Спосіб поверхневого зміцнення виробів із сталі

 

Винахід відноситься до хіміко-термічної обробки металів і сплавів, зокрема до способів поверхневого зміцнення виробів з вуглецевих і легованих сталей шляхом застосування лазерної хіміко-термічної обробки, і може бути використане для зміцнення поверхні робочих органів технологічного обладнання харчових виробництв транспортної та споживчої тари для пакування харчових продуктів.

Відомий спосіб поверхневого зміцнення виробів із сталі, що включає лазерну обробку частини захищається поверхні виробу, складової 10-15% всієї площі [1].

Недоліком даного способу є низька мікротвердість, так як в процесі лазерної обробки поверхневих шарів створюється значна хімічна (по вуглецю) і структурна неоднорідність, яка зменшує ефективність захисту від корозії і зношування.

Найбільш близьким по технічній сутності і досягається результату є спосіб поверхневого зміцнення виробів із сталі та алюмінію, що включає нанесення на поверхню дрібнодисперсного порошку нікелю і бору з подальшою обробкою лазерним випромінюванням [2].

Недоліком даного способу є низькі мікротвердість і адгезет собою двофазну систему дендритів інтерметалічних фаз і твердого розчину.

Завданням цього винаходу є підвищення мікротвердості та адгезійної міцності за рахунок формування дифузійної зони твердого розчину залізо-хром або зони боридів заліза на деталях технологічного обладнання истирающего дії для харчової і зернодобивающей промисловості.

Поставлена задача досягається тим, що в способі поверхневого зміцнення виробів із сталі, що включає нанесення покриття з наступною лазерною обробкою, відмінністю є те, що покриття наносять осадженням хрому при катодного щільності струму 3,5-5,5 мА/мм2протягом 60-90 хв з водного електроліту, а лазерну обробку проводять в режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,4-2,6 кВт/мм2і швидкістю сканування 1,75-2,25 мм/с.

Або поставлена задача досягається тим, що в способі поверхневого зміцнення виробів із сталі, що включає нанесення покриття з наступною лазерною обробкою, відмінністю є те, що покриття наносять формуванням шару боридів заліза при температурі 800-1000°С протягом 150-180 хв з сольового розплаву, а лазерну обробку проводять в режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,4-2,6 кВт/мм2і швидкістю сканування 1,сторони, тим, що дані елементи допущені Міністерством охорони здоров'я україни для контакту з середовищами харчових виробництв і харчовими продуктами; з іншого боку, хром і бор у вигляді боридів заліза зміцнюють поверхню з вуглецевих і легованих сталей.

Осадження хрому здійснюють при катодного щільності струму 3,5-5,5 мА/мм2протягом 60-90 хв з водного електроліту, що треба для отримання шару хрому необхідної товщини. Осадження хрому при меншій катодного щільності струму протягом меншого часу дозволяє отримати шари хрому незначної товщини, які при подальшій лазерній обробці не забезпечують необхідної концентрації хрому в дифузійній зоні твердого розчину. Осадження хрому при більшій катодного щільності струму протягом більшого часу дозволяє отримати шари хрому більш значної товщини, які мають малу адгезію до матеріалу і можуть відшаровуватися.

Формування шару боридів заліза здійснюють при температурі 800-1000°С протягом 150-180 хв з сольового розплаву, що треба для отримання шару боридів заліза необхідної товщини. Формування шарів боридів заліза при меншій температурі протягом меншого часу не відбувається внаслідок малої жидкотеку�верхностние шари виробів.

Формування шарів боридів заліза при більшій температурі протягом більшого часу призводить до разупрочнению серцевини виробів, до інтенсивного растравливанию і оплавлення поверхні.

Лазерну обробку проводять в режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,4-2,6 кВт/мм2і швидкістю сканування 1,75-2,25 мм/с. Дані режими лазерної обробки забезпечують значне прискорення дифузії легуючих елементів і утворення твердих розчинів в дифузійній зоні. Плавна зміна концентрації легуючих елементів по глибині дифузійної зони зумовлює відповідну зміну фізико-хімічних властивостей, за рахунок чого досягається підвищення мікротвердості та адгезійної міцності. Проведення лазерної обробки при меншій питомій потужності і більшої швидкості сканування призводить до формування неоднорідної дифузійної зони малої протяжності з низьким середнім рівнем мікротвердості. Проведення лазерної обробки при більшій питомій потужності і меншій швидкості сканування призводить до утворення кратерів проплавлення, глибина яких перевищує товщину дифузійного шару, і до зниження мікротвердості при переході через кордон оплавлення.

