Спосіб легування поверхні деталі

 

Винахід відноситься до галузі металургії і машинобудування, а саме до способів поверхневого зміцнення металів, і може бути використане при виготовленні деталей, які працюють в умовах зношування і знакозмінних навантажень.

Відомий спосіб лазерного легування поверхні низьковуглецевих і середньовуглецевих легованих сталей різними легуючими елементами. Насичення поверхні легуючими елементами проводять з допомогою лазерного нагріву, сутність якого полягає в розплавлюванні ділянки поверхні стали разом із додаються легуючими елементами, попередньо нанесеними на оброблювану ділянку (див. Рикалин Н.Н., Кутів А. А., Cocora А. Н. «Лазерна обробка матеріалів». М: «Машинобудування», 1975, с. 296).

Найбільш близьким до заявляється способу по технічній сутності є прийнятий як прототип спосіб поверхневого легування деталей із сталі 40, описаний в патенті РФ №2428503, С23С 8/08 від 10.09.2011. Спосіб полягає в термодиффузионном насиченні поверхні легуючими елементами. Попередньо наноситься на поверхню деталей обмазка, що містить легирующий елемент. Процес термодифузійного насичення включає нагрів за�ному етапі проводять процес попереднього локального поверхневого легування з використанням лазерного нагріву з обмазки. Потім подальше термодифузійне насичення ведуть в печі при нагріванні до температури Т=650-750°C з витримкою протягом 3-4 годин з наступним охолодженням в печі. В якості легуючих елементів використовують метали з ряду Cr, V, Ti. Даний спосіб дає можливість отримувати товщину легируемого шару до 175 мкм.

Відомі способи легування забезпечують обмежену товщину легованого шару, як правило, не перевищує 200 мкм. Процес легування займає тривалий час, як правило, кілька годин.

Технічним завданням, розв'язуваної справжнім винаходом, є збільшення товщини дифузійного шару, скорочення тривалості процесу термодифузійного насичення поверхні сталевих деталей.

Для вирішення поставленої задачі пропонується спосіб легування поверхні деталі зі сталі, що включає нанесення на легируемий ділянку поверхні деталі обмазки, що містить легуючі елементи, нагрів легируемого ділянки поверхні деталі з нанесеної обмазкою до температури вище температури плавлення обмазки, підтримку цієї температури легируемого ділянки поверхні деталі протягом заданого часу і подальше охолодження деталі, в якому нагрів легируемого учасри 1200-1250°C з витримкою протягом 2-3 хв, причому одночасно з нагріванням легируемого ділянки поверхні деталі примусово охолоджують протилежну нагріванню поверхню деталі з допомогою охолоджуючої рідини і відводять тепло вглиб деталі з прилеглої до легіруемому ділянці зони поверхні.

Якщо легують поверхню деталі у вигляді пластини, то при цьому рідиною охолоджують протилежну поверхню пластини.

Якщо легують зовнішню поверхню порожнистої деталі, то при цьому рідиною охолоджують стінку порожнини деталі.

Рішення поставленої технічної задачі досягається завдяки тому, що нагрівання легируемого ділянки поверхні деталі зі швидкістю нагріву 180-220°C в секунду призводить до швидкого наростання градієнта температури по товщині легируемого ділянки деталі, а інтенсивне відведення тепла із зони деталі, протилежної легируемой, і вглиб деталі і далі з неї шляхом примусового охолодження деталі охолоджувальною рідиною за межами легируемого ділянки поверхні деталі дозволяє підтримувати підвищений градієнт температури по товщині легируемого ділянки поверхні деталі протягом всього процесу легування. У результаті різко збільшується швидкість дифузійного процесу на етапі термодиффлубину, ніж у відомих способах.

Висока швидкість дифузії легуючих елементів дозволяє провести процес термодифузійного насичення при меншій витримці. При цьому зберігається висока твердість легованої поверхні за рахунок утворення дрібнозернистої структури і високої концентрації легуючого елемента в поверхневому шарі.

