Способ упрочнения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов методом непрерывного лазерного воздействия



C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2688104:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Способ упрочнения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов методом непрерывного лазерного воздействия, включающий лазерную обработку с использованием лазера непрерывного воздействия при плотности мощности лазерного излучения 2⋅106 Вт/м2, скорости распространения лазерного луча в пределах 2⋅10-2±1⋅10-2 м/с, при этом диаметр луча выбирают от 1,5⋅10-3 до 2,5⋅10-3 м, а расстояние от режущей кромки до места облучения от 1 до 1,5 мм, причем перед непрерывным лазерным воздействием производят карбонитрацию в ванне карбонитрации при температуре от 540°С до 580°С в расплаве солей на основе 20% цианата калия KCNO и калия углекислого CK2O3 - 80% поташа К2СО3 с выдержкой в течение 30 мин. Изобретение позволяет понизить износ при резании карбидсодержащих сплавов введением карбонитрации перед лазерной обработкой твердых сплавов, что увеличивает стойкость карбидсодержащих сплавов. 5 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов.

Известен способ поверхностной импульсной лазерной обработки материалов (Коваленко B.C. Упрочнение деталей лучом лазера. - Киев: Техника, 1981. - 131 с.; SU 1752514 А1 07.08.1992; А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. - М.: Высшая школа, 1988, кн. 3, с. 98-102, 118-119, кн. 6, с. 106-107, 124; технология «Laser shot peening». Институт лазерной физики (г. Санкт-Петербург)), который представляет собой последовательную закалку материала изделия при облучении лазером. Основные недостатки поверхностной импульсной лазерной обработки изделий следующие:

- одновременное упрочнение нескольких поверхностей недопустимо;

- прилегающие поверхности после импульсной лазерной обработки ослаблены против действия сил хрупкого разрушения;

- процесс продолжителен во времени (за счет многократного облучения одного изделия) и требует значительных энергетических затрат;

- при износе или переточке изделия упроченный слой удаляется.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ объемного импульсного лазерного упрочнения изделий из инструментальных и конструкционных материалов, заключающийся в том, что изделие подвергают лазерной обработке с использованием лазера импульсного действия при полезной энергии импульса 60-500 Дж, плотности мощности импульса 1,2-1010-4,3⋅1011 Вт/м2, длине волны 1,064⋅10-6 м и продолжительности импульса 0,8⋅10-3 с, при этом диаметр луча равен 1,2⋅10-3-2,5⋅10-3 м, а расстояние от места облучения до упрочняемой поверхности - 12-30 мм [Патент N2517632, МКИ C21D 1/09, опубл. 27.05.2014]. Недостатками известного способа являются:

- твердый сплав только группы ВК;

- относительно малая степень упрочнения режущих пластин из твердых сплавов:

- низкая стойкость режущих пластин из твердых сплавов к воздействию ударных нагрузок.

Заявляемое изобретение направлено на увеличение степени упрочнения и стойкости к воздействию ударных нагрузок.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стойкостных свойств карбидсодержащих сплавов введением карбонитрации карбидсодержащих сплавов перед непрерывным лазерным воздействием, что увеличивает стойкость карбидсодержащих сплавов.

Техническая задача решается тем, что способ упрочнения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов методом непрерывного лазерного воздействия, включающий лазерную обработку с использованием лазера непрерывного воздействия при плотности мощности лазерного излучения 2⋅106 Вт/м2, скорости распространения лазерного луча в пределах 2⋅10-2±1⋅10-2 м/с, при этом диаметр луча от 1,5⋅10-3 до 2,5⋅10-3 м, расстояние от режущей кромки до места облучения от 1 до 1,5 мм, а перед непрерывным лазерным воздействием производят карбонитрацию в ванне карбонитрации при температуре от 540°С до 580°С в расплаве солей на основе 20% цианата калия KCNO и калия углекислого CK2O3 - 80% поташа К2СО3 с выдержкой в течении 30 мин.

Способ осуществляют следующим образом:

Пластины подвергают лазерной обработке с использованием лазера непрерывного воздействия при плотности мощности лазерного излучения 2⋅106 Вт/м2, скорости распространения лазерного луча в пределах 2⋅10-2±1⋅10-2 м/с, при этом диаметр луча от 1,5⋅10-3 до 2,5⋅10-3 м, расстояние от режущей кромки до места облучения от 1 до 1,5 мм, а перед непрерывным лазерным воздействием производят карбонитрацию в ванне карбонитрации при температуре от 540°С до 580°С в расплаве солей на основе 20% цианата калия KCNO и калия углекислого CK2O3 - 80% поташа К2СО3 с выдержкой в течении 30 мин.

