"способ поверхностного плазменного упрочнения изделий "плазмахим"
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 «зносу и коррозионной стойкости . Сущность изобретения: в предлагаемом способе поверхностного плазменного упрочнения изделиЯ включающем термообработку с помощью плазменной дуги прямого действия в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух , а при упрочнении одновременно с термообработкой 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 регулируют изменением скорости перемещения изделий относительно плазмотрона, а интенсивность поверхностного легирования - изменением концентрации раствора химического соединения содержащего легирующий элемент. 1 злф-лы, 2 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Комитет Ресснйскей Федерации пе патентам и твварным знакам (24) 506%71/02 . (23} 0709.92 (46} 30Л193 Бюл. Йв 43-44
76) Домбровский Юрий Маркович
Я) СПОСОВ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАЗМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ "ПЛАЗМАХИМ" (57) 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 (ю> КЦ (и) (5Ц 5 C23CS 00 СХЗ 10 06
СХ191 69 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 водорас- . творимого 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, содержащего легирующий элемент. 1 зл.ф-лы, 2 ил. способу поверхностной закалки. по сравнению с другими методами высокоэнергети- с
Изобретонив относится к области поверхностного упрочнония термически обрабатываемых сталей, чугунов, их химико-термической обработке и может быть использовано при изготовлении широ .6
t В настолщее времл известно достаточ- "5 но много cnocoGoo поверхностного упроч- . ненил, которые используют для этих целей такие разновидности высокоэнергетического нагрева как лазерный, электронно-лучевой, высокочастотн ы и и другие. Из востно:>0 также использование плазменного иагревг3 для термоупрочнения и тле ощего разряда длл ионно-плазме ной химико-термической обработки. Известен способ плазменной термооб- :> работки ИОНИТ, в процессе которого ПОверхность изделия, помещенного в вакуум, насыщается азотом и углеродом в плазме тлеющего разрлда. Такая Обработка интенсифицирует насыщение повсрхности изде- "0 лил легирующими эле«лентами, но сопряжена с громоздким вакуумным тсрмическим оборудованием, длительна по времени и при упрочнении поверхности . . изделия требует нагрева всего его. объема, 3О что не всегда необходимо, Способ по сути являетсл разновидностью химико-термической обработки и HG использует преимуществ термоупрочненил поверхностного слоя изделия ввиду низких температур про- <0 цента (350-600 С). Наиболов близким аналогом, принятытл за прототип, являетсл способ упрочнения.: деталей машин плазменным нагревом, КОтарый использует тепло дуги плазмотрона <5 прямого действия длл поверхчостной закалки деталей тракторов и другой сельхозтехники. Для реализации описанного способа испольэуютсл источник поджига и питания. дуги, устройство длл перемещения изделия >0«" и относительно плазмотрона, электромеханическое устройство или система магнитного отклонения дуги длл создания поперечных осцилляций дуги на ширину обрабатываемого слоя и собственно, плазмотрон, работающий вкачес,тве плазмообразующего газа на аргоне. Ряд преимуществ, присущих атому ческого нагрева долее г его весьма предпоч1итольным, о/ пако использование плазмообраэу«ощего оргона, учитывая дофицитность и высокую его стоимость, сни>квот экономические показатели и сужа- . ет сферу применения этого метода упрочнвнил. Крома того этот способ нв предусматривает легированил поверхности изделил, которое является дополнительным фактором упрочнения, Технический результатдостигается тем,. что в способе поверхностного плазмен toro. уп рочнения изделии, вклточающем термообработку с помощью плазменной дуги прямого действия, используют; в качестве плазмообразующего газа сжатый воздух, а при упрочнении одновременно с термообработкой Осуществляют легирование плазMQtiHLtM нагревом поверхности изделия.под слоем водорастворимого химического соединения, содержащего легирующий эле-мент, или введением этого расгвора в плазменную дугу. При этом глубину термоупрочнения регулируют из«ленением скорости.