“способ поверхностного плазменного упрочнения изделий “плазмахим” — SU 2003731 (original) (raw)

ю) КЦ (и) 5 ЦБ С 23 С 8 00С 3191 69 ИЗОБРЕ И Комитет Российской Федерациипе патентам и твварным знака(4 Щ ЗОЛ 1.9 Э Бал. Йв 43-44Уб) Домбровский Юрий МарковичЩ СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАЗЭЛЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ фПЛАЗМАХИМф(7) Изобретение относится к области поверхностного упрочнения термически обрабатываемых сталей, чугунов,.их химико-термической обработке и.может быть использовано при изготовлении широкой номенклатуры деталей машиностроения и инструмента, к которым предъявляются требования высокого сопротивления износу и коррозионной стойкости. Сущность изобретения: в предлагаемом способе поверхностного плазменного упрочнения изделий, включающем термообработлу с помощью плазменной дуги прямого действия, в качестве плазмообразующего газа используют окатый воздух, а при упрочнении одновременно с термсобработкой осуществляют легирование плазменным нагревом. поверхности изделия под слоем водорастворимого химического соединения, содержащего легирующий элемент, или введением этого раствора в плазменную дугу. При этом глубину термоупрочнения регулируки изменением скорости перемещения изделий относительно плазмотрона, а интенсивность поверхностного легирования - изменением концентрации раствора химического соединения, содерващего легирующий элемент. 1 зл.ф-лы,2 ил.способу поверхностной закалки, по сравнению с другими методами высокоэнергети- с Иэобрвтонив относится к области поверхностного упрочггония термически обрабатываемых сталей, чугунов, их химико-термичоской обработка и может быть использовано при изготовлении широ Б кой номенклатуры деталей машиностроения и инструмента, к которым прадълоллготсл требованил оысокого сопротивления износу и коррозионной стойкости. Из машиностроительной отрасли о таких услооилх работает. 10 большинство деталей почоообрабатцвающей, землеройцой., кормоуборочной техники, а также пары трения ходовой части транспорта.В цастолщее оремл известно достаточ- "5 но много способоо поверхностного упрачненил, которые используют для этих целей такие разновидности высокоэнергетического нагрева как лазерный, электронна-лучевой, высокочастотный и другие. Изоастно 20 также использование плазменного нагрева для термоупрачнения и тлегощега разряда длл ионна-плазмеггнай химико-термической обработки.Известен способ плазменной термааб-работки ИОНИТ, в процессе которого поверхность изделия, помещенного о вакуум, насыщается азотом и углеродом о плазме тлеющего разрлда. Такая обработка интенсифицирует насыщение поверхности изде- З 0 лил легирующими элементами, цо сопряжена с громоздким вакуумным тсрмическим оборудованием, длительна па времени и при упрачнении поверхности . изделия требует нагрева осего ега объема, ЭБ что не всегда необходимо, Способ па сути янляетсл разновидностью химика-термической обработки и не использует преимуществ термоупрочненил поверхностного слоя изделия ввиду низких температурпра цента 350-600" С).Наиболее близким аналогом, принятьи запрототип, лвляетсл способ упрачнения.: деталей машин плазменным нагревам, который использует тепла дуги плазматрона Ь прямого действия длл понерхчостнай закалки деталей тракторов и другой сельхозтехники. Для реализации описанного способа используютсл источник поджига ипитания дуги, устройство длл перемещения изделия Оп относительно плазматрона, электрамехацическое устройство или система магнитного отклонения дуги длл создания паперечньгх осцилляций дуги ца ширину обрабатываемого слоя и собственно, плазмотрон, габатающий о качества плазмаабразующего газа на аргоне. Ряд преимуществ, присугцих атому чоского нагрова доловг его весьма 11 рвд 110 ч титольным, Одна 1(0 использование плвзмоОбраэугощвгаОрГОНО, уг 