Суть карбонитрации или метода «жидкостного» азотирования заключают в упрочнении поверхностного слоя изделий из твердого сплава методом диффузионного насыщения азотом и углеродом в расплаве солей, синтезированных из аммоноуглеродных соединений (меламин, мелон, дициандиамид), при температуре 540-580°С. Поскольку в данном процессе предполагают одновременное насыщение, как азотом, так и углеродом, то в поверхностном слое металла образуются карбонитридные фазы, которые являются более пластичными и не имеют такой хрупкости, как чисто нитридные, получаемые при газовом азотировании.

Процесс карбонитрации производят в расплаве солей на основе 20% цианата калия KCNO и калия углекислого CK2O3 - 80%) поташа К2СО3 при температуре от 540°С до 580°С в течение различного времени.

Изделия, подвергнутые карбонитрации, приобретают характерный темный цвет. Для пояснения способа на фиг. 2 показан внешний вид твердосплавных пластин Т15К6 (а), увеличение 1:1, на фиг. 3 показывают глубину карбонитрации твердого сплава Т15К6 после процесса карбонитрации при температуре от 540°С до 580°С в течение 30 мин, 1421HV, глубина карбонитрированного слоя 1 мкм, на фиг. 4 - микроструктура твердого сплава Т15К6 после лазерной обработки (JEOL) при увеличениих 500, а - исходный; б - 2⋅106 Вт/м2, 2,0⋅10-3 м/с; в - 3⋅106 Вт/м2, 2,0⋅10-3 м/с; г - 4⋅106 Вт/м2, 2,0⋅10-3 м/с, на фиг. 5 - гистограмма изменения износа по передней и задней поверхности квадратных пластин твердого сплава Т15К6 в зависимости от режимов лазерной обработки.

После карбонитрации для повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов осуществляют лазерную обработку изделий с использованием непрерывного лазера ЛК-3015лс07. Обработку лазером проводят по контуру от выделенной точки по часовой стрелке (расстояние от режущей кромки - от 1 до 1,5 мм) в двух атмосферах: N2 и O2. Фото пластин после лазерной обработки на лазерном станке ЛК-700 представлено на фиг. 1.

При лазерной закалке уменьшают давление газа N2 до 0,2-0,3 атм. Диаметр сопла d=2 мм и диаметр пятна определяют фокусирующей системой. В начальной стадии нагрев до 2⋅106 Вт/м2, при скорости 2,0⋅10-3, 3,0⋅10-3, 3,0⋅10-3 м/с.

Лазерную обработку проводят согласно матрице планирования эксперимента. До лазерной обработки карбонитрированных пластин определяют твердость и износ при резании результаты представлены в таблице 1 и после лазерной обработки карбонитрированных пластин определяют твердость и износ при резании представлено результаты представлены в таблице 2.

Результаты исследований на данном этапе показывают, что лазерную обработку эффективно проводить для сплава Т15К6. Твердосплавные пластины после карбонитрации по сравнению с исходными после лазерной обработки имеют в 2-5 раз меньший износ при резании по передней и задней поверхностям. С повышением плотности мощности лазерного излучения износ при резании уменьшается, а твердость увеличивается. Лучший режим лазерного воздействиия при плотности мощности лазерного перемещения 2⋅106 Вт/м2, 2,0⋅10-3 м/с. Износ при резании уменьшается в 5 раз.

Для твердосплавных пластин без карбонитрированного слоя после лазерной обработки происходит незначительное увеличение твердости и износа при резании в 2 раза.

Анализируют результаты проведенных экспериментальных работ представленных в таблице 3 по упрочнению режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов методом непрерывного лазерного воздействия и дают сравнение с прототипом. Проводят лазерное воздействие твердосплавных пластин исходных и с нанесенным карбонитрированным слоем при плотности мощности лазерного воздействия 1⋅106 Вт/м2, 2⋅106 Вт/м2, 3⋅106 Вт/м2, 4⋅106 Вт/м2. Твердость изменяют незначительно и оставляют в интервале 1550-2000 HV, износ уменьшают в 3-10 раз, коэффициент стойкости (определяют как отношение износостойкости до и после лазерного воздействия) увеличивают в 3-10 раз.

