK line in the iron-carbon state diagram, it is proposed to introduce the term “low-temperature cementation” (STC).
Новые существенные признаки:New significant features:
1. Нагрев до температуры выше точки Ас3 и выдержка до завершения α→γ перестройки кристаллической решетки металла, то есть превращения феррито-перлитной смеси в аустенит.1. Heating to a temperature above the Ac 3 point and holding until the completion of the α → γ reconstruction of the metal crystal lattice, that is, the transformation of the ferrite-pearlite mixture into austenite.
2. Охлаждение до выбранного значения температуры из интервала [(Ar3+50)…(Ar1-50)]°С.2. Cooling to a selected temperature value from the interval [(Ar 3 +50) ... (Ar 1 -50)] ° C.
3. Выдержка при выбранном значении температуры из интервала [(Ar3+50)…(Ar1-50)]°С в течение 1…3,5 часов, необходимая для полного завершения полиморфного превращения в стали, диффузионного насыщения и перераспределения концентрации углерода по глубине слоя.3. The exposure at a selected temperature value from the interval [(Ar 3 +50) ... (Ar 1 -50)] ° C for 1 ... 3.5 hours, necessary for the complete completion of the polymorphic transformation in steel, diffusion saturation and redistribution of carbon concentration by the depth of the layer.
4. Выдержка более 3,5 часов не влияет на глубину цементованного слоя в связи с окончанием процессов полиморфного превращения и уменьшения значения коэффициента диффузии. Эффект ускоренного насыщения при выдержке более 3,5 часов утрачивается.4. Exposure to more than 3.5 hours does not affect the depth of the cemented layer due to the end of the polymorphic transformation processes and a decrease in the diffusion coefficient. The effect of accelerated saturation at a shutter speed of more than 3.5 hours is lost.
5. Наилучшие результаты по твердости на поверхности и глубине цементованного слоя достигаются при выдержке в диапазоне температур, °С:5. The best results in hardness on the surface and depth of the cemented layer are achieved by exposure to a temperature range, ° C:
где Ar3 и Ar1 - температуры критических точек стали при охлаждении, °С.where Ar 3 and Ar 1 are the temperatures of critical points of steel during cooling, ° C.
Значения критических точек Ar3 и Ar1 принимаются для легированных сталей. Для цементуемых низкоуглеродистых сталей с содержанием углерода до 0,25% углерода значения критических точек Ar3 и Ar1 принимаются по значениям критических точек высокоуглеродистых нелегированных сталей с содержанием углерода 0,6…1,0%, так как при нагреве выше Ас3 даже без выдержки активно происходит диффузия атомов углерода в поверхностный слой на глубину до 0,1 мм. Это явление приводит к изменению фазового состава и к сдвигу значений критических точек низкоуглеродистых сталей в область полиморфных превращений высокоуглеродистых сталей.The critical points Ar 3 and Ar 1 are accepted for alloy steels. For cemented low-carbon steels with a carbon content of up to 0.25% carbon, the values of the critical points of Ar 3 and Ar 1 are taken from the critical points of high-carbon unalloyed steels with a carbon content of 0.6 ... 1.0%, since when heated above Ac 3 even Exposure actively diffuses carbon atoms into the surface layer to a depth of 0.1 mm. This phenomenon leads to a change in the phase composition and to a shift in the values of the critical points of low-carbon steels in the region of polymorphic transformations of high-carbon steels.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с уже известными обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются 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.
Получение технического результата изобретения достигается тем, что нагрев в насыщающей среде до температуры выше Ас3, необходим для полного превращения феррита в аустенит, способствует активному проникновению углерода в сталь и интенсификации процесса в начальный период, преимущественно на небольшую глубину. Превращение феррита в аустенит в критической точке Ас3 начинается в условиях весьма малых скоростей нагрева. Реальный нагрев смещает температуру превращения в сторону ее повышения. В промышленных условиях для печного нагрева рекомендуется назначать температуру на 20-30°С выше по диаграмме состояния, то есть критической точки Ас3, - для углеродистой стали и 50-60°С - для легированной стали [5, с. 22]. С увеличением температуры перегрева относительно критической точки Ас3 время на процесс превращения феррита в аустенит понижается. В зависимости от агрегатного состояния карбюризатора, способа нагрева, марки стали и содержания в ней легирующих элементов температура нагрева находится в интервале 920-1050°С [4, с. 58-65].Obtaining the technical result of the invention is achieved by the fact that heating in a saturating medium to a temperature above Ac 3 is necessary for the complete conversion of ferrite to austenite, promotes the active penetration of carbon into steel and the intensification of the process in the initial period, mainly to a shallow depth. The conversion of ferrite to austenite at the critical point Ac 3 begins under conditions of very low heating rates. Actual heating shifts the transformation temperature towards its increase. In industrial conditions, it is recommended that furnace temperature be set at 20-30 ° C higher in the state diagram, that is, Ac 3 critical point, for carbon steel and 50-60 ° C for alloy steel [5, p. 22]. With an increase in the superheat temperature relative to the critical point of Ac 3, the time for the conversion of ferrite to austenite decreases. Depending on the aggregate state of the carburizer, the heating method, steel grade and the content of alloying elements in it, the heating temperature is in the range of 920-1050 ° C [4, p. 58-65].