Запропонований спосіб може бути реалізований наступним чином.

На поверхню деталей з конструкційних сталей наноситься обмазка, що складається з порошку легуючого елемента і сполучного, наприклад рідкого скла. В якості легуючих елементів можуть бути використані метали з ряду В, Cr, Ti, V та інші метали. Потім на поверхню впливають струмами високої частоти (ТВЧ), в результаті поверхня швидко (протягом кількох секунд) нагрівається до температури 1200-1250°C, а протилежна поверхня нагріву піддається інтенсивному охолодженню, наприклад, водою. Проводять витримку 2-3 хвилини при забезпеченні високої різниці температур легируемой та протилежної сторін деталі і далі деталь охолоджується. Швидкість охолодження вибирається з умови потреби загартування. Таким чином, в процесі обробки дифузія обраного легуючого елемента�іншої 1100-1500 мкм, рівномірний по всій легируемой поверхні деталі незалежно від складності її геометрії.

Далі представлені результати дослідження деталей-зразків із сталі 65Г, підданих легированию у відповідності з запропонованим способом і їх порівняння з відомими способами легування.

Приклад 1

Плоскі деталі-зразки, виготовлені із сталі 65Г, піддавалися поверхневого легированию з термодифузійний насиченням поверхневого шару бором за способом, викладеним вище. Підготовлені деталі-зразки з нанесеної обмазкою, що містить бор, нагрівали ТВЧ до досягнення легируемой поверхнею температури Т=1250°C зі швидкістю наростання температури поверхні 180-220°C і витримували при цій температурі 2-3 хв. Протилежну нагріванню сторону деталі охолоджували водою. Після витримки деталь охолоджували на повітрі. Товщина дифузійного шару склала 1080-1150 мкм.

Приклад 2

Циліндричні втулки з центральним отвором, виготовлені із сталі 65Г, піддавалися поверхневого легированию з термодифузійний насиченням поверхневого шару бором за способом, викладеним вище. Підготовлені деталі-зразки з нанесеною на зовнішню поверхню втулки обмазкою, що містить бор, поверхні 180-220°C і витримували при цій температурі 2-3 хв. Стінку порожнини втулки охолоджували водою. Після витримки втулки охолоджували на повітрі. Товщина дифузійного шару склала 1080-1120 мкм.

Очевидно, що пропонований спосіб легування поверхні деталі не обмежується наведеними прикладами і він може використовуватися для деталей будь-якої форми. Також очевидно, що в пропонованому способі легування можна використовувати і інші легуючі елементи, крім В, Cr, Ti, V.

З прикладів видно, що заявляється спосіб у порівнянні з відомими способами дозволяє досягати великих значень товщини дифузійного шару при скороченні тривалості процесу термодифузійного насичення до 3-х хвилин замість декількох годин.

Таким чином, винахід дозволяє отримати збільшення товщини дифузійного шару, скоротити тривалість процесу термодифузійного насичення поверхні сталевих деталей з конструкційних сталей.

1. Спосіб легування поверхні деталі зі сталі, що включає нанесення на легируемий ділянку поверхні деталі обмазки, що містить легуючі елементи, нагрів легируемого ділянки поверхні деталі з нанесеної обмазкою до температури вище температури плавлення обмазки, відрізняється тим, що нагрівання легируемог�ератури 1200-1250°C з витримкою протягом 2-3 хв, причому одночасно з нагріванням легируемого ділянки поверхні деталі примусово охолоджують протилежну нагріванню поверхню деталі з допомогою охолоджуючої рідини і відводять тепло вглиб деталі з прилеглої до легіруемому ділянці зони поверхні.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що легують поверхню деталі у вигляді пластини, при цьому рідиною охолоджують протилежну поверхню пластини.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що легують зовнішню поверхню порожнистої деталі, при цьому рідиною охолоджують стінку порожнини деталі.



