Способ обработки поверхности стальных изделий

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости поверхностей изделий, и может быть использовано при производстве изделий, работающих в условиях абразивного и гидроабразивного износа, сухого трения при высоких контактных напряжениях. Проводят диффузионное насыщение поверхностей изделий карбидообразующим элементом путем их погружения и выдержки в легкоплавком расплаве, содержащем карбидообразующий элемент, и термообработку при температуре 130-150°С в течение 4-5 часов. Получаются стальные изделия, обладающие высокой износостойкостью.

 

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости поверхностей изделий за счет изменения состава и структуры поверхностных слоев этих изделий, и может быть использовано для повышения износостойкости инструмента, изделий, работающих в условиях абразивного и гидроабразивного износа, сухого трения при высоких контактных напряжениях.

Известны способы повышения износостойкости изделий путем их азотирования, цементации, цианирования [Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Ворошнин Л.Г. и др.]. Недостатком этих видов химико-термической обработки является невозможность достижения высокой твердости на поверхности изделий и, как следствие, их высокая износостойкость.

Известен также способ повышения износостойкости изделий за счет осаждения из газовой фазы покрытий на базе нитрида титана [Витязь П.А., Дубровская Г.Н., Кирилюк Л.М. Газофазное осаждение покрытий из нитрида титана. - Минск: Наука и техника, 1983. - 96 с.]. Данное покрытие обладает высокой твердостью, износостойкостью, но имеет и недостатки, связанные с высокой хрупкостью этого покрытия и слабой адгезионной связью покрытия с материалом изделия. Эти явления вызывают растрескивание и выкрашивание покрытий при высоких контактных напряжениях и термоциклировании.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ диффузионного насыщения титаном из среды легкоплавких растворов [SU 1481263 А1, МПК С23С 10/22, 23.05.1989]. Нанесение покрытий данным способом осуществляется путем выдержки стального изделия в легкоплавком свинцовом или свинцово-висмутовом расплаве, содержащем в растворенном состоянии титан. В результате выдержки стального изделия в расплаве происходит адсорбция титана на поверхности изделия, а также диффузия титана в глубь изделия. При этом, так как титан является сильным карбидообразующим элементом, он забирает углерод из цементита стали и образует собственные карбиды, которые выделяются на поверхности изделия. Карбиды титана обладают очень высокой твердостью, что обеспечивает изделию высокую износостойкость.

Недостатком способа является то, что при образовании карбидов титана происходит отток углерода из стали, приводящий к образованию под поверхностным, износостойким слоем обезуглероженного слоя, обладающего низкой твердостью и прочностью. В результате этого при наличии механического воздействия на поверхность изделия происходит продавливание карбидного слоя, его деформация, растрескивание и выкрашивание. При этом твердые частицы покрытия могут приводить к еще более интенсивному износу трущихся поверхностей. Эта проблема рассматривалась в патенте RU №2293792 C1 и решалась путем цементации изделия перед нанесением покрытия. Недостатками этого способа явились: высокотемпературный нагрев (до 1050°С), энергоемкость процесса, негативное влияние процесса цементации на структуру стали.

Задачей данного изобретения является повышение износостойкости стального изделия при больших контактных напряжениях.

Техническим результатом является исключение образования под износостойким карбидным слоем мягкого обезуглероженного слоя, снижающего износостойкость стального изделия.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе повышения износостойкости стальных изделий, включающем диффузионное насыщение поверхности стальных изделий карбидообразующими элементами, после нанесения покрытий изделие подвергают термообработке длительностью 4-5 часов при температуре 130-150°С.

При формировании покрытий на базе сильных карбидообразующих элементов под покрытием образуется мягкий обезуглероженный слой, который насыщается углеродом при последующей термообработке за счет углерода основного материала. Это объясняется тем, что за счет проведения последующей термообработки происходит увеличение концентрации углерода в обезуглероженном слое изделия за счет диффузии углерода из основного материала. Благодаря введению в технологический процесс стадии термообработки покрытых деталей (новой совокупности существенных признаков заявляемого изобретения) исключается продавливание карбидного слоя, его растрескивание и выкрашивание при механическом воздействии на изделие. Таким образом, происходит повышение износостойкости изделия, воспринимающего высокие контактные нагрузки.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Ножовочные полотна для слесарной обработки металлов, изготовленные из стали Х6ВФ, подвергались диффузионному титанированию в среде легкоплавких растворов. При этом для оценки эффективности предлагаемой технологии диффузионное титанирование полотен проводилось как без последующей термообработки, так и с термообработкой покрытого изделия в соответствии с предлагаемым способом.

Диффузионное титанирование ножовочных полотен осуществлялось путем погружения и выдержки их в легкоплавком расплаве, состоящем из сплава, содержащего 55% свинца, 45% висмута, с 3% добавкой титана. Температура насыщения составляет 1100°С, продолжительность выдержки 0,5 часа. Термообработка проводилась при температуре 150°С с выдержкой 4 часа.

В результате нанесения титана на поверхности полотен образовалось покрытие, представляющее собой слой, состоящий из карбидов титана толщиной 3-5 мкм. На полотнах без термообработки под карбидным слоем наблюдается обезуглероженный слой толщиной 30-40 мкм, имеющий пониженную твердость. Так, если твердость основы составляла H50 5800 МПа, то обезуглероженного - Н50 4200 МПа, а покрытия - Н50 24000 МПа. При использовании предлагаемой технологии обезуглероженный слой под покрытием насытился углеродом основного материала до твердости Н50 5750 МПа, что исключило продавливание карбидного слоя при воздействии механической нагрузки на изделие.

