Способ упрочнения стальных деталей

Авторы патента:

C23C4/04 - характеризуемые материалом покрытия

C21D10/00 - Изменение физических свойств иным путем, чем термообработкой или деформацией

Владельцы патента RU 2548847:

Учреждение Российской академии наук Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук (ИВМ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для упрочнения поверхности стальных деталей, подвергающихся износу в процессе эксплуатации. Эффект упрочнения достигается в результате обработки поверхности плазменной струей, в которую вводятся пары кремнийорганического соединения тетраметоксилана кремния Si(OCH₃)4. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к инструментальному производству, а именно к технологиям упрочнения формообразующих поверхностей стальных матриц и пуансонов чеканочных прессов, и может быть также применено для упрочнения других стальных деталей.

Известен способ упрочнения деталей на примере стали 38ХМЮА [а.с. 1766970 СССР, C21D 1/06. Способ упрочнения деталей / А.В. Петухов и В.П. Токмаков, №484588 2/02; заявл. 02.07.1990; опубл. 07.10.1992, бюл. №37. - 2 с.], включающий обработку поверхности изделия плазменной струей с целью повышения износостойкости деталей за счет создания упрочненного пористого слоя на их поверхности.

Недостатком способа является создание на стальных деталях, обрабатываемых плазменной струей, упрочненного поверхностного пористого слоя, который, именно по причине наличия пористости, не допускает возможности применения таких деталей при воздействии на их поверхность ударно-срезающих нагрузок, например, при их применении в качестве штампового инструмента, так как при этом пористый слой будет разрушаться.

Наиболее близким по технической сущности является способ создания на поверхности конструкционных материалов покрытий с защитными и другими функциями методом плазменного напыления порошков, описанным в книге: «Нанесение покрытий плазмой» / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко, О.П. Солоненко, В.А. Сафиуллин. - М.: Наука, 1990. - 408 с.

Недостатки способа связаны с применением в технологии плазменного напыления поверхности именно порошков, что выражается:

1) в неоднородном распределении частиц порошка в потоке транспортирующего газа вследствие отличающихся размеров (стр.27-28);

2) в нестационарности потока порошкового материала, причинами которой может являться импульсная работа дозатора порошка, подающего порошки в порошковый провод дискретными порциями (стр.28);

3) в неоднородном распределении частиц порошка по скоростям и концентрациям при движении газодисперсного потока в порошковом проводе и инжекторе, что приводит к неоднородности условий инжекции частиц в плазму, что, в конечном счете, сказывается на структуре материала, формируемого на поверхности изделия (стр.30);

4) в том, что при образовании покрытия последовательной укладкой множества деформирующихся порошковых частиц, обладающих разной температурой, скоростью, агрегатным состоянием и массой, происходит формирование чешуйчатого напыленного слоя с зернистыми включениями и порами (стр.273-302).

Перечисленные недостатки не способствуют надежной эксплуатации изделий, обработанных плазменно-порошковой технологий, особенно при ее применении для обработки рабочих поверхностей штампового инструмента.

Задачей изобретения является упрочнение поверхности стальных изделий с целью повышения их эксплуатационных характеристик с использованием плазменной технологии, но без применения порошков.

Поставленная цель достигается тем, что упрочнение поверхности стальных изделий производится с помощью плазменной струи, в которую вводятся пары кремнийорганического соединения тетраметоксилана кремния Si(OCH₃)4.

Пример. Технологию упрочнения отрабатывали при обработке рабочих поверхностей матриц и пуансонов чеканочных прессов, изготовляемых из инструментальной углеродистой стали У8, которые применяются при производстве из конструкционных легированных сталей хромистой 40Х и хромованадиевой 40ХФА «ключей гаечных двусторонних» с размером открытого зева в диапазоне от 10×12 до 22×24 мм.

При изготовлении «ключей гаечных двусторонних» применяются чеканочные кривошипно-коленные прессы с усилием 400…1000 тс, с помощью которых доводится конфигурация ключей.

При этом стали, из которых изготовляют ключи (40Х и 40ХФА), обладают высокими прочностными характеристиками, в связи с чем поверхности формообразующих вставок, устанавливаемых в матрице и пуансоне чеканочного пресса, подвергаются повышенному износу, проявляющемуся в виде возникновения на первом этапе поверхностных микротрещин, что какое-то время еще допускает возможность работы, однако затем при дальнейшей эксплуатации они превращаются в макротрещины, что приводит к их преждевременному выходу из строя.

С целью упрочнения рабочих поверхностей формообразующих вставок была использована одна из упрочняющих технологий - плазменное силицирование. В основе разработанной производственной технологии лежит процесс плазмохимического осаждения на поверхности изделия и внедрения в нее атомов (наночастиц, кластеров), кремния из газовой фазы. В качестве источника тепловой энергии и транспортного средства для переноса продуктов диссоциации паров кремнийорганического соединения тетраметоксилана кремния Si(OCH₃)4 к подложке (т.е. к поверхности формообразующих вставок) использовалась струя аргоновой плазмы, генерируемая ВЧИ-плазмотроном.