Получение активных атомов происходит путем диссоциации на поверхностях деталей окиси углерода, образующегося при нагреве в карбюризаторе. Коэффициент диффузии возрастает с увеличением температуры, что также влияет на глубину диффузионного слоя при повышении температуры цементации. Дальнейший рост температуры ограничивается ростом зерна, ухудшением структуры металла и прочностных свойств, повышенной склонностью к внутреннему окислению.The production of active atoms occurs by dissociation on the surfaces of parts of carbon monoxide formed during heating in a carburetor. The diffusion coefficient increases with increasing temperature, which also affects the depth of the diffusion layer with increasing cementation temperature. A further increase in temperature is limited by grain growth, deterioration of the metal structure and strength properties, and an increased tendency to internal oxidation.
Охлаждение цементируемых деталей до заданной температуры из интервала пред- и послеполиморфного превращения [(Ar3+50)…(Ar1-50)]°С способствует ускорению проникновения углерода вглубь материала за счет наличия градиента концентрации углерода, продиффундировавшего при нагреве до температуры выше Ас3, и скачкообразного повышения скорости диффузии в области температуры перед полиморфным превращением и после его окончания. Согласно источнику [6, с. 14], коэффициент диффузии D при температуре в области критической точки А1 имеет значение, соизмеримое с D при температурах 1150…1200°С.The cooling of cemented parts to a predetermined temperature from the interval of pre- and post-polymorphic transformation [(Ar 3 +50) ... (Ar 1 -50)] ° C facilitates the acceleration of carbon penetration into the material due to the presence of a carbon concentration gradient that diffuses when heated to a temperature above Ac 3 , and an abrupt increase in the diffusion rate in the temperature region before and after the polymorphic transformation. According to the source [6, p. 14], the diffusion coefficient D at a temperature in the region of the critical point A 1 has a value comparable with D at temperatures of 1150 ... 1200 ° C.
Выдержка в течение 1…3,5 ч при температуре пред- и послеполиморфного превращения [(Ar3+50)…(Ar1-50)]°С необходима для завершения процессов диффузии, начатых при температуре Ас3, и ускоренного достижения требуемой глубины цементуемого слоя. Общая продолжительность процесса насыщения при этом сокращается в 2,0-2,5 раза по сравнению с традиционной изотермической цементацией при температуре выше Ас3.Exposure for 1 ... 3.5 hours at a temperature of pre- and post-polymorphic transformation [(Ar 3 +50) ... (Ar 1 -50)] ° C is necessary to complete the diffusion processes started at Ac 3 and accelerate the achievement of the required depth cemented layer. The total duration of the saturation process is reduced by 2.0-2.5 times compared with traditional isothermal cementation at temperatures above Ac 3 .
Низкотемпературной цементации могут подвергаться традиционные марки сталей, применяемые для этого в машиностроении. Чаще всего с целью снижения расходов на упрочнение для цементации применяются нелегированные низкоуглеродистые качественные конструкционные стали и стали обыкновенного качества, а также легированные низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25% С. В низкоуглеродистых сталях уже в процессе аустенизации в среде карбюризатора при температуре 920-940°С происходит науглероживание на глубину до 0,1 мм. При этом содержание углерода в поверхностном слое увеличивается и может достигать концентрации, соответствующей концентрациям для высокоуглеродистых сталей с содержанием 0,6…1,0% углерода. В этом случае температуры критических точек смещаются в области более низких температур, чем для низкоуглеродистых сталей, и приближаются к температурам критических точек высокоуглеродистых сталей конкретных марок, например, У8.Conventional steel grades used for this in mechanical engineering can be subjected to low-temperature cementation. Most often, in order to reduce the hardening costs for cementation, unalloyed low-carbon high-quality structural steels and steels of ordinary quality are used, as well as alloyed low-carbon steels with a carbon content of up to 0.25% C. In low-carbon steels, they are already in the process of austenization in the environment of a carburetor at a temperature of 920- At 940 ° C, carburization occurs to a depth of 0.1 mm. In this case, the carbon content in the surface layer increases and can reach a concentration corresponding to the concentrations for high-carbon steels with a content of 0.6 ... 1.0% carbon. In this case, the temperatures of the critical points shift in the region of lower temperatures than for low-carbon steels, and approach the temperatures of the critical points of high-carbon steels of specific grades, for example, U8.