Отсутствие обезуглероженного слоя у полотен, обработанных по предлагаемому способу, привело к повышению износостойкости ножовочных полотен до 10 раз.

Аналогичное повышение износостойкости наблюдается и при насыщении поверхности сталей вольфрамом, хромом и другими карбидообразующими элементами.

Таком образом, предложенный способ, включающий проведение термообработки после диффузионного насыщения поверхности стальных изделий карбидообразующими элементами, позволяет получить высокую износостойкость стальных изделий, испытывающих в процессе эксплуатации механические нагрузки, за счет исключения образовавшегося под твердым карбидным покрытием мягкого, обезуглероженного слоя.

Способ обработки поверхностей стальных изделий, включающий диффузионное насыщение поверхностей изделий карбидообразующим элементом путем их погружения и выдержки в легкоплавком расплаве, содержащем карбидообразующий элемент, и проведение термообработки изделий, отличающийся тем, что термообработку проводят при температуре 130-150°С в течение 4-5 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к установкам, предназначенным для диффузионной металлизации изделий с целью придания поверхностным слоям этих изделий особых физико-химических свойств, и может использоваться в машиностроении, в инструментальной промышленности и других областях.

Изобретение относится к области общего машиностроения, в частности к способам формирования фасонных изделий из листовой стали. .

Изобретение относится к химико-термической обработке. .

Изобретение относится к порошковой металлургии и химико-термической обработке металлов, в частности к получению диффузионных покрытий на изделиях из металлических порошков.

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть использовано в энергетической, электротехнической, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к химикотермической обработке твердосплавных прецизионных деталей в жидкометаллической среде легкоплавких компонентов. .

Изобретение относится к устройствам для формирования нанопокрытий на полых деталях с последующим исследованием их механических свойств и может быть использовано в машиностроении для создания защитных, упрочняющих и износостойких покрытий

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке
Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим износостойкость изделий за счет изменения состава и структуры поверхностных слоев этих изделий, и может быть использовано для обработки чугунных изделий, работающих в условиях абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического износа, сухого трения

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей из никеля и никелевых сплавов. Способ получения диффузионных бестоковых покрытий на основе редкоземельного металла на детали из никеля или никелевых сплавов включает насыщение свинца, находящегося в эквимольном расплаве хлоридов калия и натрия, указанными щелочными металлами путем электролиза, при этом количество пропущенного электричества составляет 9,7 Кл/см3, затем помещают в упомянутый расплав соль редкоземельного металла и упомянутую деталь, которую электрически замыкают с насыщенным упомянутыми щелочными металлами свинцом для осуществления бестокового переноса редкоземельного металла через упомянутый расплав на упомянутую деталь, при этом указанные операции проводят в инертной атмосфере при температуре 1073-1173 К. Обеспечивается повышение жаростойкости, жаропрочности и коррозионной стойкости покрытия. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам повышения стойкости стали к коррозии и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте. Способ алитирования стальной трубы включает циклический нагрев поверхности стальной трубы пачками импульсов электромагнитного излучения в расплаве алюминия выше точки Ас3 с последующим охлаждением ниже точки Ar1 при скорости нагрева и охлаждения не менее 1 К/с, при этом нагрев проводят до температуры не выше 1220±10 К и охлаждение до температуры не ниже 820±10 К, а продолжительность выдержки при нагреве и охлаждении при экстремальных температурах определяется необходимой глубиной проникания алюминия и равномерностью распределения его в стали. Разогрев поверхности стальной трубы осуществляют в защитной атмосфере на глубину проникания алюминия в сталь, а упомянутый циклический нагрев в расплаве алюминия с последующим охлаждением проводят не более трех раз. Для предотвращения окисления расплав алюминия находится под слоем расплава криолита. В процессе алитирования в трубе поддерживаются давление 0,5-0,75 от рабочего давления, создаваемого в процессе ее эксплуатации. Обеспечивается высокая производительность процесса и стойкость стали к высокотемпературной коррозии. 3 ил.

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости режущего, штампового инструмента, а также конструкционных изделий из твердого сплава, за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения стойкости изделий к механическому и коррозионно-механическому износам. Способ диффузионного титанирования изделий из твердых сплавов, содержащих кобальт в количестве более 5%, включает проведение предварительной цементации упомянутых изделий при температуре 1000°С и последующее диффузионное насыщение их поверхности в легкоплавком свинцово-висмутовом расплаве, содержащем в растворенном состоянии титан, при температуре 1150°С в течение 20 минут. После диффузионного насыщения изделия охлаждают в диапазоне температур от 1000°С до 700°С со скоростью 100-200°С в минуту. Обеспечивается повышение износостойкости и эксплуатационного ресурса изделий из твердых сплавов, содержащих кобальт в количестве более 5%, и производительности технологического процесса. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости поверхностей изделий, и может быть использовано при производстве изделий, работающих в условиях абразивного и гидроабразивного износа, сухого трения при высоких контактных напряжениях

Наверх