иеремещенил изд лий относительно плазмотрона, а интенсивность поверхностного легирования — изменением концентрации раствора химического соединения, содер>кащего легирующий элемент. Это позволяет одновременно нагревать, закаливать поверхностный слой изделия и и ггеисивно насыщать его легирующим эле-.; ь«ент Ом за счет плазмохимических процессов, происходящих на поверхности изделия. Активнал диффузия легиру«ощего элемента в поверхностном слое достигаетсл протеканием фазовых перемещений при нагреве и закалке, высокой температурол плазменной дуги, наличисм электрического потенциала на поверхности диффузии, а также ускорением движения ионов легирующего элемента за счет воздействил на них потока ионизированного воздуха плазменной дуги в направлении rto«38pxHocTM изделил. Возникшие в результате диассациации при растворении в воде ионы легирующего. элемента, попадал в поток плазменнойдуги под влиянием перечисленных выше факто.ров, внедря«отся в поверхность изделия, на.сыщают ее с образованием новых фаз в за«3иси«лости От природы и состава Основно" го и легирующего материалов и температурного градиента по глубине упрочняемого слоя. При необходимости насыщение может носить комплексный характер и выполнятьсл из раствора химсоединений нескольких элсментов, либо.с получением многослойного легирования путем последовательного асыще«тия каждым элементом в отдельноти. Рчввидно, при прочих равных условиях, 2003731 степень 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,.твер-. дости и иэносостойкости; при борировании повышение твердости и абразивной износостойкости, кислотно-, жаро- и теплостой- 20 кости; при аэотировании повышение сопротивления схватыванию и адгезии в парах трения и коррозионной стойкости в условиях влажного воздуха и т.д. Нафиг.1лредставленулрочненныйслой 25 среднеуглеродистой стали (65Г) (х50х1); на фиг. 2 — фрагмент поверхности упрочненного слоя среднеуглеродистой стали (65Г) с легированием бором (х200х1). П.р и м е р. При обработке поверхности 30 .изделия, изготовленного из среднеуглеродистой стаи, например, марки 65Г плазмотроном. имеющим сопла диаметром 6 мм и работающим на сжатом воздухе с давлением 0,8 атм, точке дуги 190 200А удается 35 получить закаленный слой шириной 20мм и глубиной от 0,1 до 1,5 мм, варьируя ci Если осуществлять плазменйую закалку по упомянутому режиму иэделия, находящегося под слоем водного раствора буры 50 (йаг840т .10Н20), с предельной концент- . рацией при 50 С 22 g, то кроме закаленного слоя на поверхности появляется дополнительный слой глубиной порядка Ю мкм (см. фиг. 2). При большом увеличении в микро- 55 структуре дополнительного слоя наблюдаются иглообразные, сосулькообразные криталль, которые идентифицируются по форме и твердости (1500- t800HV) как бориды железа FeB u FezB. 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, Cr, AI 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, à — àêæå 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 9501000ОС, 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. 2003 731 ТЬ. ;««««««м;." «ж".!".-:%«:«««"««ют««я >и «ф:««р р.«.:.з-с «! «%в« «у» - у«о" «@,:-,, 1 Формула изобретения 1, Способ поверхностного плазменного упрочнения изделий, включающий термообработку с помощью плазменной дуги „прямого действия, отличающийся тем, что D качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух, а при упрочнении одновременно с термообработкой осуществляют легироэание плазменным нагревом поверхности изделия под слоем водорастворимого химического соединения, содержащего ле ирующии элемент, или введением этого раствора в плазменную дугу. 5 2; Способ по п.1, отличающийся тем, что глубину термоупрочнения регулируют изменением скорости перемещения иэде лий относительно плазмотрона, à интенсивность поверхностного легирования 10 изменением концентрации раствора химического соединения, содержащего легирующий элемент. Составитель Ю. Домбровский Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор M.Керецман Заказ 3311 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035,Москва,Ж 35, Раушскал наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
