×
25.08.2017
217.015.a12c

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННОЙ ТЕПЛОПРОЧНОЙ СТАЛИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к способу комбинированной химико-термической обработки деталей из теплопрочной стали, предназначенных для изготовления высоконагруженных зубчатых колес редукторов авиационной техники, работоспособных при нагреве в зоне контакта до 500°С. Проводят предварительную термическую обработку путем нормализации при температуре (950±10)°C с охлаждением на воздухе, высокого отпуска при температуре (650±10)°C с выдержкой 3 часа, охлаждения на воздухе, закалки в масле при температуре (960±10)°С, повторного высокого отпуска при температуре (660±10)°C с выдержкой 3 часа и охлаждения на воздухе. Затем проводят вакуумную цементацию при температуре 940°С и упрочняющую термическую обработку путем закалки, промежуточных отпусков, обработки холодом и повторного отпуска. После упрочняющей термической обработки с поверхности цементованного слоя удаляют насыщенную карбидную зону методом шлифования на глубину 0,2-0,25 мм, после чего проводится газовое азотирование при (480-500)°С. Обеспечивается существенное повышение контактной долговечности (основная характеристика для тяжелонагруженных зубчатых колес), усталостной прочности и износостойкости. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к способам комбинированной химико-термической обработки деталей из конструкционных теплопрочных сталей, предназначенных для изготовления высоконагруженных зубчатых колес редукторов авиационной техники, работоспособных при нагреве в зоне контакта до 500°С.

Из уровня техники известны различные комбинированные способы химико-термической обработки. Так, например, в патенте RU 2052536 C1, С23С 8/34, опубл. 20.01.1996, предлагается комбинированное диффузионное насыщение поверхности изделия, включающее цементацию стальных изделий в насыщающей среде при температурах выше АС3(920)°С, дискретное подстуживание до 600-700°C с последующим разогревом за счет аккумулированного тепла, обеспечивающего диффузию углерода от поверхности вглубь. После дискретного подстуживания поверхности нагрев изделий под закалку осуществляют с одновременным, начиная от 600°С, насыщением поверхности азотом (азотирование) или азотом и углеродом (карбонитрация), которое продолжается в течение 30-50 минут после достижения температуры закалки, затем производится закалка и низкий отпуск. Этот способ позволяет повысить твердость (до 700HV) и износостойкость диффузионного слоя.

Недостаток этого способа заключается в том, что:

а) по законам диффузии насыщение поверхности азотом за 30-50 мин при данной температуре происходит на глубину не более 0,015 мм, соответственно, износостойкость повышается при условии, что изделие после термической обработки не подвергается шлифованию.

б) не обеспечивается теплопрочность диффузионного слоя: при повышении температуры в зоне контакта до 450-500°С будет наблюдаться резкое снижение твердости диффузионного слоя до 500HV, контактной долговечности и усталостной прочности.

В заявке WO 2011030827 A1, C21D 1/06, опубл. 17.03.2011 «Технология комбинированной химико-термической обработки» процесс включает в себя науглероживание стали в цементационной атмосфере при температуре (900-950)°С, затем карбонитрацию в атмосфере, имеющей потенциал азота от 0,2 до 0,6% при температуре (800-900)°С, затем производится закалка, отпуск при температуре 350°С, что способствует повышению поверхностной твердости.

Недостаток этого способа заключается в том, что:

а) после цементации при температуре (900-950)°С приповерхностная часть диффузионного слоя имеет углеродный потенциал, приблизительно равный потенциалу насыщающей атмосферы, используемой при карбонитрации, что препятствует диффузии азота и не позволяет значительно увеличить твердость поверхности и достигнуть высоких показателей эксплуатационных характеристик (контактной долговечности и износостойкости).

б) данный процесс обеспечивает в зоне контакта твердость поверхности 58-60 HRC только до 350°С, при повышении температуры в зоне контакта до 500°С, твердость снизится до 54 HRC, что приведет к снижению контактной и усталостной прочности.

