Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей

Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки деталей и может быть использовано в различных областях машиностроения для защиты и упрочнения поверхностей деталей с целью снижения шероховатости, повышения плотности. Способ упрочнения поверхности стальной детали включает нанесение плазменным напылением на деталь порошкового металлического покрытия и последующее его пластическое деформирование инструментом совместно с пропусканием электрического тока, при этом перед пластическим деформированием деталь с плазменным металлическим покрытием нагревают до температуры 100-600°С, а пластическое деформирование осуществляют последовательно тремя инструментами, установленными в одной плоскости, через которые пропускается электрический ток, при этом ширина контактной поверхности инструментов определяется из условия: в1=(1÷2)⋅в2=(2÷5)⋅в3, где в1, в2, в3 - ширина контактной поверхности инструмента, через который осуществляется электроконтактный нагрев. Техническим результатом изобретения является снижение остаточной пористости плазменного покрытия и его шероховатости, повышение когезионной, адгезионной прочности и микротвердости. 3 пр.

 

Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки стальных деталей и может быть использовано в различных областях машиностроения для защиты и упрочнения поверхностей стальных деталей с целью снижения остаточной пористости, шероховатости и повышения прочности (когезии) порошкового металлического покрытия, нанесенного плазменным напылением, а также прочности сцепления (адгезии) на границе порошковое металлическое покрытие - основной металл.

Известен способ деформационного упрочнения изделий с покрытиями, полученными наплавкой [Влияние последующей деформационной обработки на перераспределение напряжений в наплавленных валах. / В.И. Махненко и др. Автоматическая сварка, 2001, №7, с. 3-6]. Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата: снижения шероховатости, остаточной пористости плазменного покрытия и повышения когезионной, адгезионной прочности, являются невозможность существенного увеличения плотности покрытий, полученных из порошковых компонентов вследствие затруднения пластической деформации и невозможность повышения адгезии на границе раздела покрытия с основным металлом.

Известен способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей, заключающийся в одновременном напылении плазменного покрытия и его электромеханической обработке с одновременным охлаждением струей воды высокого давления. (патент РФ №2480533, кл. С23С 4/18, В24В 39/06, В23Н 9/00). Недостатком способа является ограниченная производительность процесса и низкая когезионная прочность между слоями покрытия.

Наиболее близким по технической сущности является способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей (патент РФ №2338005, кл. С23С 4/18, В23Н 9/00), при котором на поверхность изделия плазменным напылением наносят покрытие, а затем покрытие подвергают пластическому деформированию с одновременным пропусканием электрического тока через зону контакта инструмента с покрытием.

Указанный в прототипе способ упрочнения позволяет его использовать для ограниченных по величине толщин покрытий порядка 0,1-0,5 мм, при превышении которых покрытие из-за высоких остаточных напряжений может растрескиваться и отслаиваться. Также деформация покрытия одним инструментом приводит к выдавливанию материала покрытия из под ролика в процессе его нагрева на температуру 900-1200°С, что приводит к формированию характерного макрорельефа, т.е. требуется последующая чистовая обработка для получения покрытия с низкой шероховатостью.

Задачей изобретения является: новый способ, обеспечивающий снижения остаточной пористости, шероховатости и повышения прочности (когезии) порошкового металлического покрытия, нанесенного плазменным напылением, а также прочности сцепления (адгезии) на границе порошковое металлическое покрытие - основной металл путем его дополнительного нагрева и пластического деформирования тремя инструментами с пропусканием электрического тока.

Технический результат: 1) снижение остаточной пористости плазменного металлического покрытия; 2) снижение шероховатости; 3) повышение микротвердости, когезионной, адгезионной прочности плазменного металлического покрытия на 100-300%. Технический результат достигается тем, что способ упрочнения поверхности стальной детали, включающий нанесение плазменным напылением на деталь порошкового металлического покрытия и последующее его пластическое деформирование инструментом совместно с пропусканием электрического тока, заключается в том, что перед пластическим деформированием деталь с плазменным металлическим покрытием нагревают до температуры 100-600°С, а пластическое деформирование осуществляют последовательно тремя инструментами, установленными в одной плоскости, через которые пропускается электрический ток, при этом ширина контактной поверхности инструментов определяется из условия: в1=(1÷2)⋅в2=(2÷5)⋅в3, где в1, в2, в3 - ширина контактной поверхности инструмента, через который осуществляется электроконтактный нагрев.

