[go: up one dir, main page]

RU2052531C1 - Nitrided steel - Google Patents

Nitrided steel Download PDF

Info

Publication number
RU2052531C1
RU2052531C1 SU5062771A RU2052531C1 RU 2052531 C1 RU2052531 C1 RU 2052531C1 SU 5062771 A SU5062771 A SU 5062771A RU 2052531 C1 RU2052531 C1 RU 2052531C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
nitrided
molybdenum
nickel
niobium
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.К. Некрасов
В.С. Красильников
С.А. Герасимов
В.А. Скуднов
Т.Е. Скакальская
А.В. Некрасов
А.Н. Северюхин
В.И. Кучерявый
С.Д. Карпухин
Э.А. Елисеев
Е.И. Бондаренко
Е.Н. Нартова
В.А. Пряничников
Original Assignee
Научно-производственное объединение "Дельта"
Производственное объединение "Нижегородский машиностроительный завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение "Дельта", Производственное объединение "Нижегородский машиностроительный завод" filed Critical Научно-производственное объединение "Дельта"
Priority to SU5062771 priority Critical patent/RU2052531C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2052531C1 publication Critical patent/RU2052531C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: nitrided steel additionally contains niobium with the following qualitative and quantitative composition, mas.%: carbon 0.18-0.22; silicon 0.17-0.37; manganese 0.30-0.6; chromium 2.50-3.30; nickel 2.70-3.30; molybdenum 0.50-0.70; vanadium 0.10-0.18; niobium 0.05-0.10; the balance, iron. EFFECT: higher strength of article core, steel hardenability and improved wear resistance of nitrided layer with optimal distribution of structure and properties in its thickness, higher contact endurance due to increased quality of nitrided layer and core with simultaneous reduction of time taken for nitriding. 5 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к азотируемым сталям, применяемым для изготовления тяжелонагруженных деталей машин, работающих в условиях циклических изгибных или контактных нагрузок. The invention relates to metallurgy, in particular to nitrided steels used for the manufacture of heavily loaded machine parts operating under cyclic bending or contact loads.

Широкое распространение в этой области нашли сталь 38Х2МЮА, конструкционные стали, не содержащие алюминия, марок 18Х2Н4ВА, 30ХН2МФА и другие. Сталь 38Х2МЮА применяется для деталей, эксплуатационная надежность которых определяется поверхностной твердостью и износостойкостью. Сталь 38Х2МЮА имеет следующий химический состав, мас. Углерод 0,35-0,42 Хром 1,35-1,65 Алюминий 0,70-1,10 Молибден 0,15-0,25 Железо Остальное. Steel 38Kh2MYuA, structural steel, not containing aluminum, grades 18KH2N4VA, 30KHN2MFA and others are widely used in this area. Steel 38X2MYUA is used for parts whose operational reliability is determined by surface hardness and wear resistance. Steel 38X2MUA has the following chemical composition, wt. Carbon 0.35-0.42 Chromium 1.35-1.65 Aluminum 0.70-1.10 Molybdenum 0.15-0.25 Iron The rest.

Эта сталь обладает высокими механическими свойствами, насквозь прокаливается при толщине до 30 мм, приобретает после улучшения твердость НВ 300-400, азотированный слой имеет высокую износостойкость. This steel has high mechanical properties, it is calcined through to a thickness of up to 30 mm, it acquires HB 300-400 hardness after improvement, the nitrided layer has high wear resistance.

