Способ хромирования стальных изделий

 

Изобретение относится к металлургии, в частности химико-технической обработке с использованием лазерного нагрева, а именно хромированию, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машины и инструмента , изготовленных из среднеи чистоуглеродистых сталей. Цель изобретения - интенсификация процесса насыщения и повышение поверхностной твердости обработанных изделий. Способ хромирования стальных изделий включает предварительную лазерную термическую обработку поверхности обрабатываемых изделий лучом импульсного лазера при энергии лазерного излучения 5-10 Дж, диаметра луча 2-5 мкм и длительности импульса 4 мс. Использование данного способа обеспечивает повышение толщины упрочненного слоя в 1,8-2 раза и поверхностной твердости в 1,1 - 1.3 раза по сравнению с обработкой известным способом. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕ1СКИХ

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 23 С 10/02

ГОСУДАРСТВЕ>НЫЙ КОМИТЕ (ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4657570/02 " (22) 30,01.89 (46) 07.09.91. Бюл. N. 33 (71) Комсомольский-на-Амуре государственный педагогический институт (72) В.П. Балов, Е.И. Белов и С.П. Тараев (53) 621.785.53:669. 14/15 (088.8) (56) Металловедение и термическая обработка металлов. 1983, N. 11, с. 29-30. (54) СПОСОБ ХРОМИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности химико-технической обработке с использованием лазерного нагрева, а именно хромированию, и может быть использовано в машиностроении для поверхИзобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке с использованием лазерного нагрева, а именно хромированию, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента, изготовленных иэ средне- и высокоуглеродистых сталей.

Цель изобретения — интенсификация процесса насыщения и повышение поверхностной твердости обработанных изделий.

Способ осуществляют следующим образом.

Поверхность штамповой оснастки из стали 45 или У8А обрабатывается лучом лазера с последующим диффузионным хромированием при 1050 С в течение 8 ч.

Упрочнение происходит на глубину, в 3 раза превышая слой упрочнения при чистом хроЯ2, 1675381 А1 ностного упрочнения деталей машины и инструмента, изготовленных иэ средне- и чистоуглеродистых сталей. Цель изобретения — интенсификация процесса насыщения и повышение поверхностной твердости обработанных изделий. Способ хромирования стальных изделий включает предварительную лазерную термическую обработку поверхности обрабатываемых изделий лучом импульсного лазера при энергии лазерного излучения 5-10 Дж, диаметра луча 2-5 мкм и длительности импульса 4 мс. Использование данного способа обеспечивает повышение толщины упрочненного слоя в 1,8 — 2 раза и поверхностной твердости в 1,1 — 1,3 раза по сравнению с обработкой известным способом. 3 табл. мировании. Материал сохраняет значения прочностных характеристик, увеличиваются величины относительного сужения и удлинения, показатели поверхностной твердости приобретают значения HRC 90 — 95, что значительно выше, чем при закалке, Структура сплава не обладает при этом характерной слоистостью, как при лазерной обработке или диффузионном хромировании, Пример, Для упрочнения берут образцы из стали 45 в состоянии поставки (нормализованная), используемой для изготовления штампов при получении изделий из полимеров, и из инструментальной стали

У8А в состоянии поставки, используемой для изготовления штампов для штамповки тонколистовых нержавеющих сталей. Химический состав стали 45. : С 0,48; S 0,30; Мп

1675381

У ° б л н ц а 1

Внц обработка образцов

0roIe редел нро к гс /eeeI/ носнтел нонне ° ел текунестн кгс/wee тноснтельное суненне, 2 таль 45 з/

45 60

62 118 вв

1 Ворналнзалнл 32

21,0 40,0

16,0 з/

33,0

2 Эакалка

123

Э2,0

12,5

112

3 Лнффузнонное кро еарованне 93

109

6,0

11 ° 5

12,5

Э2,0

4 Лазерная оееработка 90

12,5

6,0

5 Обкатка с лнф" фузноннью кро° а розаннен 94

8/

93 /2

6 Лазернал обработка с лнффуaIeoIIItwI xpeIwIрованнен

95 96 61 /4

0,65; Fe — остальное, стали, $: С 0,78: Мп

0.20; S 0.02. P 0,016; Sl 0,25; Fe — остальное.