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является «Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей», представленный в заявке 2013118075 А, С23С 8/38, опубл. 27.10.2014 г. Способ включает вакуумную цементацию деталей, упрочняющую термическую обработку и ионно-плазменное азотирование. Перед вакуумной цементацией проводят предварительную термическую обработку, включающую нормализацию при температуре 950°С, высокий отпуск при температуре 670°С, закалку от температуры 1010°С, высокий отпуск при температуре не менее 570°С и пластическую деформацию методом осадки при температуре не менее 700°С со степенью деформации 50…80%. Вакуумную цементацию проводят с чередованием циклов насыщения и диффузионной выдержки. Количество циклов зависит от необходимой толщины диффузионного слоя, а соотношение времен насыщения и выдержки составляет от 0,1 до 0,2. После цементации проводят высокий отпуск, закалку в масло, обработку холодом при температуре -70°С и трехкратный отпуск при 510°С. Затем осуществляют ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 480-500°С в течение не менее 10 часов. При этом наблюдается повышение износостойкости приповерхностных слоев.

Недостаток этого способа заключается в том, что:

а) карбидообразующие элементы (Cr, Mo, W, V), которые вводятся в сталь типа ВКС-10 (ВКС10У-Ш) для обеспечения теплопрочности цементованного слоя, способствуют снижению предела растворимости углерода в аустените, что приводит к формированию насыщенной карбидной зоны с поверхности, затрудняющей диффузию углерода вглубь. В рассматриваемом аналоге вакуумная цементация стали ВКС10У-Ш формирует в приповерхностной части диффузионного слоя высокоуглеродистую зону с плотной карбидной фазой. Азотирование такой поверхности не эффективно, так как углеродистый слой препятствует диффузии азота и образованию эффективной глубины упрочнения, что отрицательно сказывается на долговечности тяжелонагруженных деталей.

Микроструктура диффузионного слоя стали ВКС-10У-Ш после проведения химико-термической обработки без шлифования приведена на фиг. 1а, а со съемом приповерхностной части диффузионного слоя на 0,2 мм приведена на фиг. 1б.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа комбинированной химико-термической обработки конструкционной теплопрочной стали, легированной активными карбидообразующими элементами (Cr, Mo, W, V).

Техническим результатом заявленного способа комбинированной химико-термической обработки конструкционной теплопрочной стали является существенное повышение контактной долговечности (основная характеристика для тяжелонагруженных зубчатых колес), усталостной прочности и износостойкости.

Для достижения поставленного технического результата предложен способ комбинированной химико-термической обработки деталей из теплопрочной стали, включающий предварительную термическую обработку по режиму: нормализация при температуре (950±10)°C с охлаждением на воздухе, высокий отпуск при температуре (650±10)°C с выдержкой 3 часа, охлаждение на воздухе, закалка в масле при температуре (960±10)°С, повторный высокий отпуск при температуре (660±10)°C с выдержкой 3 часа, охлаждение на воздухе, затем проводят вакуумную цементацию при температуре 940°С и упрочняющую термическую обработку по режиму: закалка, промежуточные отпуски, обработка холодом, повторный отпуск, причем после упрочняющей термической обработки удаляется с поверхности цементованного слоя насыщенная карбидная зона методом шлифования на глубину 0,2-0,25 мм, после чего проводится газовое азотирование при (480-500)°С.

Установлено, что в процессе отпусков дисперсионного твердения (не менее 520°С, 1 час, 3 раза) из остаточного аустенита выделяются спецкарбиды (Cr7C3, М6С), а из мартенсита - легированный цементит (М3С). В связи с этим для получения высокой теплопрочности промежуточные отпуски проводятся непосредственно после закалки, когда в слое содержится большое количество остаточного аустенита (до 60%), затем проводится обработка холодом и повторный отпуск.

Показано, что в поверхностном слое теплопрочных сталей концентрация углерода составляет ≥1,6%. При дополнительном азотировании высокоуглеродистый слой препятствует диффузии азота и формированию слоя азотистого мартенсита и способствует формированию нитридов по границам зерен. Для обеспечения диффузии азота необходимо удалить с поверхности цементованного слоя насыщенную карбидную зону методом шлифования на глубину (0,2-0,25) мм, что приводит к снижению концентрации углерода до 0,9%. Затем проводится газовое азотирование с регулируемым азотным потенциалом, обеспечивающим заданный фазовый состав слоя.