Однако наличие в стали значительного количества алюминия вызывает ряд осложнений в технологии выплавки, горячей обработки как механической, так и термической. При обычных условиях азотирования стали нитрид алюминия с гексагональной решеткой не образуется и твердость диффузионного слоя (зоны внутреннего азотирования) обусловлена только образованием комплексного нитрида хрома, молибдена и алюминия резко повышает твердость поверхностной зоны, но максимальная твердость при этом наблюдается не на поверхности, а на некоторой глубине, в зоне, лежащей ниже ε и γ 'фазы. γ '-фаза распространяется вглубь по границам зерен и плоскостям скольжения, в связи с чем диффузионный слой имеет высокую хрупкость. Сталь склонна к обезуглероживанию. Обезуглероженный слой недопустим в азотированной детали, так как является причиной шелушения слоя. При перегреве в процессе нагрева под закалку при шлифовании наблюдается точечное выкрашивание азотируемого слоя, сыпь на глубину до 0,5 мм. Сталь 38Х2МЮА находит ограниченное применение, поэтому были разработаны новые конструкционные стали, не содержащие алюминия. However, the presence of a significant amount of aluminum in steel causes a number of complications in the technology of smelting, hot processing, both mechanical and thermal. Under normal nitriding conditions for steel, aluminum nitride with a hexagonal lattice does not form and the hardness of the diffusion layer (internal nitriding zone) is caused only by the formation of complex chromium nitride, molybdenum and aluminum sharply increases the hardness of the surface zone, but the maximum hardness is observed not on the surface, but on some depth, in the zone lying below the ε and γ 'phase. The γ 'phase propagates deep into the grain boundaries and slip planes, and therefore the diffusion layer has a high fragility. Steel is prone to decarburization. The decarburized layer is unacceptable in the nitrided part, as it causes peeling of the layer. When overheating during heating under hardening during grinding, there is a spot chipping of the nitrided layer, a rash to a depth of 0.5 mm. Steel 38Kh2MYuA finds limited use, therefore new aluminum-free structural steels have been developed.

Сталь 18Х2Н4ВА имеет следующий химический состав, мас. Углерод 0,14-0,20 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,25-0,55 Хром 1,35-1,65 Никель 4,00-4,40 Молибден 0,30-0,40 Железо Остальное. Steel 18X2H4VA has the following chemical composition, wt. Carbon 0.14-0.20 Silicon 0.17-0.37 Manganese 0.25-0.55 Chromium 1.35-1.65 Nickel 4.00-4.40 Molybdenum 0.30-0.40 Iron Else .

Сталь технологична, имеет высокие механические свойства, по сравнению со сталью 38Х2МЮА, но размер аустенитного зерна у стали находится в пределах 7-8 номера, что отрицательно сказывается на диффузионных процессах при азотировании и влечет за собой образование таких дефектов, как нитридная сетка. Steel is technological, has high mechanical properties compared to 38Kh2MYuA steel, but the size of austenitic grain in steel is within 7-8 numbers, which negatively affects diffusion processes during nitriding and entails the formation of defects such as a nitride network.

За прототип выбрана сталь 30ХН2МФА, имеющая следующий химический состав, мас. Углерод 0,27-0,34 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,30-0,60 Хром 0,60-0,90 Никель 2,00-2,40 Молибден 0,20-0,30 Ванадий 0,10-0,18 Железо Остальное. The prototype was selected steel 30XH2MFA, having the following chemical composition, wt. Carbon 0.27-0.34 Silicon 0.17-0.37 Manganese 0.30-0.60 Chromium 0.60-0.90 Nickel 2.00-2.40 Molybdenum 0.20-0.30 Vanadium 0 , 10-0.18 Iron The rest.

Сталь позволяет при высоких температурах насыщения 550оС получить довольно высокую твердость азотированного слоя, за счет легирования элементами, образующими стойкие нитриды, а ванадий, введенный в сталь, существенно измельчает аустенитное зерно и способствует формированию азотированного слоя пониженной хрупкости.Steel allows saturation at high temperatures of 550 C to obtain a relatively high hardness of the nitrided layer by doping elements forming nitrides stable and vanadium introduced into the steel considerably refines austenite grains and contributes to the formation of the nitrided layer is reduced brittleness.

Общеизвестно, что в азотируемом слое возникают остаточные напряжения сжатия, величина которых на поверхности составляет 60-80 кгс/мм2. Это повышает предел выносливости, но переносит очаг усталостного разрушения под азотируемый слой, поэтому важное значение имеют механические свойства после термообработки для повышения вязкости сердцевины изделия.It is well known that in the nitrided layer there are residual compressive stresses, the magnitude of which on the surface is 60-80 kgf / mm 2 . This increases the endurance limit, but transfers the focus of fatigue failure under the nitrided layer, therefore, mechanical properties after heat treatment are important to increase the viscosity of the core of the product.

Механические свойства стали 30ХН2МФА после термообработки на сравнительно невысоком уровне. Недостаточна прокаливаемость стали 15 мм. The mechanical properties of steel 30XH2MFA after heat treatment at a relatively low level. The hardenability of steel is not enough 15 mm.