Установка для выполнения технологии упрочнения состоит (Рис.1) из: питателя аргона 1; термостата 2; емкости 3, содержащей кремнийорганическую жидкость; трубки 4, предназначенной для подачи смеси плазмообразующего газа (аргон) с парами кремнийорганического соединения тетраметоксилана кремния Si(OCH₃)4; газооформителя 5; высокочастотного индуктора 7; обрабатываемого изделия 9 и стола-манипулятора 10. В процессе работы в центральном объеме устройства формируется плазмоид 6 и струя 8 низкотемпературной плазмы, содержащая пары тетраметоксилана кремния Si(OCH₃)4.

В качестве плазмообразующего газа использовали аргон. Источником упрочняющего материала - кремния - служило кремнийорганическое соединение - тетраметоксилан кремния Si(OCH₃)4.

Рабочая частота, создаваемая ВЧИ-генератором, составляла 1 МГц при потребляемой мощности в пределах 35…40 кВт. Скорость плазменного потока (ламинарный), имеющего температуру 8773 К, находилась в пределах 25…30 м/с. Диаметр пятна прижога в области контакта плазменной струи с обрабатываемой поверхностью на расстоянии 45…60 мм от среза сопла плазмотрона до поверхности составлял около 60 мм.

Смесь газа-носителя аргона с парами тетраметоксилана кремния Si(OCH₃)4 готовилась в герметически закрытой металлической термостатированной (-363 К) емкости, в которой находился жидкий тетраметоксилан кремния Si(OCH₃)4 и через которую с помощью заглубленной трубки барботировал аргон. Эта газообразная смесь подавалась в газооформитель плазмотрона, и дальше в образующийся внутри него плазмоид, где и происходило разложение тетраметоксилана кремния Si(OCH₃)4 с выделением атомарного кремния. Поток плазмы, несущий атомы кремния, на высокой скорости соударялся с поверхностью обрабатываемого изделия, в результате чего и происходило ее упрочнение.

Обрабатываемые матрицы и пуансоны устанавливались в тиски стола-манипулятора, который в процессе обработки совершает в автоматическом режиме возвратно-поступательные перемещения в горизонтальной плоскости с заданной скоростью. Перед упрочняющей обработкой поверхность деталей обезжиривали ацетоном, а в случае необходимости с нее предварительно удаляли окисную пленку.

В результате плазменного силицирования (в течение 40…50 с за 3…4 прохода) полированных рабочих поверхностей матриц и пуансонов, изготовленных из инструментальной стали У8 и применяющихся для чеканки стальных деталей, срок их службы увеличился в 2,8 раза (с 6000 до 17000 ударов) по сравнению с неупрочненными этим способом матрицами и пуансонами.

Способ упрочнения поверхности стальных деталей, включающий обработку поверхности плазменной струей, отличающийся тем, что поверхность обрабатывают плазменной струей, в которую вводят пары кремнийорганического соединения тетраметоксилана кремния Si (OCH₃)4.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии.

Алмазное покрытие и способ его получения // 2544219

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов. Алмазное покрытие состоит из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя.

Теплообменная металлическая поверхность и двухтактный двигатель внутреннего сгорания с теплообменной металлической поверхностью (варианты). // 2539251

Изобретение может быть использовано в устройствах, преобразующих один вид энергии в другой, например в двигателях внутреннего сгорания. Теплообменная металлическая поверхность (1) имеет углубления (2), заполненные материалом с теплопроводностью ниже, чем теплопроводность материала поверхности (1).

Способ производства композиционного материала с металлической матрицей // 2536847

Изобретение относится к производству композиционного материала. Композиционный материал содержит металлический компонент металлической матрицы (201, 211) и расположенный в металлической матрице (201, 211) армирующий компонент (202) и дополнительный армирующий компонент.

Способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий // 2534714

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий включает плазменное напыление подслоя нихрома и последующее напыление керметной композиции из механической порошковой смеси, содержащей 50÷80 мас.% диоксида циркония и 50÷20 мас.% порошка никеля, плакированного алюминием, дисперсностью 63÷125 мкм.

Способ обработки лопатки газотурбинного двигателя // 2533223

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки, в частности к способу размерной и упрочняющей обработки лопаток ГТД, и может быть использовано в турбомашиностроении при обработке рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, лопаток газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей.