Способ упрочнения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов, заключающийся в том, что пластины подвергают лазерной обработке с использованием лазера непрерывного воздействия при плотности мощности лазерного излучения 2⋅106 Вт/м2, скорости распространения лазерного луча в пределах 2⋅10-2±1⋅10-2 м/с, при этом диаметр луча устанавливают от 1,5⋅10-3 до 2,5⋅10-3 м, а расстояние от режущей кромки до места облучения от 1 до 1,5 мм, причем перед непрерывным лазерным воздействием производят карбонитрацию в ванне карбонитрации при температуре от 540°C до 580°C в расплаве солей на основе 20% цианата калия KCNO и калия углекислого СК2О3 - 80% поташа К2СО3 с выдержкой в течение 30 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области сварки трением. Для получения инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов с высокой технологичностью, высокой надежностью и долговечностью в процессе эксплуатации при температуре вплоть до 500°С исходную заготовку из инструментальной штамповой стали, имеющей твердость не более 25 HRC, вытачивают на токарном станке до требуемого размера инструмента с припуском от 0,2 до 0,5 мм, подвергают последующей термической обработке, состоящей из закалки и отпуска при температуре не ниже 500 °С с обеспечением твердости не ниже 54 HRC после отпуска и доводят размер инструмента до требуемого путем точения со снятием припуска.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения твердости и ударной вязкости, а также стойкости быстрорежущей стали с интерметаллидным упрочнением сначала производят закалку стали с температуры 850-860°C и последующий отпуск при 560-570°C в течение одного часа, затем осуществляют закалку с температуры 1200-1240°C и отпуск при 590-600°C в течение двух часов.

Изобретение относится к области термической обработки резцов, имеющих поликристаллическую структуру. Для уменьшения остаточных напряжений получают один или более резцов, каждый из которых содержит основание, поликристаллическую структуру, присоединенную к нему, и остаточные напряжения.

Изобретение может быть использовано для упрочняющей обработки наплавленной быстрорежущей стали при изготовлении биметаллического инструмента. После механической и термической обработки заготовки корпуса инструмента осуществляют дуговую наплавку при токе от 50 до 56 А и напряжении дуги от 5 до 6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока и образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении режущего и штампового инструмента, быстро изнашиваемых изделий и технологической оснастки из конструкционных и инструментальных сталей, а также из металлокерамических твердых сплавов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки сталей, и может быть использовано на машиностроительных заводах в инструментальном производстве при изготовлении режущего и штампового инструмента.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке режущих инструментов. Для повышения надежности и долговечности протяжек с плоскими гранями её подвергают трехступенчатому нагреву, при этом на первой ступени нагревают не менее 1 часа в камерной печи с температурой менее 600°С, но превышающей 560°С, на второй ступени - в соляном расплаве с температурой свыше 850°С, но не превышающей 900°С, в течение времени, определяемого из соотношения 15-25 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, на третьей ступени - в соляном расплаве с температурой ниже 1270°С, но не менее 1160°С, в течение времени, определяемого из соотношения 10-15 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, проводят охлаждение на воздухе до 980-1020°С, а затем в минеральном масле в течение 45-60 с до 590-610°С, определяют величину и направление продольного прогиба протяжки, укладывают горячую протяжку выпуклой гранью на поверочную плиту и совершают перемещения протяжки по поверочной плите до снижения ее прогиба до заданной величины, затем протяжку охлаждают в подвешенном положении до температуры мартенситного превращения металла протяжки.

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.

Изобретение относится к области упрочняющей обработки изделий из твердых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа.

Изобретение относится к обработке и отделке полосового проката, в частности ленты, предназначенной для упаковки рулонного металла и листов в пачках. Для обеспечения в упаковочной ленте требуемого уровня физико-механических свойств в широком диапазоне толщин от 0,45 до 1,30 мм в условиях высокопроизводительного агрегата обработке подвергают холоднокатаную ленту с содержанием 0,28-0,50 мас.% углерода, при этом ленту нагревают со скоростью 4,5-8,0°С/с до температуры 930-950°С, выдерживают в расплаве свинца в течение 20-50 с при температуре 460-500°С, окрашивают поверхность и сушат, а затем осуществляют покрытие ленты воском в водно-восковой эмульсии, содержащей 20% парафина, с последующим охлаждением воздухом, имеющим температуру 60-70°С.

Изобретение относится к способу получения высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности на разрыв TS по меньшей мере 1180 МПа, общее удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%.