Цель изобретения создание стали, которая могла бы применяться для изготовления азотируемых тяжелонагруженных деталей машин с высокой контактной выносливостью, работающих в условиях циклических изгибных или контактных нагрузок. The purpose of the invention is the creation of steel, which could be used for the manufacture of nitrided heavily loaded parts of machines with high contact endurance, operating under cyclic bending or contact loads.

Цель изобретения повышение прочностных свойств сердцевины изделия, прокаливаемости стали и износостойкости азотируемого слоя, который имел бы оптимальное распределение структуры и свойств по своей толщине, высокую контактную выносливость, за счет повышения качества азотируемого слоя и сердцевины с одновременным сокращением времени азотирования. The purpose of the invention is to increase the strength properties of the core of the product, the hardenability of steel and the wear resistance of the nitrided layer, which would have an optimal distribution of structure and properties over its thickness, high contact endurance, by improving the quality of the nitrided layer and the core while reducing the nitriding time.

Эта цель достигается тем, что сталь, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, железо и дополнительно ниобий, содержит эти компоненты при следующих соотношениях, мас. Углерод 0,18-0,22 Кремний 0,17-0,37 Марганец 0,30-0,60 Хром 2,50-3,30 Никель 2,70-3,30 Молибден 0,50-0,70 Ванадий 0,10-0,18 Ниобий 0,05-0,10 Железо Остальное
Для оптимизации пластических характеристик стали содержание углерода было снижено до вышеуказанных пределов. С целью увеличения прокаливаемости до 30 мм, твердости слоя и теплостойкости стали содержание хрома было увеличено. Никель, содержащийся в стали свыше 3% снижает концентрацию в γ'-фазе, повышая пластичность азотируемого слоя и значительно снижая вероятность образования нитридной сетки, а также способствует увеличению прочностных характеристик, особенно пластичности и ударной вязкости, за счет того, что препятствует выделению на границах зерен нитридов в азотируемом слое и карбидов в сердцевине. Введение в сплав никеля в вышеуказанных пределах также способствует увеличению прокаливаемости до 30 мм. Для повышения твердости матрицы и для подавления отпускной хрупкости, а следовательно, и разупрочнения при повышенных температурах азотирования было увеличено содержание молибдена. Увеличение содержания никеля в стали обычно приводит к увеличению размера зерна. Для предотвращения этого негативного явления в сталь дополнительно введен ниобий, так как повышение содержания ванадия в стали выше указанных пределов может привести к уменьшению такой важной характеристики, как ударная вязкость. Для значительного улучшения механических свойств стали и большего удаления серы и фосфора из металла было принято решение о изготовлении заготовок методом электрошлакового переплава (ЭШП).
This goal is achieved in that the steel containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, iron, and additionally niobium, contains these components in the following ratios, wt. Carbon 0.18-0.22 Silicon 0.17-0.37 Manganese 0.30-0.60 Chrome 2.50-3.30 Nickel 2.70-3.30 Molybdenum 0.50-0.70 Vanadium 0 10-0.18 Niobium 0.05-0.10 Iron Else
To optimize the plastic characteristics of steel, the carbon content was reduced to the above limits. In order to increase hardenability up to 30 mm, layer hardness and heat resistance of steel, the chromium content was increased. Nickel contained in steel over 3% reduces the concentration in the γ'-phase, increasing the ductility of the nitrided layer and significantly reducing the likelihood of a nitride network, and also increases the strength characteristics, especially ductility and toughness, due to the fact that it prevents precipitation at the boundaries grains of nitrides in the nitrided layer and carbides in the core. The introduction of nickel into the alloy within the above limits also increases hardenability up to 30 mm. To increase the hardness of the matrix and to suppress temper brittleness, and hence softening at elevated nitriding temperatures, the molybdenum content was increased. An increase in the nickel content in steel usually results in an increase in grain size. To prevent this negative phenomenon, niobium is additionally introduced into the steel, since an increase in the vanadium content in the steel above the specified limits can lead to a decrease in such an important characteristic as impact strength. To significantly improve the mechanical properties of steel and to remove sulfur and phosphorus from the metal more, it was decided to manufacture billets by electroslag remelting (ESR).