 

Схожі патенти:

Спосіб цементації металевого виробу

Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до цементації металевих виробів, і може бути використане в машинобудуванні для поверхневого зміцнення деталей машин та інструменту
Винахід відноситься до способів формування покриттів з використанням порошкових 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

Плавкий затвор для герметизації контейнерів при хіміко - термічній обробці і спосіб герметизації контейнера

Винахід відноситься до області хіміко-термічної обробки, зокрема до процесів дифузійного насичення з порошкових середовищ у контейнерах з плавкими затворами
Винахід відноситься до області хіміко-термічної обробки металів і сплавів, а саме дифузійному насиченню зміцнених поверхневих шарів деталей машин різними хімічними елементами з твердих фаз

Спосіб хіміко-термічної обробки твердосплавного ріжучого інструменту

Винахід відноситься до металургії, зокрема до хіміко-термічної обробки інструменту для різання високоміцних сталей і прецизійних сплавів, і може знайти застосування в інструментальній промисловості , приладобудуванні,спеціальному машинобудуванні

Пристрій для нанесення металевих покриттів на внутрішню поверхню труби

Винахід відноситься до захисту металів від корозії

Спосіб пасивування поверхні для зменшення забруднення

Винахід відноситься до пасивування нафтопереробного устаткування для зменшення відкладення забруднюючих речовин в обладнанні. Спосіб пасивування поверхні нафтопереробного устаткування включає стадії нанесення на зазначену поверхню першої суміші при температурі щонайменше 100°C і нанесення другої суміші при температурі щонайменше 100°C після того, як нанесена перша суміш, причому перша суміш містить кислий ефір фосфорної кислоти утворює комплексний полифосфатний шар, а друга суміш містить сіль металу. При цьому сіль металу являє собою карбоксилатную сіль і обрана з переліку, що складається з октоата цирконію, октоата титану, октоата ванадію, октоата хрому, октоата ніобію, октоата молібдену, октоата гафнію, октоата танталу, октоата вольфраму і будь-якої їх комбінації. Винахід забезпечує отримання на поверхні металевого нафтопереробного устаткування модифікованого метал-фосфатного покриття, що запобігає відкладення забруднюючих речовин на поверхні металевого обладнання. 2 н. і 6 з.п. ф-ли, 6 іл.

Спосіб зміцнення металевих виробів з отриманням наноструктурованих поверхневих шарів

Винахід відноситься до способів зміцнення поверхні металевих матеріалів за допомогою формування нанорозмірних покриттів шляхом впливу лазерного випромінювання і може бути застосована в різних галузях промисловості для одержання зносостійких і антифрикційних покриттів. Формування нанорозмірного поверхневого покриття здійснюють шляхом обробки поверхні металевих виробів легуючим сплавом, використовуваним в дрібнодисперсного порошкоподібної формі. Опромінення поверхні сфокусованим оптичним тепловим променем високоенергетичного квантового генератора здійснюють шляхом переміщення лазерного променя з кроком 25 мікрон та з потужністю, достатньою для точкового розплавлення шару легуючого сплаву, що складається з нанокомпозитних систем, здійснюють вплавление шару легуючого сплаву в оброблюваний виріб. Потім охолоджують поверхню оброблюваної деталі струменем стисненого повітря з температурою 20°C під тиском 8 кПа для кристалізації легуючого сплаву на металевій поверхні виробу із забезпеченням додаткового адгезійного зчеплення шару легуючого сплаву з охолодженою поверхнею виробу без зміни структури поверхневими�ктурой, при цьому потужність лазерного випромінювання визначають виразом Р=1*10-2*V*C*T/L, у якому Р - потужність лазерного випромінювання, Вт, 1*10-2 - математична константа, V - швидкість переміщення лазерного променя по поверхні, мм/сек, С - теплоємність легуючого сплаву, Дж/К, Т - температура плавлення легуючого сплаву, До, L - товщина шару легуючого сплаву, мм. Підвищується якість створюваного на поверхні деталей покриття, що володіє високими жаростійкість, корозійну і ерозійної стійкістю. 3 іл., 1 пр.
Винахід може бути використаний при монтажі, ремонті та експлуатаційному обслуговуванні електротехнічного обладнання ЛЕП, електричних станцій, підстанцій, контактних мереж і на заводах, що випускають електротехнічне обладнання. Токопередающую поверхню розбірного контактного з'єднання (РКС) очищають і знежирюють. Після нанесення на неї рідкого флюсу підігрівають до температури 65-70°C. Після механічного очищення і видалення залишків флюсу наносять на токопередающую поверхню сплав на основі вісмуту, з температурою плавлення 47-60°C, завтовшки не більше 0,1 мм У результаті процесу контактного твердо-рідкого плавлення утворюється покриття. Через 3-4 хвилини після нанесення сплаву на токопередающие поверхні їх охолоджують до температури 40°C. Спосіб забезпечує зниження перехідного електричного опору РКС, стабілізацію його величини на рівні початкової складання протягом всього терміну його експлуатації і розширення області ефективного застосування РКС. 2 з.п. ф-ли, 1 табл.
Винахід відноситься до технологій, що забезпечує підвищення стійкості ріжучого і штампового інструменту за рахунок зміни складу і структури їх поверхневих шарів, і може бути використано для збільшення експлуатаційного ресурсу інструменту, збільшення продуктивності і якості обробки
Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використане в електротехнічному обладнанні

