СПОСОБ БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для реализации процессов термической обработки деталей, к поверхности которых предъявляются особые требования.

Известен способ термической безокислительной обработки деталей и сборочных единиц, принятый за прототип (см. ОСТ 92-1292-81 «Обработка термическая вакуумная деталей и сборочных единиц из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов». 1986 г.). Сущность способа безокислительной термической обработки деталей и сборок, реализуемый при высоком отпуске, включает загрузку обезжиренных деталей в печь, вакуумирование печи, нагрев деталей до температуры отпуска и выдержку при этой температуре с последующим охлаждением.

Согласно прототипу на поверхности деталей во многих случаях допускаются блестящие окисные пленки - цвета побежалости. Это в первую очередь относится к вакуумным печам с уровнем рабочего вакуума 1·10^-2-1·10^-3 мм рт.ст.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- при разрывном процессе, например, при термической обработке деталей из сталей 25Х17Н2БШ, 09Х16Н4Б, когда после закалки производится обработка холодом, а затем следует высокий отпуск, всегда, независимо от времени вакуумирования, на поверхности деталей при реализации высокого отпуска образуются окисные пленки - цвета побежалости от соломенного до фиолетового.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества поверхности деталей после термической обработки, снижения себестоимости за счет исключения из технологического процесса трудоемкой и затратной операции электрополировки, с помощью которой удаляются окисные пленки.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в применении ступенчатого отпуска при разрывном процессе вакуумной термической обработки и безусловном обеспечении состояния поверхности деталей, свободных от цветов побежалости.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе безокислительной термической обработки деталей из нержавеющих мартенситных сталей, реализуемый при высоком отпуске, включающем загрузку обезжиренных деталей в печь, вакуумирование печи, нагрев деталей до температуры отпуска и выдержку при этой температуре с последующим охлаждением, новым является то, что нагрев до температуры отпуска осуществляют ступенчато, при этом первоначально нагревают детали до температуры ступени 300-350°С, выдерживают при этой температуре до восстановления рабочего вакуума, а затем производят окончательный нагрев до температуры высокого отпуска.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, неизвестны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Установлено, что нагрев деталей до температуры 300-350°С в печи с предварительно полученным уровнем вакуума 10^-3 мм рт.ст. не приводит к окислению поверхности. Этим объясняется выбор ступени нагрева при реализации процесса высокого отпуска. В то же время в процессе нагрева до температуры ступени вакуум ухудшается. Это объясняется следующим образом: молекулы твердого тела (корпуса печи, экранной изоляции или футеровки, термообрабатываемых деталей) на поверхности имеют с одной стороны свободные связи, поэтому они взаимодействуют с молекулами газа, составляющих атмосферу печи: кислородом, углекислым газом, паров воды и т.д., которые в конечном итоге отвечают за окисление поверхности деталей при высоком отпуске. Такой газ называется адсорбированным. При физической адсорбции молекулы газа удерживаются у поверхности твердого тела силами молекулярного взаимодействия. Они образуют адсорбционный слой толщиной в одну, две и несколько молекул, сохраняя способность диффундировать вдоль поверхности и покидать ее вследствие теплового движения, что и является причиной ухудшения вакуума в процессе нагрева садки до температуры 300-350°С. При достижении температуры ступени и выдержке при этой температуре 30-40 минут рабочий вакуум достигается, динамическое равновесие вновь устанавливается, но значительно на более низком уровне адсорбированных молекул газа. Поэтому при дальнейшем нагреве до технологической температуры высокого отпуска количества свободного окисляемого газа недостаточно для того, чтобы вызвать появление цветов побежалости на поверхности термообрабатываемых деталей.

Способ безокислительной термической обработки, реализуемый при высоком отпуске деталей и сборочных единиц, заключается в следующем: производят загрузку обезжиренных деталей в печь и вакуумирование печи. Нагревают садку до температуры ступени 300-350°С, выдерживают при этой температуре 30-40 минут, например для печи СЭВ 3.3/11, производят нагрев до температуры высокого отпуска, выдерживают при этой температуре, охлаждают детали до температуры ≈100-150°С, выгружают садку из печи.

Температура 100-150°С, которую имеют детали при выгрузке, не вызывает окисления поверхности.

Пример реализации способа безокислительной термической обработки - высокого отпуска деталей из нержавеющих мартенситных сталей при разрывном технологическом процессе

Обезжиренные детали, например, из стали 09Х16Н4Б или 25Х17Н2БШ загружают в печь СЭВ 3.3/11, производят вакуумирование печи до уровня вакуума 10^-3 мм рт.ст., нагревают садку до температуры 300-350°С, выдерживают при этой температуре 30-40 минут для восстановления вакуума 10^-3 мм рт.ст., производят окончательный нагрев до температуры высокого отпуска 600-620°С, выдерживают при этой температуре, охлаждают детали до 100-150°С, выгружают детали из печи.

Таким образом, применение ступенчатого нагрева при реализации процесса высокого отпуска обеспечивает получение светлой поверхности деталей из нержавеющих мартенситных сталей.