1 ИТЫ ВОЯ дофицитцость и оысокуго его стоимость, сникват экономические показатели и сужа- . ет сферу применения этого метода упрочнвция. Крома того этот способ ннв предусматривает легираоанил поверхности изделил, которое является дополнительным фактором упрочнения,Технический результатдостигается тем,. что о способе поверхностного плазменного уп рочнеция изделии, нклгочающем термообработку с помощью плазменной дуги прямого действия,. использую 1; о качестве плазмаабразующего газа сжатый воздух, а при упрачнении одновременно с термообработкой асущестоляют легиронание плазменным нагревом поверхности изделия.под слоем надорастоаримога химического соедиггецил, содержащего легирующий элемент, или ноедецием этого расгнора в плазмегнгую дугу. При этом глубину термоупрачцения регулиругат изменением скорости. перемещенил изделий относительно плазматрана, а интенсивность поверхностного легиранания - изменением концентрации раствора химического соединения, содержащего легирующий элемент. Это позволяет одновременно нагревать, закаливать паоерхнастный слой изделия и и пенсиона насыщать ега легирующим эле-.; ме 1 пам за счет плазл 1 охимических процессов, происходящих на поверхности изделия. Активнал диффузия легиругащега элемента о поверхностном слое достигается протеканием фазанглх перемещегний при нагреве и закалке, высокой температура.г плазменной дуги, наличием электрического потенциала на поверхности диффузии, а также ускорением движения ионов легирующега элемента за счет наздейстоил на них потока ианизирананнага воздуха плазменной дуги в направлении поверхности иэделил.Возникшие в результате диассациации при растворении в наде ионы легирующего. элемента, попадал о поток плазменнайдуги пад влиянием перечисленных выше факто.ров, егнедрягатся н поверхность изделия, на.- сыщают ее с образованием новых фаз в загзисимасти ат природы и состава аснавнога и лагирующага материалов и температурного градиента па глубине упрачняемаго сг 1 ая. При необходимости насыщение может носить комплексный характер и выполнятьсл из раствора химсаединений нескольких элсмецтан, либо.с получением многослойного легираоания путам последовательного гасыщения каждым элементом о отдельноти, Рчноидна, при прочих равных условиях., 2003731степень насыщения зависит от концентрации водного раствора химсоединения легирующего элемента, что может быть использовано для регулирования степени легирования. Химсоединение легирующего 5 элемента может быть его солью, окислом, кислотой и главным требованием к нему является образование раствора в воде с возможно большей концентрацией, а к поверхности изделия-отсутствие окалины и 10 загрязнений.Таким образом предлагаемый способ дает возможность при наличии термоупрочнения создать в поверхностном слое дополнительно комплекс специальных свойств, 15 например: при хромировании повышение коррозионной и окалийностойкости,.твердости и иэносостойкости; при борировании повышение твердости и абразивной износостойкости, кислотно-,жаро- и теплостой кости; при аэотировании повышение сопротивления схватыванию и адгезии в парах трения и коррозионной стойкости в условиях влажного воздуха и т.д.На фиг. 1 лредставлен удрочненный слой 25 среднеуглеродистой стали 65 Г) (х 50 х 1); на фиг. 2 - фрагмент поверхности упрочненного слоя среднеуглеродистой стали (65 Г) с легированием бором (х 200 х 1).П.р и м е р. При обработке поверхности 30 .изделия, изготовленного из среднеуглеродистой стаи, например, марки 6 БГ плазмотроном. имеющим сопла диаметром 6 мм и работающим на сжатом воздухе с давлением 0,8 атм, точке дуги 190-200 А удается 35 получить закаленный слой шириной 20 мм и глубиной от 0,1 до 1,5 мм, варьируя скоростью взаимного перемещения плазмотрона и детали в пределах от 75 до 35 мм/с. Ширина закаленного слоя может регулировать ся от 10 до 40 мм величиной тока магнитоотклоняющего за .