Получаемый технический результат можно объяснить тем, что вследствие деформирования и нагрева порошкового металлического покрытия происходит заполнение пор, сварка по границам частиц в порошковом металлическом покрытии, сварка на границе покрытия с основным металлом, выглаживание шероховатости поверхности плазменного покрытия. Дополнительный нагрев плазменного покрытия до температуры 100-600°С повышает пластичность плазменного покрытия и снижает вероятность формирования холодных трещин в процессе электромеханической обработки. Нижний интервал 100°С температурного диапазона обоснован необходимостью повышения пластичности обрабатываемого материала для снижения вероятности образования холодных трещин при пластическом деформировании инструментом с пропусканием электрического тока, а верхний интервал температур 600°С ограничивается началом окисления материала покрытия. В сравнении с прототипом применение дополнительного нагрева на 100-600°С позволяет обрабатывать хрупкие покрытия, т.е. снизить вероятность образования холодных трещин, и, как следствие, разрушение покрытия при обработке. Использование трех инструментов, через которые пропускается электрический ток, повышает стабильность электроконтактного нагрева, а также снижает остаточную пористость в металлическом покрытии и повышает качество сварки напыленных частиц в плазменном покрытии и плазменного покрытия с основным металлом. Величина пропускаемого через инструменты электрического тока выбирается из условия нагрева поверхности плазменного покрытия в зоне контакта с первым инструментом до температуры 600-700°С, со вторым инструментом до температуры 900-1000°С, а с третьим инструментом до температуры 1000-1200°С. Большая ширина первого инструмента, через который пропускается электрический ток в сравнении с вторым и третьим инструментом, позволяет осуществлять нагрев большей площади поверхности плазменного покрытия до температуры 600-700°С, что позволяет только снизить шероховатость поверхности для обеспечения контакта второго и третьего инструмента с поверхностью плазменного покрытия. Применение второго и третьего инструмента необходимо для электроконтактного нагрева плазменного покрытия до температуры 900-1200°С, второй инструмент имея большую ширину, чем третий обеспечивает нагрев до температуры 900-1000°С, а третий инструмент позволяет нагревать плазменное покрытие до температуры 1000-1200°С. При этом величина деформирующего усилия каждого инструмента определяется по формуле как в изобретении прототипе. Вследствие высокой температуры нагрева под вторым и третьим инструментом, а также пластического деформирования плазменного покрытия, обеспечивается условие повышения прочности (когезии) плазменного покрытия, а также прочности сцепления (адгезии) на границе плазменное покрытие - основной металл.

Пример 1.

В процессе нанесения защитного покрытие на цилиндрическое изделие из стали Ст.3 сформировали покрытие в три стадии. На первой стадии плазменным напылением порошка хром-марганцевой стали сформировали покрытие толщиной 800 мкм с шероховатостью Rz 50. На второй стадии деталь с покрытием нагревается на температуру 100°С. На третьей стадии осуществляется деформация покрытия тремя инструментами, с пропусканием электрического тока и шириной первого, второго и третьего инструментов соответственно 4, 2, 1 мм. Шероховатость покрытия снижается до величины Ra 1,25. Пористость снижается с 10% до 2%. Микротвердость повышается с 2700 МПа до 5800 МПа. Когезионная прочность повышается с 110 МПа до 310 МПа.

Пример 2.

В процессе нанесения защитного покрытие на цилиндрическое изделие из стали Ст.3 сформировали покрытие в три стадии. На первой стадии плазменным напылением порошка никелевого сплава сформировали покрытие толщиной 900 мкм с шероховатостью Rz 50. На второй стадии деталь с покрытием нагревается на температуру 500°С. На третьей стадии осуществляется деформация покрытия тремя инструментами, с пропусканием электрического тока и шириной первого, второго и третьего инструментов соответственно 4, 2, 1 мм. Шероховатость покрытия снижается до величины Ra 0,63. Пористость снижается с 8% до 2%. Микротвердость повышается с 3500 МПа до 7000 МПа. Когезионная прочность повышается с 100 МПа до 300 МПа, адгезионная прочность повышается с 70 до 210 МПа.

Пример 3.

В процессе нанесения защитного покрытие на цилиндрическое изделие из стали Ст.3 сформировали покрытие в три стадии. На первой стадии плазменным напылением порошка высокохромистого чугуна сформировали покрытие толщиной 800 мкм с шероховатостью Rz 50. На второй стадии деталь с покрытием нагревается на температуру 600°С. На третьей стадии осуществляется деформация покрытия тремя инструментами, с пропусканием электрического тока и шириной первого, второго и третьего инструментов соответственно 4, 2, 1 мм. Шероховатость покрытия снижается до величины Ra 0,63. Пористость снижается с 10% до 2%. Микротвердость повышается с 4000 МПа до 10000 МПа. Адгезионная прочность повышается с 50 до 110 МПа.

По предлагаемому способу упрочнения стальной детали получено снижение шероховатости поверхности плазменного покрытия, остаточной пористости и повышение микротвердости, когезионной, адгезионной прочности на 100-300%.