По способу низкотемпературной цементации на первоначальном этапе при температуре выше точки Ас3 происходит активный рост концентрации углерода в приповерхностном слое за счет активного насыщения на глубину до 0,1 мм. Затем следует подстуживание до температуры из области пред- и послеполиморфного превращения при охлаждении с последующей выдержкой. Традиционная изотермическая цементация обеспечивает скорость роста диффузионного слоя в пределах 0,15 мм/ч - при глубине слоя до 1 мм, и 0,1 мм/ч - при глубине слоя более 1 мм. Согласно известным закономерностям, скорость насыщения снижается с увеличением времени выдержки [5, с. 274]. Длительность процесса в зависимости от требуемой глубины слоя может достигать 8-10 ч и более. Основные недостатки традиционной химико-термической обработки во многом устраняются при совмещении этого процесса, например, с термоциклической обработкой. Термоциклическая обработка заключается в нагреве выше точки Ас1 и последующего охлаждения до температуры ниже точки Ar1. От количества циклов будут зависеть размер зерна, глубина слоя, структура. При измельчении структуры стали, достигнутой при термоциклической обработке, увеличивается протяженность межфазных границ, и диффузия при насыщении происходит более интенсивно. Это увеличивает глубину проникновения углерода и сокращает продолжительность процесса цементации. Термоциклическая обработка способствует образованию измельченной структуры цементованного слоя, зависящей от количества циклов, устраняет цементитную сетку по границам зерен. К недостаткам следует отнести усложнение процесса управления термоциклической цементации.According to the method of low-temperature cementation, at the initial stage at a temperature above the Ac 3 point, an active increase in the carbon concentration in the surface layer occurs due to active saturation to a depth of 0.1 mm. This is followed by stirring to a temperature from the region of pre- and post-polymorphic transformation upon cooling, followed by exposure. Traditional isothermal cementation provides a diffusion layer growth rate 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. According to well-known patterns, the saturation rate decreases with increasing exposure time [5, p. 274]. The duration of the process, depending on the required layer depth, can reach 8-10 hours or more. The main disadvantages of traditional chemical-thermal treatment are largely eliminated by combining this process, for example, with thermocyclic treatment. Thermocyclic treatment consists in heating above Ac 1 and subsequent cooling to a temperature below Ar 1 . The grain size, layer depth, structure will depend on the number of cycles. When grinding the steel structure achieved by thermal cycling, the length of the interphase boundaries increases, and diffusion during saturation occurs more intensively. This increases the carbon penetration depth and shortens the cementation process. Thermocyclic treatment contributes to the formation of a crushed structure of the cemented layer, depending on the number of cycles, eliminates the cementite network along the grain boundaries. The disadvantages include the complication of the process control thermocyclic cementation.
Технический результат обеспечивается за счет накопления дислокаций и образования полигональной субструктуры стали. Формирование дислокационной структуры при термоциклической обработке при полиморфных превращениях в области температур точки Ar1 приводят к фазовому наклепу за счет разницы удельных объемов и модулей упругости образующихся фаз. Адсорбция и диффузия протекают быстрее в объеме металла, имеющего много дефектов типа дислокаций, блоков субмикроструктуры, границ зерен. Структурные изменения, происходящие при переходе температур в точках Ar1 и Ас1, когда кристаллическая решетка претерпевает γ→α→γ - превращения, ускоряют последующую диффузию атомов углерода в металле.The technical result is ensured by the accumulation of dislocations and the formation of a polygonal substructure of steel. The formation of a dislocation structure during thermocyclic processing during polymorphic transformations in the temperature range of the Ar 1 point leads to phase hardening due to the difference in specific volumes and elastic moduli of the phases formed. Adsorption and diffusion proceed faster in the bulk of a metal having many defects such as dislocations, submicrostructure blocks, and grain boundaries. Structural changes that occur during the transition of temperatures at the points Ar 1 and Ac 1 , when the crystal lattice undergoes γ → α → γ transformations, accelerate the subsequent diffusion of carbon atoms in the metal.
Предлагаемый способ низкотемпературной цементации заключается в том, что на первоначальном этапе при насыщении при температуре выше точки Ас3 происходит активный рост концентрации углерода в приповерхностном слое за короткий период времени на глубину до 0,1 мм. При последующем охлаждении в условиях γ-α-превращений кристаллической решетки аустенита в области температур полиморфного превращения структура насыщаемого поверхностного слоя находится в нестабильном состоянии, образуются структурные вакансии, происходит уменьшение энергии активации диффузии углерода. Известна закономерность, согласно которой коэффициент диффузии понижается по экспоненциальному закону при понижении температуры. Были проведены исследования с целью проверки изменения коэффициента диффузии в области температур полиморфного превращения [6, с. 14]. Результаты исследований показали, что коэффициент диффузии аномально отклоняется от экспоненциальной закономерности и скачкообразно возрастает в области температур полиморфного превращения А1.The proposed method of low-temperature cementation is that at the initial stage, when saturated at a temperature above the Ac 3 point, an active increase in the carbon concentration in the surface layer occurs over a short period of time to a depth of 0.1 mm. Subsequent cooling under conditions of γ-α transformations of the austenite crystal lattice in the temperature range of the polymorphic transformation, the structure of the saturated surface layer is in an unstable state, structural vacancies are formed, and the activation energy of carbon diffusion decreases. There is a known pattern according to which the diffusion coefficient decreases exponentially with decreasing temperature. Studies were conducted to verify changes in the diffusion coefficient in the temperature range of the polymorphic transformation [6, p. 14]. The research results showed that the diffusion coefficient abnormally deviates from the exponential pattern and increases stepwise in the temperature range of the polymorphic transformation A 1 .
Значительное возрастание коэффициента диффузии в области температур полиморфного превращения при охлаждении приводит к ускорению процесса насыщения углеродом в области температур Ar3-Ar1 при низкотемпературной цементации.A significant increase in the diffusion coefficient in the temperature range of the polymorphic transformation upon cooling accelerates the process of carbon saturation in the temperature range Ar 3 -Ar 1 during low-temperature cementation.