Для получения данных о контактной выносливости были взяты три состава стали: 38Х2МЮА, 30ХН2МФА и предлагаемая сталь. Испытания были проведены после переплава металла на ЭШП, ковки, термообработки и азотирования. Результаты испытаний приведены в табл.1. To obtain contact endurance data, three steel compositions were taken: 38Х2МЮА, 30ХН2МФА and the proposed steel. The tests were carried out after remelting the metal for ESR, forging, heat treatment and nitriding. The test results are shown in table 1.

Из вышеприведенных данных видно, что долговечность образцов из предлагаемой стали в два раза выше, чем из классических сталей, применяемых для изготовления тяжелонагруженных деталей машин, работающих в условиях циклических изгибных или контактных нагрузок, а также износа. From the above data it can be seen that the durability of the samples of the proposed steel is two times higher than that of classical steels used for the manufacture of heavily loaded machine parts operating under cyclic bending or contact loads, as well as wear.

В табл.2 приведены данные о допустимых контактных напряжениях в зубчатом зацеплении. Table 2 shows the data on permissible contact stresses in gearing.

П р и м е р. Выплавку стали проводили в промышленных электродуговых печах типа ДСП-6. В качестве шихты использовали углеродистую заготовку. После расплавления брали пробу и вводили никель и молибден из расчета на нижний предел заданного химического состава. Феррохром и ферромарганец вводили за 15 мин до выпуска, ферросилиций за 5 мин. Выпуск плавки производили в 10-тонный ковш. Окончательное раскисление осуществляли в ковше силикокальцием в количестве 0,2% и алюминием в количестве 0,05% Ниобия вводили в ковш из расчета на средний предел заданного химического состава. Разливку производили в полуторатонную изложницу. Слиток проковали на электрод и переплавили на ЭШП. Из полученного слитка развесом 1400 кг отковали заготовки (уков 4) под шестерни, которые подвергли термообработке, а затем сами шестерни азотированию. Как видно из табл.3, химический состав плавок, 3,4,5 после переплава на ЭШП удовлетворяет химическому составу предлагаемой стали. PRI me R. Steel was smelted in industrial electric arc furnaces of the DSP-6 type. As the charge used carbon blank. After melting, a sample was taken and nickel and molybdenum were introduced based on the lower limit of a given chemical composition. Ferrochrome and ferromanganese were introduced 15 minutes before release, ferrosilicon in 5 minutes. Smelting was produced in a 10-ton bucket. The final deoxidation was carried out in a ladle with silicocalcium in an amount of 0.2% and aluminum in an amount of 0.05% Niobium was introduced into the ladle based on the average limit of a given chemical composition. The casting was carried out in a one and a half ton mold. The ingot was forged onto an electrode and melted onto an ESR. From the obtained ingot with a weight of 1400 kg, billets (4 yokes) were forged under the gears, which were subjected to heat treatment, and then the gears themselves were nitrided. As can be seen from table 3, the chemical composition of the melts, 3,4,5 after remelting on the ESR satisfies the chemical composition of the proposed steel.

Из табл. 4 следует, что механические свойства предлагаемой стали после предварительной термообработки превышают те же характеристики у известной стали. Введение нормализации перед закалкой позволило стабилизировать структуру мартенсита и, как следствие этого, механические свойства. From the table. 4 it follows that the mechanical properties of the proposed steel after preliminary heat treatment exceed the same characteristics of the known steel. The introduction of normalization before hardening made it possible to stabilize the structure of martensite and, as a consequence of this, mechanical properties.

За счет рационального легирования продолжительность выдержки при азотировании при более высокой температуре удалось значительно снизить. Глубина азотируемого слоя была увеличена (табл.5). Due to rational doping, the exposure time during nitriding at a higher temperature was significantly reduced. The depth of the nitrided layer was increased (table 5).

Контактная выносливость получаемых деталей из предлагаемой стали (в частности шестерен) приведена выше (табл.1 и 2). Contact endurance of the obtained parts from the proposed steel (in particular gears) is given above (Tables 1 and 2).

При содержании легирующих компонентов ниже нижних пределов легирующее действие на сталь недостаточно. При повышении верхних пределов содержания компонентов эффективность обработки снижается. When the content of alloying components is lower than the lower limits, the alloying effect on steel is not enough. With increasing upper limits of the content of components, the processing efficiency decreases.