Способ упрочнения поверхности стальной детали, включающий нанесение плазменным напылением на деталь порошкового металлического покрытия и последующее его пластическое деформирование инструментом совместно с пропусканием электрического тока, отличающийся тем, что перед пластическим деформированием деталь с плазменным металлическим покрытием нагревают до температуры 100-600°С, а пластическое деформирование осуществляют последовательно тремя инструментами, установленными в одной плоскости, через которые пропускается электрический ток, при этом ширина контактной поверхности инструментов определяется из условия: в1=(1÷2)⋅в2=(2÷5)⋅в3, где в1, в2, в3 - ширина контактной поверхности инструмента, через который осуществляется электроконтактный нагрев.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу модификации поверхности титана с получением структурированного пористого слоя, содержащего нано- и микропоры, и может быть использовано в медицинской технике при изготовлении обладающих биологической совместимостью эндопротезов и имплантатов для травматологии, ортопедии, пластической хирургии, зубных имплантатов, для подготовки поверхности титановых имплантатов под нанесение биоактивных покрытий, а также для изготовления носителей катализаторов и композитных материалов, находящих применение в различных областях техники.

Изобретение относится к металлическим покрытиям, в частности к нанесению поверхностного покрытия на композитное изделие. Способ формирования поверхностного покрытия (256) на композитном изделии (150) включает нанесение термического напыления (206, 236) на поверхность (302) инструмента (300) с обеспечением формирования поверхностного покрытия (256), имеющего раскрепляемую связь (226) с поверхностью (302) инструмента и имеющего суммарное остаточное напряжение (250), которое, по существу, эквивалентно по величине прочности (224) сцепления покрытия с инструментом.

Изобретение относится к формированию на стальных поверхностях покрытий на основе карбида титана, никеля и молибдена, которые могут быть использованы в штамповочном производстве и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к формированию на стальных поверхностях износостойких покрытий, которые могут быть использованы в штамповочном производстве. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской алюминиевой оболочки массой 60-530 мг и сердечника в виде смеси порошка карбида титана массой равной 0,5-2,0 массы оболочки и порошка Cr3С2 массой равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности штамповой стали при поглощаемой плотности мощности 4,6-4,8 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва, формирование на ней композиционного покрытия системы TiC-Cr3С2-Al и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.

Изобретение относится к способу восстановления шеек стального коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания. В способе восстановления шеек стальных коленчатых валов осуществляют демонтаж, мойку, дефектоскопию и шлифование изношенной поверхности, зачистку подложечного слоя от коррозии, подготовку подложечного слоя к наплавке путем дробеструйной обработки и газопламенное напыление.

Изобретение относится к области медицинской техники и приборостроения, а именно к технологии формирования наноструктурированных оксидных покрытий системы Ti-Ta-(Ti,Ta)xOy на изделиях из технического титана, в том числе имплантируемых внутрикостных конструкциях.

Изобретение относится к способу формирования волокнистого композиционного покрытия на изделии из низко- или среднеуглеродистой конструкционной стали. Осуществляют нанесение покрытия на основе промышленного порошка ПР-10Р6М5 электронно-лучевым или плазменно-порошковым методом.

Изобретение относится к способу изготовления нанесенной термическим напылением тонкостенной гильзы цилиндра для установки в блоке цилиндров двигателя и к гильзе цилиндра, изготовленной таким способом.

Изобретение относится к способу изготовлению детали из хромосодержащего жаропрочного сплава на основе никеля и может найти применение при изготовлении деталей газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к способам антикоррозионной обработки поверхности изделий из алюминия или алюминиевых сплавов. Поверхность изделия подвергают импульсному энергетическому воздействию излучением импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,065 мкм при удельной мощности излучения 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20…40 кГц и скорости сканирования поверхности лазерным излучением 250…700 мм/с.

Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки деталей и может быть использовано в различных областях машиностроения для защиты и упрочнения поверхностей деталей с целью снижения шероховатости, повышения плотности. Способ упрочнения поверхности стальной детали включает нанесение плазменным напылением на деталь порошкового металлического покрытия и последующее его пластическое деформирование инструментом совместно с пропусканием электрического тока, при этом перед пластическим деформированием деталь с плазменным металлическим покрытием нагревают до температуры 100-600°С, а пластическое деформирование осуществляют последовательно тремя инструментами, установленными в одной плоскости, через которые пропускается электрический ток, при этом ширина контактной поверхности инструментов определяется из условия: в1⋅в2⋅в3, где в1, в2, в3 - ширина контактной поверхности инструмента, через который осуществляется электроконтактный нагрев. Техническим результатом изобретения является снижение остаточной пористости плазменного покрытия и его шероховатости, повышение когезионной, адгезионной прочности и микротвердости. 3 пр.

Наверх