Проведение всех этапов технологического процесса при низкотемпературной цементации позволяет сократить время обработки в 2,0-2,5 раза при достижении глубины слоя, меньшего по глубине, достигаемого при классической изотермической цементации при температуре выше Ас3 (920-940°С) [4, с. 58]. Несмотря на меньшую глубину, способ низкотемпературной цементации при оптимальном температурном режиме для конкретной марки стали позволяет достичь требуемого распределения твердости по глубине слоя, что позволяет применить цементованные детали в узлах, работающих в тяжелых условиях. Способ сочетает в себе достоинства процессов, аналогичных маятниковой термоциклической обработке в области температур полиморфного превращения А1, изотермической цементации при температуре выше Ас3, и ступенчатой изотермической цементации в области температур полиморфного превращения.Carrying out all stages of the technological process at low-temperature cementation allows reducing the processing time by 2.0–2.5 times when reaching a layer depth shorter than that achieved with classical isothermal cementation at temperatures above Ac 3 (920–940 ° C) [4, from. 58]. Despite the shallower depth, the method of low-temperature cementation at the optimum temperature regime for a particular steel grade allows achieving the required hardness distribution over the depth of the layer, which allows the use of cemented parts in knots operating in difficult conditions. The method combines the advantages of processes similar to pendulum thermocyclic processing in the temperature range of polymorphic transformation A 1 , isothermal cementation at temperatures above Ac 3 , and stepwise isothermal cementation in the temperature range of polymorphic transformation.
Пример. Для получения качественных и количественных характеристик цементованного слоя были проведены исследования на образцах их сталей 15ХГН2ТА и Ст3 диаметром 8 мм. Цементация проводилась в твердом стандартном карбюризаторе по режиму: нагрев до 920-940°С и выдержке при данной температуре 15-20 минут с целью полного аустенитного превращения, затем охлаждение до конкретной температуры выдержки с последующей выдержкой в течение 2 часов (см. фиг. 1). Для исследований принимался температурный диапазон от 740°С до 600°С, который предшествует началу полиморфному превращению и захватывает температуры начала и конца полиморфного превращения при охлаждении. Шаг температур выдержки составлял 20°С. После цементации проводилась закалка с 860°С в масло для стали 15ХГН2ТА и в воду - для стали Ст3 с последующим низким отпуском при 180-200°С. Термическая обработка после цементации соответствует типовому режиму термической обработки, по которому ведется обработка на промышленных предприятиях.Example. To obtain qualitative and quantitative characteristics of the cemented layer, studies were conducted on samples of their steels 15KhGN2TA and St3 with a diameter of 8 mm. Cementation was carried out in a solid standard carburetor according to the regime: heating to 920-940 ° C and holding at a given temperature for 15-20 minutes in order to complete austenitic transformation, then cooling to a specific holding temperature followed by holding for 2 hours (see Fig. 1 ) For research, the temperature range from 740 ° С to 600 ° С was adopted, which precedes the beginning of the polymorphic transformation and captures the temperatures of the beginning and end of the polymorphic transformation upon cooling. The temperature step of exposure was 20 ° C. After cementation, quenching was carried out from 860 ° C into oil for steel 15KhGN2TA and into water for steel St3, followed by low tempering at 180-200 ° C. The heat treatment after cementation corresponds to the typical heat treatment mode, which is used for processing at industrial enterprises.
Далее из образцов приготавливались шлифы и производился замер микротвердости по глубине цементованного слоя на микротвердомере ПМТ-3 с грузом массой 50 граммов. Сравнение полученных распределений микротвердости производилось с распределением по зависимости из источника [7, формула (50)] для тяжелонагруженных зубчатых колес с глубиной цементованного слоя h=0,9…1,2 мм и твердости поверхности HRC 59. Стандартное распределение было увеличено на глубину 0,2 мм, учитывающее припуск на шлифование, производимое на рабочих поверхностях после цементации и закалки.Next, thin sections were prepared from the samples and microhardness was measured along the depth of the cemented layer on a PMT-3 microhardness tester with a weight of 50 grams. Comparison of the obtained microhardness distributions was carried out with the distribution according to the source [7, formula (50)] for heavily loaded gear wheels with a cemented layer depth h = 0.9 ... 1.2 mm and surface hardness HRC 59. The standard distribution was increased to a depth of 0 , 2 mm, taking into account the allowance for grinding produced on working surfaces after cementation and hardening.
При цементации источником углерода в атомарном или ионизированном состоянии является карбюризатор, заполняющий объем с обрабатываемыми стальными деталями. Атомарный углерод из насыщающей среды адсорбируется на поверхности стальных деталей и затем диффундирует в их приповерхностный слой. Данный механизм протекания диффузии насыщающего элемента характерен для любого вида применяемого карбюризатора, независимо от его агрегатного состояния (твердого, жидкого, газообразного) [5, с. 271,290-293].During cementation, the carbon source in the atomic or ionized state is the carburetor, filling the volume with the processed steel parts. Atomic carbon from a saturating medium is adsorbed on the surface of steel parts and then diffuses into their surface layer. This mechanism of diffusion of the saturating element is characteristic for any type of carburetor used, regardless of its state of aggregation (solid, liquid, gaseous) [5, p. 271.290-293].
На фиг. 2 и фиг. 3 представлены фотографии шлифов образцов из стали Ст3, подвергнутых НТЦ при температуре 740°С и выдержке 2 часа. На одном из образцов сделана впадина для контроля разницы глубины слоя на цилиндрической поверхности и дне впадины.In FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows photographs of thin sections of samples made of St3 steel subjected to scientific and technological research at a temperature of 740 ° C and a holding time of 2 hours. On one of the samples, a depression was made to control the difference in the layer depth on the cylindrical surface and the bottom of the depression.