Из вышеприведенных данных следует, что предлагаемая сталь по всем параметрам превосходит известную сталь, что позволяет изготавливать высоконапряженные азотируемые зубчатые колеса с контактной выносливостью цементуемых зубчатых колес, исключив при этом сложный дорогостоящий процесс зубошлифования, тем самым в значительной мере повысить ресурс работы тяжелонагруженных узлов, в частности зубчатых передач. From the above data it follows that the proposed steel in all respects surpasses the known steel, which makes it possible to produce highly stressed nitrided gears with contact endurance of cemented gears, thereby eliminating the complex and expensive gear grinding process, thereby significantly increasing the service life of heavily loaded units, in particular gears.

Claims (1)

АЗОТИРУЕМАЯ СТАЛЬ, содержащая углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,18 - 0,22
Кремний - 0,17 - 0,37
Марганец - 0,3 - 0,6
Хром - 2,5 - 3,3
Никель - 2,7 - 3,3
Молибден - 0,5 - 0,7
Ванадий - 0,1 - 0,18
Ниобий - 0,05 - 0,1
Железо - Остальное
NITROGEN STEEL containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, iron, characterized in that it additionally contains niobium in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.18 - 0.22
Silicon - 0.17 - 0.37
Manganese - 0.3 - 0.6
Chrome - 2.5 - 3.3
Nickel - 2.7 - 3.3
Molybdenum - 0.5 - 0.7
Vanadium - 0.1 - 0.18
Niobium - 0.05 - 0.1
Iron - Else
SU5062771 1992-09-23 1992-09-23 Nitrided steel RU2052531C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5062771 RU2052531C1 (en) 1992-09-23 1992-09-23 Nitrided steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5062771 RU2052531C1 (en) 1992-09-23 1992-09-23 Nitrided steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2052531C1 true RU2052531C1 (en) 1996-01-20

Family

ID=21613571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5062771 RU2052531C1 (en) 1992-09-23 1992-09-23 Nitrided steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2052531C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333406C2 (en) * 2006-09-14 2008-09-10 Юрий Николаевич Райков Steel for double gear

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ 4543-71 "Сталь 30ХН2МФА". *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333406C2 (en) * 2006-09-14 2008-09-10 Юрий Николаевич Райков Steel for double gear

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0236505B1 (en) Case-hardening steel and process for its production
EP2159296B1 (en) Hardened and tempered steel and method for producing parts of said steel
JP3929035B2 (en) Sulfur-containing free-cutting machine structural steel
JPH08311607A (en) Low distortion carburized gear excellent in root bending strength and method of manufacturing the same
JP2010007120A (en) Method for manufacturing high-strength carburized component
JP2009299165A (en) Method for manufacturing high-strength carburized component by induction hardening
WO2008075889A1 (en) Ultra high strength carburizing steel with high fatigue resistance
JPH04143253A (en) Bearing steel excellent in rolling fatigue characteristic
US5888450A (en) Fine grained ductile plastic injection molds forging tools and machine components and alloy steel therefor having a titanium nitride pinned austenitic grain structure
JP2009191322A (en) Case-hardened steel with excellent coarsening resistance for carburized parts
EP3333277B1 (en) High-strength low-alloy steel with high resistance to high-temperature oxidation
RU2052531C1 (en) Nitrided steel
KR100209450B1 (en) High toughness cr-mo steel
EP3666910A1 (en) Low phosphorus, zirconium micro-alloyed, fracture resistant steel alloys
US4853049A (en) Nitriding grade alloy steel article
JPS62274052A (en) Case hardening steel for bearings
JP3579558B2 (en) Bearing steel with excellent resistance to fire cracking
WO2002044435A1 (en) Steel for carburization and carburized gear
JPH07216497A (en) High-fatigue-strength thin steel plate or thin steel plate part and manufacturing method thereof
JPH0826432B2 (en) High quality case hardening steel
US3929423A (en) Hot work forging die block and method of manufacture thereof
JP7678317B2 (en) Non-tempered steel and nitrided parts
KR100487086B1 (en) Cold Forming Steel
JP2009299146A (en) Method for manufacturing high-strength carburized component
JPS5914538B2 (en) Steel with low stress relief annealing cracking susceptibility