ормируют шар боридів заліза з сольового розплаву за такими технологічними схемами.

Хром осаджують з водного електроліту, що містить, г/л:

СгО3225-275

H2SO42,0-3,0

Н2Про решту

Осадження хрому проводять при катодного щільності струму 3,5-5,5 мА/мм2протягом 60-90 хв.

Формування шару боридів заліза здійснюють з сольового розплаву, що містить, мас. %:

24O740-60

4З 30-50

NaF інше

Шар боридів формують при температурі 800-1000°С протягом 150-180 хв.

Лазерну обробку шарів хрому або шарів боридів заліза проводять у режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,4-2,6 кВт/мм2і швидкістю сканування 1,75-2,25 мм/с.

Приклад №1.

На сталеві вироби, виготовлені, наприклад, з вуглецевих сталей із вмістом вуглецю 0,2-0,8%, попередньо знежирені, декапированние і промиті, осаджують хром або формують шар боридів заліза. Хром осаджують з водного електроліту, що містить, г/л:

СгО3250

H2SO42,5

H2O інше

Осадження хрому проводять при катодного щільності струму 4,5 мА/мм2протягом 75 хв.

Формування шару боридів заліза здійснюють з сольового розплаву, що містить, мас. %:

Na2B4O750

�робітнику шарів хрому або шарів боридів заліза проводять у режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,5 кВт/мм2і швидкістю сканування 2 мм/с.

Отримане покриття зі структурою поверхневих твердих розчинів залізо-хром має мікротвердістю 6 ГПа при мікротвердості серцевини 2 ГПа, а покриття зі структурою боридів заліза має мікротвердістю 7 ГПа при мікротвердості серцевини 1 ГПа.

Приклад №2.

Поверхневе зміцнення виробів із сталі здійснюють так, як вказано в прикладі №1, а хром осаджують з водного електроліту, що містить, г/л:

СгО3225

H2SO42,0

Н2Про інше,

при катодного щільності струму 3,5 мА/мм2протягом 60 хв.

Формування шару боридів заліза здійснюють з сольового розплаву, що містить, мас. %:

Na2B4O740

4З 50

NaF інше

Шар боридів формують при температурі 800°С впродовж 150 хв. Лазерну обробку шарів хрому або шарів боридів заліза проводять у режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,4 кВт/мм2і швидкістю сканування 2,25 мм/с.

Отримане покриття зі структурою поверхневих твердих розчинів залізо-хром має мікротвердістю 5 ГПа при мікротвердості серцевини 2 ГПа, а покриття зі структурою боридів заліза має микротвердост�ществляют так, як зазначено в прикладі №1, а хром осаджують з водного електроліту, що містить, г/л:

СгО3275

H2SO43,0

Н2Про інше,

при катодного щільності струму 5,5 мА/мм2протягом 90 хв.

Формування шару боридів заліза здійснюють з сольового розплаву, що містить, мас. %:

Na2B4O760

4З 30

NaF інше

Шар боридів формують при температурі 1000°С протягом 180 хв. Лазерну обробку шарів хрому або шарів боридів заліза проводять у режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,6 кВт/мм2і швидкістю сканування 1,75 мм/с.

Отримане покриття зі структурою поверхневих твердих розчинів залізо-хром має мікротвердістю 4 ГПа при мікротвердості серцевини 2 ГПа, а покриття зі структурою боридів заліза має мікротвердістю 5 ГПа при мікротвердості серцевини 1 ГПа.

Випробування мікротвердості покриттів зі структурою поверхневих твердих розчинів залізо-хром і дифузійних шарів зі структурою боридів заліза, отриманих на сталі за пропонованим способом, проводили на микротвердомере ПМТ-3 при навантаженні 50 р.