Настоящее изобретение относится к способу получения высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности TS по меньшей мере 1180 МПа, полное удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%, а также к высокопрочному стальном листу с покрытием, полученному предлагаемым способом.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элементу из термообработанного стального листа и способу его производства, и может быть использовано в автомобильной промышленности, в частности для изготовления таких противоударных частей автомобиля, как бампер и центральная стойка.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элементам из термообработанного стального листа, и может быть использовано при изготовлении ударопрочных деталей автомобилей.

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием - анодом.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения отличных магнитных свойств листа из неориентированной электротехнической стали способ включает использование стального сляба, содержащего мас.%: C не больше 0,01, Si не больше 6, Mn 0,05-3, P не больше 0,2, Al не больше 2, N не больше 0,005, S не больше 0,01, Ga не больше 0,0005, Fe и неизбежные примеси остальное, горячую прокатку сляба, необязательно отжиг, декапирование, холодную прокатку, окончательный отжиг и нанесение изоляционного покрытия, причем средняя скорость нагрева от 500 до 800°C в процессе нагрева во время окончательного отжига составляет не менее чем 50°C/с.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке колец подшипников. Способ обработки подшипникового кольца из стали включает ступенчатый нагрев в вакууме в замкнутой камере b, последующее охлаждение азотом под давлением в замкнутой камере и трехкратный отпуск.

Изобретение относится к способу изготовления высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего улучшенную пластичность и формуемость, при этом стальной лист с покрытием имеет предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности при растяжении TS по меньшей мере 1180 МПа, общее удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%, посредством термической обработки и нанесения покрытия на лист, выполненный из стали, имеющей следующий химический состав, мас.

Изобретение относится к области металлургии. Для исключения возникновения трещин в детали при горячей штамповке способ производства закаленной детали содержит следующие этапы: а) получение стального листа с металлическим покрытием, содержащим, мас.%: от 2,0 до 24,0 цинка, от 1,1 до 7,0 кремния, от 1,1 до 8,0 магния, когда количество кремния составляет между 1,1 и 4,0 мас.%, и дополнительные элементы, выбираемые из Pb, Ni, Zr или Hf, при содержании каждого менее 0,3 мас.%, алюминий и неизбежные примеси - остальное, и в котором отношение Al/Zn превышает 2,9, б) разрезание стального листа с покрытием для получения заготовки, в) термическая обработка заготовки при температуре 840 - 950°C для получения в стали аустенитной микроструктуры, д) перенос заготовки в прессовый штамп, е) горячее формование заготовки для получения детали, f) охлаждение полученной на этапе e) детали для получения в стали микроструктуры мартенситной, или мартенситно-бейнитной, или составленной по меньшей мере из 75% равноосного феррита, от 5 до 20% мартенсита и бейнита в количестве, меньшем или равном 10%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к восстановительной термической обработке бывшего в эксплуатации элемента конструкции турбины. Представлен способ восстановительной термической обработки бывшего в эксплуатации элемента конструкции турбины из сплава на основе никеля, представляющего собой литое изделие из сплава на основе никеля, содержащее γ-фазу в качестве матрицы и γ'-фазу в количестве 30 об.% или более, включающий термическую обработку для образования твердого раствора γ'-фазы в γ-фазе без рекристаллизации γ-фазы при температуре в интервале от температуры на 10°С выше температуры растворения γ'-фазы до температуры на 10°С ниже температуры плавления γ-фазы, и старящую термическую обработку.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке лазером при изготовлении и ремонте различных машин и механизмов. Способ упрочнения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов методом непрерывного лазерного воздействия, включающий лазерную обработку с использованием лазера непрерывного воздействия при плотности мощности лазерного излучения 2⋅106 Втм2, скорости распространения лазерного луча в пределах 2⋅10-2±1⋅10-2 мс, при этом диаметр луча выбирают от 1,5⋅10-3 до 2,5⋅10-3 м, а расстояние от режущей кромки до места облучения от 1 до 1,5 мм, причем перед непрерывным лазерным воздействием производят карбонитрацию в ванне карбонитрации при температуре от 540°С до 580°С в расплаве солей на основе 20 цианата калия KCNO и калия углекислого CK2O3 - 80 поташа К2СО3 с выдержкой в течение 30 мин. Изобретение позволяет понизить износ при резании карбидсодержащих сплавов введением карбонитрации перед лазерной обработкой твердых сплавов, что увеличивает стойкость карбидсодержащих сплавов. 5 ил., 3 табл.

Наверх