На фиг. 4 и фиг. 5 представлены результаты замеров микротвердости на образцах из сталей 15ХГН2ТА и Ст3. Распределение микротвердости по источнику [7, формула (50)] строилось для разных твердостей сердцевины. За расчетную принималась твердость поверхности HRC 59.In FIG. 4 and FIG. 5 presents the results of microhardness measurements on samples of steel 15KhGN2TA and St3. The distribution of microhardness by source [7, formula (50)] was built for different core hardnesses. The surface hardness HRC 59 was taken as the calculated one.
Анализ результатов исследований (см. фиг. 4) для стали 15ХГН2ТА показывает, что наилучшие показатели цементованного слоя обеспечиваются при режиме НТЦ с выдержкой при температуре 680°С. Эффективная глубина цементованного слоя составляет h=0,5…0,6 мм. Для Ст3 наилучшие показатели цементованного слоя (см. фиг. 5) обеспечиваются при режимах НТЦ с выдержкой при температурах 680°С и 660°С. Эффективная глубина цементованного слоя составляет h=0,7…0,8 мм.The analysis of the research results (see Fig. 4) for steel 15KhGN2TA shows that the best performance of the cemented layer is ensured in the NTC mode with exposure at a temperature of 680 ° C. The effective depth of the cemented layer is h = 0.5 ... 0.6 mm. For St3, the best performance of the cemented layer (see Fig. 5) is provided under the conditions of STC with exposure at temperatures of 680 ° C and 660 ° C. The effective depth of the cemented layer is h = 0.7 ... 0.8 mm.
Проведенные исследования на сталях 15ХГН2ТА и Ст3 позволили выявить оптимальные температуры низкотемпературной цементации.Studies on 15KhGN2TA and St3 steels revealed the optimum temperature of low-temperature cementation.
Кроме температурного фактора на параметры цементованного слоя оказывает влияние время диффузионного насыщения при выбранной температуре. Для исследования влияние временного фактора на критерии качества цементованного слоя были проведены исследования на образцах из сталей марок 15ХГН2ТА и Ст3. Цементация проводилась при температуре 680°С, при которой для рассматриваемых сталей обеспечиваются наилучшие по критериям качества результаты цементованного слоя. Результаты исследований в виде кривых изменения микротвердости в зависимости от глубины при различном времени цементации представлены на фиг. 6 и фиг. 7.In addition to the temperature factor, the parameters of the cemented layer are influenced by the time of diffusion saturation at the selected temperature. To study the influence of the time factor on the quality criteria of the cemented layer, studies were conducted on samples of steel grades 15KhGN2TA and St3. Cementation was carried out at a temperature of 680 ° C, at which the best results of the cemented layer are ensured for the steels under consideration. The research results in the form of microhardness variation curves as a function of depth at different cementation times are shown in FIG. 6 and FIG. 7.
Время диффузионных процессов в состоянии полиморфных превращений является ограниченной величиной, и имеет конкретные значения для каждой марки стали. Наиболее оптимальным временем для низкотемпературной цементации является выдержка в пределах 1,5-2 часа - для стали марки Ст3, и 2 часа - для стали марки 15ХГН2ТА. При выдержке при НТЦ свыше 3,5 часа твердость снижается в связи с окончанием процессов полиморфного превращения и уменьшения коэффициента диффузии. Эффект ускоренного насыщения при этом утрачивается.The time of diffusion processes in a state of polymorphic transformations is a limited value, and has specific values for each steel grade. The most optimal time for low-temperature cementation is holding within 1.5-2 hours for steel grade St3, and 2 hours for steel grade 15KHGN2TA. When exposed to STC for more than 3.5 hours, the hardness decreases due to the end of polymorphic transformation processes and a decrease in the diffusion coefficient. The effect of accelerated saturation is lost.
Пример расчета температурного диапазона для режима НТЦ, обеспечивающего наилучшее распределение микротвердости по глубине слоя.An example of calculating the temperature range for the STC mode, providing the best distribution of microhardness over the depth of the layer.
По формуле (1) можно выполнить расчет оптимального температурного режима НТЦ в зависимости от значений температур критических точек.By the formula (1), it is possible to calculate the optimal temperature regime of the STC depending on the temperature values of critical points.
По результатам исследованиий на дилатометре значения критических точек составляют: для стали 15ХГН2ТА - Ar3=700°С, Ar1=600°С; для стали У8 - Ar3=680°С, Ar1- 650°С. Расчет температурного диапазона оптимального режима НТЦ для стали Ст3 ведется по значениям критических точек для стали У8, так как в поверхностном слое низкоуглеродистой стали при достижении установленного низкотемпературного режима цементации концентрация углерода повышается.According to the results of studies on a dilatometer, the critical points are: for steel 15KHGN2TA - Ar 3 = 700 ° C, Ar 1 = 600 ° C; for steel U8 - Ar 3 = 680 ° С, Ar 1 - 650 ° С. The calculation of the temperature range of the optimal mode of the STC for St3 steel is carried out using the values of the critical points for U8 steel, since the carbon concentration in the surface layer of low-carbon steel reaches the established low-temperature cementation mode.