Образцы подвергают нормализации. Лазерную обработку проводят на установке

"Квант-16" при следующих режимах: Е 5 — 5

10 Дж, диаметр пятна 2-5 мм, длительность лазерного импульса 4 мс, длина волны излучения 1,06 мкм, степень перекрытия пятен

30-40, Диффузионное хромирование осуществляют в стальном контейнере, в кото- 10 рый помещают образцы и засыпают порошковой смесью 25ф, Сг+ 707ь Alz03+

5 H4CI. Используют порошок хрома мар-. ки llXM-1 зернистостью 10-20мкм, порошок окиси алюминия класса ч зернистостью 15

10-50 мкм, аммоний хлористый марки ч,д,а. зернистостью 20-50 мкм. После загрузки образцов и порошковой смеси контейнер герметично заваривают газовой сваркой и помещают в печь, нагревают и выдерживают 20 в течение 8 ч при 1050" С. После этого контейнер вынимают иэ печи и охлаждают на воздухе. Закалку нормализованных образцов осуществляют по стандартным режимам. 25

Результаты исследований механических свойств образцов и измерения глубины упрочненного слоя приведены в табл. 1 — 3.

Результаты, приведенные в табл. 1 — 3, показывают, что использование предлагаемого способа обеспечивает повышение толщины упросЭненного слоя в 1,8 — 2 раза и поверхностной твердости в 1,1 — 1,3 раза по сравнению с обработкой известным способом.

Формула изобретения

Способ хромирования стальных иэделий преимущественно из углеродистых сталей, включающий предварительную обработку поверхности обрабатываемого изделия и последующее диффузионное насыщение в порошковой смеси, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения и повышения поверхностной твердости обработанных изделий, предварительную обработку ведут путем лазерной закалки с излучением энергией 5-10

Дж при диаметре лазерного луча 2 — 5 мм и длительности импульса 4 мс. ь 45 УВА Сталь 45 УВА Сталь 45 УВА

48 9,2 8,0 28,5 12,0

36 19,0 22,0 44,0 29 ° 5

1675381 6

Та блица 2

Вид обработки образцов

Толщина упрочненного слоя, мкм

Опыт

УЯА

Сталь 45

1 Нормализация

2 Закалка

3 Диффузионное хромирование 60-61,5

43-52, 5

4 Лазерная обработка.40

5 Обкатка с диффузионным хро мированием

67-75,5

82-97

6 Лазерная обработка с диффузионным хромированием

165-190

135-150

Таблица 3

Изменение линейного раэмера (прирост + уменьиенне -), мм

Внд обработки

Толщнна карбидной (упро пенной) зоны мкм

Иикротверость, ИПа

16500-17700

16000-1/500

25-30

Нет

Диффузионное кромироэанне

5000-/500 Нет

20-3О

/0-150 12000-13000 - Нет

Участки оплавления, ухудиеине качества поверхности, нестабильная структура

17000-18000 Нет

19000-20000

12000-17000 (-0,15-(+0,3) 35-40

160-220

45-50

Составитель А. Булгач

Техред М.Моргентал Корректор Э. Лончакова

Редактор Н. Рогулич,Закаэ 2978 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Го

ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

По известному способу

Обкатка вариком с последука>о> диффузионным кромированием прн усилии обкатки, Н:

О

1ООО

2500

Лазерная закалка а) Е (5Ди, d >5>е>, Л ш 1,06 мкм, (4 мс б) Е 5-10 Ди, L 4 »с, d 2-5 мм, A " 1,06 мкм в) Е > 1О Ди, < 4 мс, d < г, - 1,î6

По предлагаеному способу

Лазерная обработка с последуэяяим днффуэноннья> xpoNH рованиен: а) Е <5Дк, d > 5мм б) E 5-10 Дв, d 2-5 мкм в) Е >1ОДи, дагни

3,48

4>60

4,8/

4> 9/

5 ° 25

5,10

Нет

0,05

- О,10

- О ° 15

- о,го

0 25