Способ получения износостойкого покрытия на изделии из инструментальной стали

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости режущего инструмента, в частности шнековых сверл, изготовленных из инструментальной стали, за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев. Способ получения износостойкого покрытия на изделии из инструментальной стали включает диффузионное насыщение поверхности легирующими элементами в расплаве, при этом дополнительно в два этапа осуществляют ультразвуковую обработку поверхности изделия с частотой ультразвуковых колебаний упрочняющего элемента 22-24 кГц, с силой его прижима к обрабатываемой поверхности 1000-3000 Н. Первый этап ультразвуковой обработки осуществляют перед диффузионным насыщением поверхности изделия легирующими элементами в расплаве. Второй этап проводят после диффузионного насыщения поверхности изделия легирующими элементами в расплаве. Упомянутый расплав содержит следующие элементы, при следующем соотношении, мас. %: висмут 47-52, никель 4-6, хром 6-8, свинец 38-39. После второго этапа ультразвуковой обработки поверхности изделия дополнительно проводят диффузионное борирование при температуре 900-950 °С и выдержке 2-3 часа в порошковой смеси карбида бора и фторида натрия, при следующем соотношении, мас. %: карбид бора 96-98, фторид натрия 2-4. Обеспечивается повышение стойкости инструмента, а именно повышение микротвердости и износостойкости рабочих поверхностей режущего инструмента. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости режущего инструмента, в частности шнековых сверл, изготовленных из инструментальной стали, за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев.

Известен способ нанесения диффузионного покрытия на стальные изделия (пат. SU №1772215, МПК С23С 10/22, опубл. 30.10.2002 г.), включающий диффузионное насыщение поверхности легирующими элементами в расплаве, содержащем литий, никель и свинец при следующем соотношении компонентов, мас. %: Li - 0,5-0,8; Ni - 3; Pb - остальное, при температуре 1050-1100°С и времени выдержки 5-8 часов.

Недостатком данного способа является низкая твердость получаемого покрытия и как следствие низкая износостойкость.

Известен способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия (пат. №2312164, МПК С23С 2/08, С22С 11/02, опубл. 10.12.2007 г. бюл. №34), включающий диффузионное насыщение поверхности легирующими элементами в расплаве, содержащем литий, никель, хром и свинец при следующем соотношении компонентов, мас. %: Li - 0,5-0,8; Ni -1-5; Cr 2-10; Pb - 84,2-96,5, при температуре 650-1250°С.

Недостатком данного способа является низкая твердость получаемого покрытия и как следствие низкая износостойкость.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения износостойкого покрытия на поверхности инструментальной стали, обеспечивающее повышение эксплуатационных характеристик и срока эксплуатации режущего инструмента, в частности шнековых сверл.

Техническим результатом является повышение стойкости инструмента, а именно повышение микротвердости и износостойкости рабочих поверхностей режущего инструмента.

Технический результат достигается тем, что способ получения износостойкого покрытия на изделии из инструментальной стали, включающий диффузионное насыщение поверхности легирующими элементами в расплаве, при этом дополнительно в два этапа осуществляют ультразвуковую обработку поверхности изделия с частотой ультразвуковых колебаний упрочняющего элемента 22-24 кГц, с силой его прижима к обрабатываемой поверхности 1000-3000 Н, а также линейной скорости перемещения пятна деформации упрочняющего элемента 50-100⋅10-3 м/с, первый из которых осуществляют перед диффузионным насыщением поверхности изделия легирующими элементами в расплаве, второй этап после диффузионным насыщением поверхности изделия легирующими элементами в расплаве, при этом расплав состоит из следующих элементов, взяты при следующем соотношении, масс. %:

Висмут 47-52
Никель 4-6
Хром 6-8
Свинец 38-39

а после второго этапа ультразвуковую обработку поверхности изделия дополнительно проводят диффузионное борирование при температуре 900-9500С и выдержке 2-3 часа в порошковой смеси карбида бора и фторида натрия, взятых при следующем соотношении, масс. %:

карбид бора 96-98
фторид натрия 2-4

Ультразвуковая упрочняющая обработка, проводимая перед диффузионным насыщением поверхности легирующими элементами Ni и Cr, позволяет повысить плотность дислокационных структур на поверхности изделий изготовленных из инструментальной стали, а также приводит к изменению структуры поверхностного слоя, за счет интенсивного деформирования зерен, приводящего к увеличению площади межзеренной границы. Также в результате воздействия на поверхность изделия колебаний с ультразвуковой частотой происходит повышение внутренней энергии поверхностного слоя возбуждение атомов, что приводит к неравновесному состоянию поверхностного слоя изделия подвергнутого ультразвуковой упрочняющей обработки. Данная совокупность явлений позволяет увеличить скорость и глубину легирования при диффузионном насыщении, таким образом, являясь технологией механической активации поверхности изделия.