Способ восстановления изношенных поверхностей стальных деталей // 2532738

Изобретение относится к технологии восстановления изношенных поверхностей стальных деталей на основе самофлюсующихся сплавов, обладающих высоким сопротивлением абразивному изнашиванию, стойкости против коррозии и окисления в сочетании с отличными антифрикционными свойствами в широком интервале температур, работающих в условиях агрессивной среды и интенсивного изнашивания.

Покрытие для нанесения на приводные элементы запорной и регулирующей арматуры // 2530975

Изобретение относится к машиностроению, в частности к покрытиям для восстановления и упрочнения запорной и регулирующей арматуры. Покрытие для нанесения на приводные элементы запорной и регулирующей арматуры представляет собой двухслойную систему, состоящую из подслоя и основного слоя.

Способ нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали // 2521780

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения теплозащитных износостойких покрытий на деталях из чугуна или стали. Проводят абразивно-струйную обработку карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм, осуществляют плазменное напыление подслоя состава Co-Cr-Al-Y и последующее напыление керметной композиции из порошковой смеси, содержащей компоненты, при следующем соотношении, вес.%: нихром 10-20, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, 30-20, никельалюминий 30-40, никельтитан 20-10, карбид хрома 5, карбид вольфрама 5.

Способ получения наноалмазов при пиролизе метана в электрическом поле // 2521581

Изобретение может быть использовано в медицине при производстве препаратов для послеоперационной поддерживающей терапии. Проводят термическое разложение метана в герметичной камере на подложках из кремния или никеля при давлении 10-30 Торр и температуре 1050-1150 °С.

Способ получения метаматериала // 2548543

Изобретение относится к получению метаматериалов из структурных элементов на основе полупроводников, диэлектриков и металлов и может быть использовано в машиностроении и электронике в качестве материалов с улучшенными свойствами.

Способ дуговой сварки металлов // 2547066

Изобретение относится к области сварки. Способ сварки металлов включает наложение циклической вибрационной нагрузки на кристаллизующийся металл сварочной ванны, частота которой за один цикл ее наложения изменяется по линейному закону в диапазоне от 50 до 250 Гц.

Способ обработки металлического расплава // 2445187

Изобретение относится к литейному производству. .

Способ лазерной нагартовки и устройство, использующее абляционные слои для предотвращения выкрашивания при лазерной нагартовке // 2433896

Изобретение относится к способу лазерной нагартовки и изделию для лазерной нагартовки. .

Способ виброобработки маложестких деталей для снижения в них остаточных напряжений // 2424101

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к виброобработке маложестких деталей для снижения в них остаточных напряжений. .

Лист из стали 01х18н9т // 2356992

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления емкостей сжиженных газов, низкотемпературного и криогенного оборудования, установок для получения сжиженных газов, оболочек ракет и емкостей для хранения ракетного топлива из стали 01Х18Н9Т.

Способ размагничивания длинномерных ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления // 2258272

Изобретение относится к размагничиванию ферромагнитных материалов и изделий, например, после процесса ультразвукового контроля электромагнитоакустическим методом, при проведении которого изделие намагничивается.

Способ формирования покрытий на поверхностях металлических материалов // 2240360

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано для обеспечения эксплуатационных характеристик покрытий конструкционных и инструментальных материалов.

Способ повышения прочности деталей, работающих при импульсном давлении // 2235147

Изобретение относится к способам повышения прочности деталей машин и механизмов, работающих в циклическом режиме при превышении времени релаксации, возбужденной рабочим давлением электронной структуры на поверхности изделий, над временем холостой части цикла.

Способ упрочнения металлообрабатывающего инструмента // 2213152

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к способам повышения износостойкости металлообрабатывающего инструмента. .

Способ обработки порошкообразного оксида металла в переменном магнитном поле // 2556170

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способам обработки металлов с использованием магнитных полей, и может быть использовано для обработки твердотельного порошкообразного магнитного и немагнитного материала в переменном магнитном поле для модификации структурно-зависимых свойств этих материалов. Способ обработки порошкообразного оксида металла в переменном магнитном поле включает обработку порошкообразного оксида в слабом вращающемся магнитном поле с заданными амплитудой, частотой и длительностью воздействия, при этом в процессе обработки осуществляют непрерывное изменение ориентации частиц порошкообразного оксида металла относительно вектора магнитной индукции путем перемешивания порошкообразного оксида. Перемешивание можно осуществлять механическим путем, газовыми потоками по схеме «кипящего слоя», вращающимися магнитными полями. Обработке подвергают магнитный и немагнитный оксид металла, причем обработку можно проводить в переменном неоднородном магнитном поле при частоте, близкой к частоте переменного магнитного поля. Изобретение позволяет обеспечить эффективность и равномерность обработки за счет постоянного изменения ориентации частиц порошкообразного материала относительно вектора магнитной индукции. 7 з.п. ф-лы, 1 пр., 16 табл., 2 ил.