Спосіб хіміко-термічної обробки стальної деталі

Спосіб хіміко-термічної обробки поверхні стальної деталі, що включає ударно-хвильове навантаження металу та наступне насичення поверхні деталі атомами неметалу, який відрізняється тим, що насичення поверхні проводять безпосередньо після вибухового навантаження, яке здійснюють при товщині заряду 27-40мм та швидкості детонації 2,6-4,0км/с. (19) (21) a200703424 (22) 29.03.2007 (24) 11.08.2008 (46) 11.08.2008, Бюл.№ 15, 2008 р. (72) ДІДИК РОСТИСЛАВ ПЕТРОВИЧ, U A, ГРЯЗНОВА ЛЮДМИЛА ВІКТОРІВН А, UA, ЛІСНЯК ОЛЕКСАНДР ГРИГОРОВИЧ, UA, БЕЗРУКАВА ВІКТОРІЯ АН АТОЛІЇВН А, UA (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) RU 2048598, 20.11.1995, C1 RU 2142023, 27.11.1999, C1 3 83769 нювали шляхом прокатки у паралельних валках. Ці експерименти проводились на зразках чистого заліза, насичення азотом відбувалось при 853°К, тому ці результати не можуть бути використані для промислового метода зміцнення деталей машин зі сталей. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу хіміко-термічної обробки, у якому шляхом застосування нових технологічних параметрів досягається можливість регулювання глибини проникнення легуючи х елементів, а також керування параметрами поверхневого шару обробленої деталі і, за рахунок цього, підвищення її експлуатаційних характеристик. Задача вирішується тим, що у відомому способі хіміко-термічної обробки металевої поверхні деталі, що включає насичення поверхні металу атомами металу, неметалу або металу з неметалами, відповідно до винаходу, попередньо деталь піддають ударно-хвильвому навантаженню. На Фіг.1, 2 представлена схема ударнохвильового навантаження циліндричних зразків, де: 1 - циліндричний зразок; 2 - вибухова речовина; 3 - інертний прошарок; 4 - капсюль-детонатор. Спосіб вирішується наступним чином: зразки 1 піддаються ударно-хвильовому навантаженню від вибуху заряду вибухової речовини (ВР) 2, що розташовується безпосередньо на оброблювальній поверхні. Навантаження здійснюють косою ударною хвилею, яка забезпечує здвигові напруження, ініціювання ВР 2 - капсулем-детонатором 4 (фіг). Швидкість детонації ВР змінюється від 2,6км/с до 4,0км/с, товщина заряду - від 15 до 40мм. Потім зразки 1 піддають цементуванню в газовому середовищі метану при температурі 930°С пічах безпе 4 рервної дії. Час цементування складав - 8 годин. Після цементації проводилось загартування з температури цементації та відпустка при температурі 180°С. Для визначення глибини дифузійного шару проводять дослідження мікроструктури поперечних шлі фів на оптичних мікроскопах, а також вимір мікротвердості по глибині зразків та на їх поверхні. Експеримент проводився на циліндричних зразках 1, розміром Ø60´200мм із вуглецевої сталі 20. Частина зразків піддавалась ударнохвильвому навантаженню від вибуху заряду вибухової речовини (ВР) 2, що розташовувався безпосередньо на оброблювальній поверхні. Швидкість детонації ВР дорівнювала 2,6; 2,8; 3,0; 3,6; 4,0км/с; товщина заряду визначено: 15, 25, 30, 40мм. Навантаження відбувається косою ударною хвилею, ініціювання ВР - капсулемдетонатором 4. Потім усі зразки (оброблені і не оброблені імпульсно-деформаційним навантаженням) піддавали цементуванню в газовому середовищі метану при температурі 930°С пічах безперервної дії. Час цементування складав - 8 годин. Після цементації проводилось загартування з температури цементації та відпустка при температурі 180°С. Вміст вуглецю в поверхневому шарі складав 0,8%. Для визначення глибини дифузійного шару проводились дослідження мікроструктури поперечних шліфів на оптичному мікроскопі «Neophot-22» при збільшеннях 250х і 500х, а також виміру мікротвердості на приладі ПМТ-3. Глибина дифузійного шару визначалась технічною глибиною цементованого шару. Результати дослідження зведені в таблицю. Таблиця Залежність параметрів цементованого шару від способу та параметрів обробки Спосіб обробки Глибина цементованого шару b, мм Мікротвердість поверхні, Нm Відомий спосіб 1 700 Заявлений спосіб (ударно-хвильове навантаження + цементація) Швидкість детонації Д, км/с Висота заряду ВР h, mm 2,6 2,8 3,0 3,6 4,0 2,6 2,8 3,0 3,6 4,0 15 1,1 1,1 1,1 1,2 1,4 710 710 720 740 750 25 1,1 1,2 1,2 1,4 1,6 720 730 750 760 765 30 1,2 1,4 1,4 1,5 1,6 730 740 750 760 780 40 1,4 1,5 1,55 1,7 1,8 750 760 770 780 800 З приведених даних видно, що за той же час хіміко-термічної обробки при обробці заявленим способом глибина цементованого шару в 1,5-1,8 рази більше, ніж у відомому, при швидкості детонації Д=2,8...4,0км/с. Мікротвердість також зростає і максимальна при Д=4,0км/с та h=40мм, але при цих значеннях параметрів у зразках виникають мікротріщіни, що обмежує їх використання. Тому швидкість детонації потрібно приймати від 2,8 до 3,6км/с. Ударно-хвильове навантаження приводить до збільшення щільності дислокацій р до 1010...1012см -2, в залежності від тиску, що приводить до зміцнення металу. При цьому, значення зміцнення залежить не тільки від тиску на фронті ударної хвилі, але і від часу дії цього тиску, який, в свою чергу, визначається товщиною шару ВР. Таким чином, зміцнення металу визначається імпульсом дії ударної хвилі, який вплива не тільки на щільність дислокацій, але і на розподіл їх по об' 5 83769 єму субзерен та в малоуглових границях з утворенням дислокаційних каналів. При ударнохвильовому навантаженні, при певних параметрах, формується ячеіста структура з зменшенням середнього розміру ячіїк, а також утворюється велика кількість точечних дефектів, зокрема деформаційних вакансій. Все це сприяє проходженню дифузійних процесів при наступній хіміко-термічній обробці. Одночасно, при ударно-хвильовому навантаженні утворюються стискаючі залишкові напруження в поверхневих шарах металу, що досягають Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 - 1200МПа. Це приводить до додаткового стимулювання дифузійних процесів і фазових перетворень, що відбуваються при наступній хімікотермічній обробці деталей. Застосування заявленого способу дає можливість регулювання товщини дифузійного цементованого шару за той же час обробки, в порівнянні з відомим способом, його твердості, а також зменшити час проведення хіміко-термічної обробки. Все це дозволяє підвищити надійність і ресурс експлуатації виробів, підданих хіміко-термічній обробці. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601