При этом на поверхности формируется диффузионный слой, состоящий из азотистого мартенсита, карбида (Cr7C3; Мо2С), карбонитрида Nb(CN) и высокодисперсного нитрида NbN.

Наличие наноструктурированного азотированного слоя на прочной углеродистой подложке обеспечивает высокую контактную долговечность, износостойкость и усталостную прочность.

Пример осуществления. В опытно-промышленных условиях была выплавлена плавка стали ВКС10У-Ш методом электрошлакового переплава. Механические свойства (по ГОСТ 9013, ГОСТ 1497) определялись на стандартных образцах после различных режимов комбинированной химико-термической обработки, приведенных в таблице 1. Свойства конструкционной теплопрочной стали после обработки по различным режимам комбинированной химико-термической обработки в сравнении с прототипом по оптимальному режиму приведены в таблице 1.

Таким образом, как видно из таблицы 1, обработка теплопрочных сталей по предлагаемому способу (пункт 1, пункт 2), по сравнению с известным (пункт 3), увеличивает твердость до 60-60,5 HRC (пункт 1) и до 61-61,5 HRC (пункт 2) вместо 58-59 HRC (пункт 3), износостойкость ~ в 2 раза и обеспечивает наиболее высокие значения контактной долговечности и усталостной прочности.

Способ комбинированной химико-термической обработки деталей из теплопрочной стали, включающий предварительную термическую обработку путем нормализации при температуре (950±10)°C с охлаждением на воздухе, высокого отпуска при температуре (650±10)°C с выдержкой 3 часа, охлаждения на воздухе, закалки в масле при температуре (960±10)°С, повторного высокого отпуска при температуре (660±10)°C с выдержкой 3 часа и охлаждения на воздухе, проведение вакуумной цементации при температуре 940°С и упрочняющей термической обработки путем закалки, промежуточных отпусков, обработки холодом и повторного отпуска, отличающийся тем, что после упрочняющей термической обработки удаляют с поверхности цементованного слоя насыщенную карбидную зону путем шлифования на глубину 0,2-0,25 мм, после чего проводят газовое азотирование при (480-500)°С.
СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННОЙ ТЕПЛОПРОЧНОЙ СТАЛИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 71-80 из 368.
20.09.2015
№216.013.7c3e

Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при выплавке сплавов для литья лопаток газотурбинных двигателей. Предложен способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563403
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7c4b

Литейный сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия системы Al-Si-Cu-Mg, применяемых в качестве базовых деталей агрегатов управления топливной системой в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Литейный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563416
Дата охранного документа: 20.09.2015
10.10.2015
№216.013.8099

Способ сушки покрытия из серебросодержащей пасты

Изобретение относится к способу сушки покрытия из серебросодержащей пасты, используемой для получения неразъемного соединения при изготовлении силовых полупроводниковых приборов по технологии КНМ «кремний на молибдене». Данная технология позволяет получать соединения при низкой температуре с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564518
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.811b

Способ получения композиционного материала на основе ниобия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению высокотемпературных композиционных материалов на основе ниобия с оксидным упрочнением. Порошки для приготовления матрицы перемешивают и подвергают механическому легированию в защитной атмосфере с образованием массива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564648
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.811d

Способ нанесения электропроводящего покрытия для электрообогреваемого элемента органического остекления

Изобретение относится к вакуумному нанесению покрытий, а именно к нанесению электропроводящего прозрачного покрытия на полимерную пленку для электрообогреваемого элемента органического остекления. Проводят реактивное магнетронное распыление металлической мишени в атмосфере газовой смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564650
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.10.2015
№216.013.8326

Эпоксидное связующее пленочного типа

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих пленочного типа для формования полимерных композиционных материалов (ПКМ), предназначенных для использования в авиационной, машино-, авто-, судостроительной промышленности и других отраслях техники. Эпоксидное связующее пленочного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565177
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.832d