По результатам исследований установлено, что принципиально возможно осуществление цементации при температуре в области, границы которой располагаются перед началом полиморфного превращения («предполиморфного» или «предпревращения»), то есть перед точкой Ar3, и после окончания полиморфного превращения («послеполиморфного»), то есть ниже точки Ar1. Переход осуществлялся от более высоких значений температур к более низким ее значениям, при этом кристаллическая решетка аустенита испытывает γ→α-превращение.According to the results of studies, it was found that cementation is possible at a temperature in the region whose boundaries are located before the start of the polymorphic transformation (“pre-polymorphic” or “pre-transformation”), that is, before the point Ar 3 , and after the end of the polymorphic transformation (“post-polymorphic”), i.e. below the point Ar 1 . The transition was carried out from higher temperatures to lower values, while the austenite crystal lattice undergoes a γ → α transformation.
Способ низкотемпературной цементации с выдержкой при температуре полиморфного превращения совмещает в себе достоинства термоциклической обработок, ступенчатой изотермической цементации в области температур полиморфного превращения, при этом не требуется сложной системы управления и длительной выдержки. Способ НТЦ можно осуществить на имеющемся промышленном оборудовании без его существенной модернизации и, следовательно, больших материальных затрат. Значительно сокращается время цементации: достичь высоких показателей цементованного слоя можно при выдержке 1,5…2,0 часа. Понижение температуры обработки позволяет снизить затраты на энергоресурсы, повысить качество распределения твердости по глубине слоя, улучшить структуру диффузионного слоя за счет отсутствия цементитной сетки.The method of low-temperature cementation with aging at a temperature of polymorphic transformation combines the advantages of thermocyclic treatments, stepwise isothermal cementation in the temperature range of polymorphic transformation, and this does not require a complex control system and long exposure. The STC method can be carried out on existing industrial equipment without significant modernization and, consequently, high material costs. Cementation time is significantly reduced: it is possible to achieve high performance of the cemented layer by holding 1.5 ... 2.0 hours. Lowering the processing temperature allows reducing energy costs, improving the quality of hardness distribution over the depth of the layer, and improving the structure of the diffusion layer due to the absence of a cementite network.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
Описание изобретения содержит семь графических изображений: графики и фотографии.The description of the invention contains seven graphic images: graphics and photographs.
Графические изображения обозначаются как фигуры (фиг. 1, фиг. 7).Graphic images are designated as figures (FIG. 1, FIG. 7).
Фиг. 1 - Режим низкотемпературной цементации при изотермичеcкой выдержке в области температур пред- и послеполиморфного превращения:FIG. 1 - The regime of low-temperature cementation during isothermal exposure in the temperature range of pre- and post-polymorphic transformation:
А - аустенизация; Ц - цементация.A - austenization; C - cementation.
На фиг. 1 показан режим низкотемпературной цементации без закалки и низкого отпуска. Буквой «А» обозначен период аустенизации - выдержка для полного превращения структуры стали из феррита в аустенит. Буквой «Ц» обозначен период диффузионного насыщения стали атомами углерода - цементация.In FIG. 1 shows a low-temperature cementation mode without quenching and low tempering. The letter “A” indicates the austenitization period — exposure to complete conversion of the steel structure from ferrite to austenite. The letter “C” indicates the period of diffusion saturation of the steel with carbon atoms - cementation.
Фиг. 2 - Шлиф гладкого образца из стали марки Ст3, цементованного по режиму 920-940°С - 15-20 мин и 740°С - 2 часа.FIG. 2 - A section of a smooth specimen made of steel grade St3, cemented according to the regime of 920-940 ° С - 15-20 minutes and 740 ° С - 2 hours.
На фиг. 2 показана фотография шлифа гладкого образца из стали марки Ст3 с указанием глубины цементованного слоя.In FIG. Figure 2 shows a photograph of a thin section of a smooth specimen made of St3 steel with an indication of the depth of the cemented layer.
Фиг. 3 - Шлиф образца с углублением, имитирующим впадину зуба на зубчатом колесе, из стали марки Ст3, цементованного по режиму 920-940°С - 15-20 мин и 740°С - 2 часа.FIG. 3 - A sample thin section with a recess imitating a tooth cavity on a gear wheel, made of steel grade St3, cemented according to the regime of 920-940 ° С - 15-20 minutes and 740 ° С - 2 hours.
На фиг. 3 показана фотография шлифа образца с углублением, имитирующим впадину зуба на зубчатом колесе, из стали марки Ст3 с указанием глубины цементованного слоя на гладкой цилиндрической поверхности и в углублении.In FIG. Figure 3 shows a photograph of a thin section of a specimen with a recess imitating a tooth cavity on a gear wheel, made of steel grade St3, indicating the depth of the cemented layer on a smooth cylindrical surface and in the recess.
Фиг. 4 - Значения микротвердости образцов из стали 15ХГН2ТА по режиму НТЦ, включающему нагрев и выдержку при 920°С - 20 минут, подстуживание и выдержку 2 часа при разных температурах.FIG. 4 - Microhardness values of samples made of steel 15KHGN2TA according to the NTTs regime, which includes heating and holding at 920 ° C for 20 minutes, curing and holding for 2 hours at different temperatures.
1 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 32 HRC; 2 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 46 HRC; 3 - 740°С; 4 - 720°С; 5 -700°С; 6 - 680°С; 7 - 660°С; 8 - 640°С; 9 -620°С; 10-600°С.1 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 32 HRC; 2 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 46 HRC; 3 - 740 ° C; 4 - 720 ° C; 5-700 ° C; 6 - 680 ° C; 7 - 660 ° C; 8 - 640 ° C; 9 -620 ° C; 10-600 ° C.