Результати випробувань мікротвердості дифузійних шарів зі структурою боридів>p>

Таблиця
Порівняльні дані по мікротвердості покриттів за пропонованим способом і прототипу
Здійснення технологічного процесуМікротвердість дифузійних покриттів зі структурою боридів заліза, ГПа
За пропонованим способом7
По прототипу5

Як видно з таблиці мікротвердість дифузійних покриттів зі структурою боридів заліза за пропонованим способом в 1,4 рази вище, ніж по прототипу, змінюючись з 5 до 7 ГПа.

Використання запропонованого способу у порівнянні з прототипом дозволить в 1,4 рази підвищити мікротвердість зміцнених виробів із сталі, збільшити адгезійну міцність дифузійних покриттів, що забезпечить підвищення довговічності робочих органів технологічного обладнання истирающего дії для харчової та зернопереробної промисловості, які працюють в умовах одночасного впливу динамічних і втомних навантажень.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Патент РФ №2061100, 27.05.96. Бюл. №15. З 23 F 15/00.

2. А.С. СРСР №1694692 A1, 30.11.91. Бюл. №44. З 23 З 12/0� лазерною обробкою, відрізняється тим, що покриття наносять осадженням хрому при катодного щільності струму 3,5-5,5 мА/мм2протягом 60-90 хв з водного електроліту або формуванням шару боридів заліза при температурі 800-1000°С протягом 150-180 хв з сольового розплаву, а лазерну обробку проводять в режимі імпульсного випромінювання з питомою потужністю 2,4-2,6 кВт/мм2і швидкістю сканування 1,75-2,25 мм/с.



 

Схожі патенти:

Спосіб нанесення зміцнюючого покриття на металеві або металовмісні поверхні

Винахід відноситься до області поверхневої обробки металів, зокрема до нанесення зміцнюючих покриттів, а саме до способів нанесення зміцнюючого покриття на металеві або металовмісні поверхні

Спосіб видалення з поверхні виробів залишків розчину після хімічної або електрохімічної обробки

Винахід відноситься до очищення виро бів від осту ів розчину після хімічної або електрохімічної обробки

Розчин для обробки чорних хромових покриттів

Винахід відноситься до хімічної обробки поверхні, зокрема до обробки чорних хромових покриттів

Спосіб виготовлення тонких, важкорозчинних покриттів (варіанти)

Винахід відноситься до способів виготовлення стабільних поверхневих покриттів за рахунок катодного розпилення, напилення, осадження з ванних або MOCVD і може знайти застосування при захисті та модифікації поверхонь, у тому числі з прихованими структурами, а також при нанесенні функціональних шарів, зокрема, в геліотехніці і техніці матеріалів

Спосіб обробки сталевих виробів

Винахід відноситься до металургії, а саме до хіміко-термічній обробці, і може бути використане для поверхневого зміцнення виробів і підвищення їх експлуатаційної стійкості

Спосіб комбінованого борирования вуглецевої сталі

Винахід відноситься до металургії, зокрема до хіміко-термічній обробці, і може бути використане в машинобудуванні для поверхневого зміцнення деталей машин, виготовлених з вуглецевої сталі

Спосіб зміцнення різального і формотворчого інструменту з теплостійких хромистих сталей

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до хіміко-термічної обробки деталей і інструментів, і може знайти застосування в машинобудуванні, інструментальної промисловості

Спосіб виготовлення сталевих деталей

Винахід відноситься до енергозберігаючих способів виготовлення деталей з вуглецевих і легованих сталей з високою експлуатаційною стійкістю до корозії та зносу, і може бути використано в аграрній, металургійній, машинобудівній та інших галузях промисловості при металообробці

Спосіб обробки сталевих деталей нафтогазовидобувного обладнання

Винахід відноситься до області хіміко-термічної обробки сталевих деталей, зокрема нафтогазовидобувного обладнання, і може бути використано для підвищення стійкості сталевих деталей проти втомного руйнування, корозії і зносу в паливно-енергетичній, металургійній і машинобудівній галузях промисловості при металообробці

Спосіб хіміко-термічної обробки сталевих виробів

Винахід відноситься до хіміко-термічної обробки сталевих виробів, а саме до способів отримання зносо-і корозійностійких покриттів на поверхні сталевих виробів, переважно стволів гармат
Up!