Ультразвуковая упрочняющая обработка, проводимая перед диффузионным борированием, позволяет за счет интенсивной пластической деформации повысить плотность дислокационных структур на поверхности изделия изготовленных из инструментальной стали с покрытием полученным в результате диффузионного насыщения поверхности изделия Ni и Cr, а также приводит к изменению структуры поверхностного слоя, за счет интенсивного деформирования зерен, приводящего к увеличению площади межзеренной границы. Также в результате воздействия на поверхность изделия колебаний с ультразвуковой частотой происходит повышение внутренней энергии поверхностного слоя возбуждение атомов, что приводит к неравновесному состоянию поверхностного слоя изделия подвергнутого ультразвуковой упрочняющей обработки. Данная совокупность явлений позволяет увеличить скорость и глубину легирования при диффузионном борировании, таким образом, являясь технологией механической активации поверхности изделия. При ультразвуковой упрочняющей обработке изделия, изготовленного из инструментальной стали с покрытием полученным в результате диффузионного насыщения поверхности изделия Ni и Cr, повышается плотность покрытия, а также обеспечивает продолжения диффузионного взаимопроникновения атомов изделия и атомов покрытия.

Проведение процесса диффузионного борирования в защитной атмосфере аргона при наличии активатора NaF, позволяет ускорить процесс высвобождения бора и его проникновение в поверхность изделия с образованием боридных соединений с металлами Fe, Ni и Cr. При этом борирование происходит равномерно по всей поверхности изделия на большую глубину.

Получение диффузионного покрытия на изделиях, изготовленных из инструментальной стали, методом диффузионного насыщения в среде легкоплавких металлов легирующими элементами Ni и Cr при дальнейшем борировании позволяет получить на поверхности изделия бориды Fe2B, (FeNi)2B и Cr2B находящихся в равновесном состоянии с чистым железом и имеющими высокую твердость и значительно повышающие износостойкость изделия, а также жаропрочность, жаростойкость, коррозионную стойкость. При этом благодаря близости по значениям атомарных радиусов Ni и Cr с Fe они имеют хорошую растворимость в стали, таким образом обеспечивая высокую адгезионную прочность, а также глубину диффузионного взаимопроникновения элементов подложки и покрытия. При образовании боридов происходит вытеснение углерода с поверхностного слоя, который диффундирует в сердцевину, образуя приповерхностную переходную карбидную зону, с повышенными прочностными характеристиками. Таким образом, получаемое на поверхности изделия, изготовленного из инструментальной стали, диффузионное покрытие позволяет повысить износостойкость изделий и как следствие эксплуатационные характеристики.

Получение износостойкого покрытия на изделиях из инструментальной стали происходит следующим способом. Сначала осуществляют ультразвуковую упрочняющую обработку (механическую активацию) поверхности изделия, после чего методом диффузионной металлизации в среде легкоплавкого сплава металлов Bi и Pb с добавлением легирующих компонентов Ni и Cr, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Bi - 47-52; Ni - 4-6; Cr 6-8; Pb - 38-39, осуществляют диффузионное насыщения изделия из интрументальной стали при температуре 1000-1100°С и времени выдержки 10-12 часов. После чего поверхность изделия с диффузионным покрытием подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке (механической активации). Затем осуществляют диффузионное борирование поверхности изделия в порошковой смеси карбида бора и активатора фторида натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: В4С 96-98; NaF 2-4, при температуре 900-950°С при времени выдержки 2-3 часа. И в качестве финишной операции поверхность изделия подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке.

В результате такой обработки рабочие поверхности шнековых сверл, изготовленных из инструментальной стали, имеют микротвердость на 2-18% выше в сравнении с технологией, предлагаемой в прототипе, и как следствие повышение стойкости инструмента в сравнении с прототипом на 10-30%

Пример 1.