Многослойное электропроводящее покрытие на основе термостойкого связующего

Изобретение относится к области молниезащитных электропроводящих покрытий для конструкций из полимерных композиционных материалов, используемых в авиационной промышленности, и касается многослойного электропроводящего покрытия на основе термостойкого связующего. Содержит по меньшей мере два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565184
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.832f

Композиционный слоистый материал и способ его получения

Изобретение относится к авиастроительной промышленности, в частности к слоистым металлополимерным композиционным материалам, и касается композиционного слоистого материала и способа его получения. Материал содержит, по меньшей мере, два слоя алюминиевого сплава, причем каждый алюминиевый слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565186
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.834c

Градиентный металлостеклопластик и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к слоистым алюмополимерным композиционным материалам, предназначенным для применения в силовых элементах планера самолета и их ремонта, а также в других транспортных средствах. Градиентный металлостеклопластик, состоящий из внешних листов высокомодульного Al-Li сплава с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565215
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.86da

Свариваемый сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деформированных полуфабрикатов, а также отливок, предназначенных для изготовления деталей энергетического и транспортного машиностроения, авиационной и космической техники...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566125
Дата охранного документа: 20.10.2015
Показаны записи 71-80 из 334.
20.09.2015
№216.013.7c3e

Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при выплавке сплавов для литья лопаток газотурбинных двигателей. Предложен способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563403
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.09.2015
№216.013.7c4b

Литейный сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству фасонных отливок из сплава на основе алюминия системы Al-Si-Cu-Mg, применяемых в качестве базовых деталей агрегатов управления топливной системой в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Литейный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563416
Дата охранного документа: 20.09.2015
10.10.2015
№216.013.8099

Способ сушки покрытия из серебросодержащей пасты

Изобретение относится к способу сушки покрытия из серебросодержащей пасты, используемой для получения неразъемного соединения при изготовлении силовых полупроводниковых приборов по технологии КНМ «кремний на молибдене». Данная технология позволяет получать соединения при низкой температуре с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564518
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.811b

Способ получения композиционного материала на основе ниобия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению высокотемпературных композиционных материалов на основе ниобия с оксидным упрочнением. Порошки для приготовления матрицы перемешивают и подвергают механическому легированию в защитной атмосфере с образованием массива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564648
Дата охранного документа: 10.10.2015
10.10.2015
№216.013.811d

Способ нанесения электропроводящего покрытия для электрообогреваемого элемента органического остекления

Изобретение относится к вакуумному нанесению покрытий, а именно к нанесению электропроводящего прозрачного покрытия на полимерную пленку для электрообогреваемого элемента органического остекления. Проводят реактивное магнетронное распыление металлической мишени в атмосфере газовой смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564650
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.10.2015
№216.013.8326

Эпоксидное связующее пленочного типа

Изобретение относится к области создания эпоксидных связующих пленочного типа для формования полимерных композиционных материалов (ПКМ), предназначенных для использования в авиационной, машино-, авто-, судостроительной промышленности и других отраслях техники. Эпоксидное связующее пленочного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565177
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.832d

Многослойное электропроводящее покрытие на основе термостойкого связующего

Изобретение относится к области молниезащитных электропроводящих покрытий для конструкций из полимерных композиционных материалов, используемых в авиационной промышленности, и касается многослойного электропроводящего покрытия на основе термостойкого связующего. Содержит по меньшей мере два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565184
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.832f

Композиционный слоистый материал и способ его получения

Изобретение относится к авиастроительной промышленности, в частности к слоистым металлополимерным композиционным материалам, и касается композиционного слоистого материала и способа его получения. Материал содержит, по меньшей мере, два слоя алюминиевого сплава, причем каждый алюминиевый слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565186
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.834c

Градиентный металлостеклопластик и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к слоистым алюмополимерным композиционным материалам, предназначенным для применения в силовых элементах планера самолета и их ремонта, а также в других транспортных средствах. Градиентный металлостеклопластик, состоящий из внешних листов высокомодульного Al-Li сплава с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565215
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.86da

Свариваемый сплав на основе титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления деформированных полуфабрикатов, а также отливок, предназначенных для изготовления деталей энергетического и транспортного машиностроения, авиационной и космической техники...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566125
Дата охранного документа: 20.10.2015
+ добавить свой РИД