Спосіб нанесення покриття на сталеву смугу і сталева смуга (варіанти)

Винахід відноситься до способу нанесення покриття на сталеву смугу

Спосіб нанесення покриттів з металевих порошків на циліндричні деталі

Винахід відноситься до способів отримання робочих шарів на поверхнях порожнистих циліндричних деталей і може бути використане для виготовлення біметалевих втулок з покриттям одночасно на внутрішній і зовнішній поверхнях або тільки на зовнішній поверхні, а також для відновлення таких деталей

Спосіб електронно-променевої наплавлення покриттів з мультимодальної структурою

Винахід відноситься до способів електронно-променевої наплавлення плоских і циліндричних поверхонь і може бути використане як при виготовленні нових, так і при відновленні поверхні зношених деталей, що працюють в умовах інтенсивного абразивного зношування в поєднанні з ударними навантаженнями

Спосіб нанесення металевого покриття на токопередающие поверхні розбірних контактних з'єднань

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використане при монтажі, ремонті та експлуатаційному обслуговуванні електротехнічного обладнання ЛЕП, електричних станцій, підстанцій, контактних мереж електрифікованого транспорту, розподільних пристроїв промислових підприємств і на заводах, що випускають електротехнічне обладнання
Винахід відноситься до антикорозійної обробки металевих виробів, зокрема до термодиффузионному цинкування, і може бути використане в будь-якій галузі машинобудування та інших галузях промисловості, де необхідний захист виробів від корозії і старіння. Спосіб отримання захисних покриттів включає завантаження виробів в нагрівальну установку, їх нагрівання в контакті з цинксодержащей насичує сумішшю і витримку при температурі, необхідної для утворення необхідної товщини покриття, і подальшу вивантаження виробів. Як насичуючої суміші використовують цинксодержащую суспензію на полімерній основі при наступному змісті компонентів, мас. %: порошок цинку - 40-95 та розчин полімерного сполучного - 60-5. Суспензію в кількості 0,5-3,0% від маси цинкуемих виробів попередньо наносять на поверхню виробів рівним шаром. Після затвердіння полімеру вироби розміщують всередині нагрівальної установки, нагрівання здійснюють до температури, що перевищує 250°C, і витримують для забезпечення освіти необхідної товщини покриття. Виходить високоякісне захисне покриття металевих виробів в розширеному діапазоні габаритів цинкуемих виробів і товщини нанесення захисних по�
Up!