На фиг. 4 показаны графики микротвердости, полученные на образцах с разной температурой НТЦ. Графики 1 и 2 на фиг. 4 построены по источнику [7, формула (50)] для разных твердостей сердцевины тяжелонагруженых зубчатых колес и принимаются для оценки качества цементованного слоя, полученного при НТЦ.In FIG. Figure 4 shows the microhardness plots obtained on samples with different temperature of the STC.
Фиг. 5 - Значения микротвердости образцов из стали Ст3 по режиму НТЦ, включающему нагрев и выдержку при 920°С - 20 минут, подстуживание и выдержку 2 часа при разных температурах.FIG. 5 - Microhardness values of samples made of St3 steel according to the STC mode, which includes heating and holding at 920 ° C for 20 minutes, undercoating and holding for 2 hours at different temperatures.
1 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 32 HRC; 2 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 46 HRC; 3 - 740°С; 4 - 720°С; 5 -700°С; 6 - 680°С; 7 - 660°С; 8 - 640°С; 9 - 620°С; 10 - 600°С.1 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 32 HRC; 2 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 46 HRC; 3 - 740 ° C; 4 - 720 ° C; 5-700 ° C; 6 - 680 ° C; 7 - 660 ° C; 8 - 640 ° C; 9 - 620 ° C; 10 - 600 ° C.
На фиг. 5 показаны графики микротвердости, полученные на образцах с разной температурой НТЦ. Графики 1 и 2 на фиг. 5 построены по источнику [7, формула (50)] для разных твердостей сердцевины тяжелонагруженых зубчатых колес и принимаются для оценки качества цементованного слоя, полученного при НТЦ.In FIG. Figure 5 shows the microhardness plots obtained on samples with different temperature of the STC.
Фиг. 6 - Значения микротвердости после НТЦ, закалки и низкого отпуска образцов из стали 15ХГН2ТА по режиму цементации, включающему нагрев и выдержку при 920°С - 20 минут, охлаждение до 680°С и выдержку при этой температуре.FIG. 6 - Microhardness values after NTC, quenching and low tempering of samples made of 15KhGN2TA steel according to the cementation mode, which includes heating and holding at 920 ° C for 20 minutes, cooling to 680 ° C and holding at this temperature.
1 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 32 HRC; 2 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 46 HRC; 3 - 1 час; 4 - 1,5 часа;5 - 2 часа; 6 - 2,5 часа; 7 - 3,5 часа.1 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 32 HRC; 2 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 46 HRC; 3 - 1 hour; 4 - 1.5 hours; 5 - 2 hours; 6 - 2.5 hours; 7 - 3.5 hours.
На фиг.6 показаны графики микротвердости, полученные на образцах из стали марки 15ХГН2ТА с температурой НТЦ 680°С при разном времени выдержки: от 1 часа до 3,5 часов. Графики 1 и 2 на фиг. 6 построены по источнику [7, формула (50)] для разных твердостей сердцевины тяжелонагруженых зубчатых колес и принимаются для оценки качества цементованного слоя, полученного при НТЦ.Figure 6 shows the microhardness graphs obtained on samples of steel grade 15KHGN2TA with an STC temperature of 680 ° C at different holding times: from 1 hour to 3.5 hours.
Фиг. 7 - Значения микротвердости после НТЦ, закалки и низкого отпуска образцов из стали Ст3 по режиму цементации, включающему нагрев и выдержку при 920°С - 20 минут, охлаждение до 680°С и выдержку при этой температуре.FIG. 7 - Microhardness values after scientific and technical research, hardening and low tempering of samples from St3 steel according to the cementation mode, which includes heating and holding at 920 ° C for 20 minutes, cooling to 680 ° C and holding at this temperature.
1 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 32 HRC; 2 - Распределение по ГОСТ 21354-87 для сердцевины с твердостью 46 HRC; 3 - 1 час; 4 - 1,5 часа;5 - 2 часа; 6 - 2,5 часа; 7 - 3,5 часа.1 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 32 HRC; 2 - Distribution according to GOST 21354-87 for a core with a hardness of 46 HRC; 3 - 1 hour; 4 - 1.5 hours; 5 - 2 hours; 6 - 2.5 hours; 7 - 3.5 hours.
На фиг. 7 показаны графики микротвердости, полученные на образцах из стали Ст3 с температурой НТЦ 680°С при разном времени выдержки: от 1 часа до 3,5 часов. Графики 1 и 2 на фиг. 7 построены по источнику [7, формула (50)] для разных твердостей сердцевины тяжелонагруженых зубчатых колес и принимаются для оценки качества цементованного слоя, полученного при НТЦ.In FIG. Figure 7 shows the microhardness plots obtained on samples of St3 steel with an STC temperature of 680 ° C for various holding times: from 1 hour to 3.5 hours.
Список источниковList of sources
1. 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.1. Production of gear wheels of gas turbine engines: Prod. Edition / Yu.A. Eliseev, V.V. Krymov, I.P. Nezhurin and others; Ed. Yu.S. Eliseeva. - M .: Higher. school, 2001 .-- 493 p.
2. RU 2283893 С2.2. RU 2283893 C2.
3. Способ цементации со ступенчатыми изотермическими выдержками в области температур полиморфного превращения: патент 2463380 Рос. Федерация. - №2011124223/02; заявл. 15.06.2011; опубл. 10.10.2012, Бюл. №28. (RU 2463380 С1).3. The method of cementation with stepwise isothermal extracts in the temperature range of polymorphic transformation: patent 2463380 Ros. Federation. - No. 2011124223/02; declared 06/15/2011; publ. 10/10/2012, Bull. No. 28. (RU 2463380 C1).
4. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов / А.Н. Минкевич. - М.: Машиностроение, 1965. - 468 с.4. Minkevich A.N. Chemical-thermal treatment of metals and alloys / A.N. Minkevich. - M.: Mechanical Engineering, 1965 .-- 468 p.
5. Блантер М.Е. Теория термической обработки: Учебник для вузов / М.Е. Блантер. - М.: Металлургия, 1984. - 328 с.5. Blanter M.E. Theory of heat treatment: Textbook for universities / M.E. Blanter. - M.: Metallurgy, 1984. - 328 p.
6. Сазонов Б.Г. Экстремальная диффузионная активность в стали в состоянии предпревращения / Б.Г. Сазонов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1990. - №7. - С. 13-15.6. Sazonov B.G. Extreme diffusion activity in steel in a state of pre-transformation / B.G. Sazonov // Metallurgy and heat treatment of metals. - 1990. - No. 7. - S. 13-15.
7. ГОСТ 21354-87. Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 125 с.7. GOST 21354-87. Gear gears cylindrical involute external gearing. Strength calculation. - M .: Publishing house of standards, 1988. - 125 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018138813A RU2709381C1 (en) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | Method for low-temperature cementation (ltc) of steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018138813A RU2709381C1 (en) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | Method for low-temperature cementation (ltc) of steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709381C1 true RU2709381C1 (en) | 2019-12-17 |
Family
ID=69006908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018138813A RU2709381C1 (en) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | Method for low-temperature cementation (ltc) of steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709381C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728479C1 (en) * | 2020-01-09 | 2020-07-29 | Андрей Павлович Навоев | Method for resource-saving step cementation of steel |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6415357A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-19 | Sumitomo Metal Ind | Method and equipment for manufacturing carburized parts having fine-grained structure |
| RU2052536C1 (en) * | 1991-01-11 | 1996-01-20 | Ильинский Владимир Александрович | Method for thermochemical treatment of steel products |
| RU2061785C1 (en) * | 1990-11-02 | 1996-06-10 | Ильинский Владимир Александрович | Method for thermo-chemical treatment of steel products |
| JP2009057597A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Komatsu Ltd | Gear and manufacturing method thereof |
| 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 |
-
2018
- 2018-11-02 RU RU2018138813A patent/RU2709381C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6415357A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-19 | Sumitomo Metal Ind | Method and equipment for manufacturing carburized parts having fine-grained structure |
| RU2061785C1 (en) * | 1990-11-02 | 1996-06-10 | Ильинский Владимир Александрович | Method for thermo-chemical treatment of steel products |
| RU2052536C1 (en) * | 1991-01-11 | 1996-01-20 | Ильинский Владимир Александрович | Method for thermochemical treatment of steel products |
| JP2009057597A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Komatsu Ltd | Gear and manufacturing method thereof |
| 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 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728479C1 (en) * | 2020-01-09 | 2020-07-29 | Андрей Павлович Навоев | Method for resource-saving step cementation of steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Schneider et al. | Introduction to surface hardening of steels | |
| JP2008520839A (en) | Method of heat treating a part made of fully hardened heat resistant steel and part made of fully hardened heat resistant steel | |
| Yeğen et al. | The effect of salt bath cementation on mechanical behavior of hot-rolled and cold-drawn SAE 8620 and 16MnCr5 steels | |
| WO2015034446A1 (en) | Process of and apparatus for hardening steel surface | |
| RU2709381C1 (en) | Method for low-temperature cementation (ltc) of steel | |
| WO2003056054A1 (en) | Carburized and quenched member and method for production thereof | |
| Vilela Costa et al. | Bending fatigue in low-pressure carbonitriding of steel alloys with boron and niobium additions | |
| WO2019131602A1 (en) | Nitrided steel member, and method and apparatus for producing nitrided steel member | |
| Dychtoń et al. | Process temperature effect on surface layer of vacuum carburized low-alloy steel gears | |
| RU2463380C1 (en) | Method of cementing with staged isothermic exposures in area of polymorphous transformation temperatures | |
| RU2728479C1 (en) | Method for resource-saving step cementation of steel | |
| JP2549039B2 (en) | Carbonitriding heat treatment method for high strength gears with small strain | |
| JP2549038B2 (en) | Method for carburizing heat treatment of high-strength gear with small strain and its gear | |
| Deng et al. | Prediction of phase composition and nitrogen concentration during the nitriding process in low-alloy steel | |
| Tapar et al. | In-Situ Synchrotron X-ray Diffraction Investigation of Microstructural Evolutions During Low-Pressure Carburizing | |
| JP5408465B2 (en) | Method of carburizing steel | |
| US1961520A (en) | Method of case hardening steel | |
| WO2020090999A1 (en) | Nitrided steel member, and method and apparatus for producing nitrided steel member | |
| JPH0477070B2 (en) | ||
| RU2695858C1 (en) | Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures | |
| JP2921235B2 (en) | Carburizing and quenching method | |
| Li | Practical approach to determining effective case depth of gas carburizing | |
| Mishchenko et al. | Control of carburization and decarburization processes of alloy steels at thermochemical and thermal treatment. | |
| JP2019049032A (en) | Steel material for carburization processing | |
| Asari | A study on heat treatment of carburizing carbon steel |