счет изменения силы взаимодействия магнитных полей . плазменной дуги и магнитоотклоняющего устройства. Твердость слоя 58-64 НВС, глу бина 0,.8 мм, структура-мартенсит закалки см. фиг. 1).Если осуществлять плазменйую закалку по упомянутому режиму иэделия, находящегося под слоем водного раствора буры 50 (йа 2840 т 10 Н 20), с предельной концент- . рацией при 50 С 220, то кроме закаленного слоя на поверхности появляется дополнительный слой глубиной порядка Ю мкм см. фиг. 2). При большом увеличении в микро структуре дополнительного слоя наблюдаются иглообразные, сосулькообразные кри,талль, которые идентифицируются по форме и твердости (1500-1800 НЧ) как бориды железа РеВ и Ре 2 В. К такому же результату приводит и обработка плазмой прямого действия при введении раствора буры в плазменную струю.Кроме бора с помощью предложенного способа удалось насытить поверхность низко-, средне- и высокоуглеродистых сталей такими элементами, как М, Сг, А из водных растворов солей этих элементов. В принципе, для этих целей могут быть использованы водорастворимые окислы, (например, СгОз) или кислоты (НЗВОз). хотя последние, по понятным причинам, не технологичны,Таким образом поверхность изделия одновременно подвергается комплексному упрочнению - термообработке и насыщению поверхности легирующим элементом, причем в случае обработки под слоем водного раствора химсоединения легирующего элемента дополнительно достигается возможность обоабатывания с помощью плазменного нагрева тонкостенных изделий с минимальным короблением и оплавлением кромок, а также получения закаленных слоев на такого типа изделиях, поскольку без погружения в, водную среду их не удается закалить из-за отсутствия критической скорости закалки при теплоотводе в тело.. Воэможность способа одновременно получать в изделиях комплексно упрочненный слой с высокой производительностью легирования выгодно отличает его от других способов. Например, получение борированного слоя глубиной 0,03 мм при порошковом борировании требует пребывания изделия в течение 3 ч в печи с температурой 950- 1000 С, а хромирование в пастах при нагреве ТВЧ до темгературы 1050 - 1200 С дает глубину слоя 0,1 мм за 15 мин. Для сравнения при использовании предлагаемого способа борированный или хромированный слой глубиной 0,01 мм получается при обработке со скоростью перемещения изделия и плаэмотрона 50 мм/с, Глубину насыщения слоя можно увеличивать кратностью проходов.(56) Упрочнение деталей машин плазменным нагревом дугой прямого действия. - Надежность и контроль качества, 1988, М 9. С, 44-48..,у 1 ф,5; .,1 "уфьйт" :,тфмуфффб+Фф),мФффме 4 йм+ мфуфО . ,: фтф,ф; ц, ",: ", , ,;:д - Щъ 4 Ъ.ГуА, УГ;Дф(Рь 3 . , А:,:,;",с А.4,.фЯфю ъ.фЯфр" а: ф Ф о р мул а из о 6 рете н ил 1, Способ поверхностного плазменного упрочнения изделий, включающий термообработку с помощью плазменной дуги прямого действия, отличающийся тем, чтов качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух, а при упрочнении одновременно с термообработкой осуществляют легироэание плазменным нагревом поверхности изделия под слоем водорастворимого химического соединения, содержащего легирующий элемент, или введением этого раствора в плазменную дугу.б 2; Способ по п.1, отличающийся тем,что глубину термоупрочнения регулируют изменением скорости перемещения иэделий относительно плазмотрона, а интенсивность поверхностного легирования 10 изменением концентрации раствора химического соединения, содержащего легирующий элемент.Керецма Редактор С. Кулаков Тираж Поддисно НПО "Поиск" Роспателта113035,Москва,Ж, Раушскал наб., 4/5 Заказ 3 роизводствелно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,Составитель Ю. Д Техред М.Моргент ровскийКорре

Смотреть

“способ поверхностного плазменного упрочнения изделий “плазмахим”