Получение износостойкого покрытия на шнековом сверле, изготовленном из инструментальной стали 9ХС происходит следующим способом. Сначала осуществляют ультразвуковую упрочняющую обработку (механическую активацию) рабочих поверхностей шнекового сверла, после чего методом диффузионной металлизации в среде легкоплавкого сплава металлов Bi и Pb с добавлением легирующих компонентов Ni и Cr, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Bi -52; Ni - 4; Cr - 6; Pb - 38, осуществляют диффузионное насыщения рабочих поверхностей шнекового сверла при температуре 1000°С и времени выдержки 10 часов. После чего рабочую поверхность шнекового сверла с диффузионным покрытием подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке (механической активации). Затем осуществляют диффузионное борирование рабочей поверхности шнекового сверла в порошковой смеси карбида бора и активатора фторида натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: В4С - 96; NaF - 4, при температуре 900°С при времени выдержки 2 часа. И в качестве финишной операции поверхность изделия подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке.

Пример 2.

Получение износостойкого покрытия на шнековом сверле, изготовленном из инструментальной стали 9ХС происходит следующим способом. Сначала осуществляют ультразвуковую упрочняющую обработку (механическую активацию) рабочих поверхностей шнекового сверла, после чего методом диффузионной металлизации в среде легкоплавкого сплава металлов Bi и Pb с добавлением легирующих компонентов Ni и Cr, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Bi - 49,5; Ni - 5; Cr 7; Pb - 38,5, осуществляют диффузионное насыщения рабочих поверхностей шнекового сверла при температуре 1050°С и времени выдержки 11 часов. После чего рабочую поверхность шнекового сверла с диффузионным покрытием подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке (механической активации). Затем осуществляют диффузионное борирование рабочей поверхности шнекового сверла в порошковой смеси карбида бора и активатора фторида натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: В4С - 97; NaF - 3, при температуре 925°С при времени выдержки 2,5 часа. И в качестве финишной операции поверхность изделия подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке.

Пример 3.

Получение износостойкого покрытия на шнековом сверле, изготовленном из инструментальной стали 9ХС происходит следующим способом. Сначала осуществляют ультразвуковую упрочняющую обработку (механическую активацию) рабочих поверхностей шнекового сверла, после чего методом диффузионной металлизации в среде легкоплавкого сплава металлов Bi и Pb с добавлением легирующих компонентов Ni и Cr, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Bi - 47; Ni - 6; Cr 8; Pb - 39, осуществляют диффузионное насыщения рабочих поверхностей шнекового сверла при температуре 1100°С и времени выдержки 12 часов. После чего рабочую поверхность шнекового сверла с диффузионным покрытием подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке (механической активации). Затем осуществляют диффузионное борирование рабочей поверхности шнекового сверла в порошковой смеси карбида бора и активатора фторида натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %: В4С - 98; NaF - 2, при температуре 950°С при времени выдержки 3 часа. И в качестве финишной операции поверхность изделия подвергают ультразвуковой упрочняющей обработке.

Результаты испытаний сведены в таблицу 1.

Анализ данных представленных в таблице, позволяет сделать вывод о том, что получаемое износостойкое покрытие на шнековых сверлах по предлагаемому способу по сравнению с прототипом обеспечивает более высокие значения микротвердости рабочей поверхности шнекового сверла, и как следствие повышение стойкости сверла.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет достичь поставленный технический результат.

Способ получения износостойкого покрытия на изделии из инструментальной стали, включающий диффузионное насыщение поверхности легирующими элементами в расплаве, отличающийся тем, что дополнительно в два этапа осуществляют ультразвуковую обработку поверхности изделия с частотой ультразвуковых колебаний упрочняющего элемента 22-24 кГц, с силой его прижима к обрабатываемой поверхности 1000-3000 Н, при этом первый этап осуществляют перед диффузионным насыщением поверхности изделия легирующими элементами в расплаве, второй этап проводят после диффузионного насыщения поверхности изделия легирующими элементами в расплаве, при этом упомянутый расплав содержит элементы при следующем соотношении, мас. %:

Висмут 47-52
Никель 4-6
Хром 6-8
Свинец 38-39,

при этом после второго этапа ультразвуковой обработки поверхности изделия дополнительно проводят диффузионное борирование при температуре 900-950 °С и выдержке 2-3 часа в порошковой смеси карбида бора и фторида натрия при следующем соотношении, мас. %:

карбид бора 96-98
фторид натрия 2-4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу химико-термической обработки и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости изделий из углеродистых сталей. Способ борирования поверхностных слоев углеродистой стали включает нанесение борсодержащей обмазки и индукционное воздействие.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам нанесения боридных покрытий на стали при химико-термической обработке в условиях индукционного нагрева, и может быть использовано в машиностроении для повышения долговечности деталей машин, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, коррозии, ударных нагрузок.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для упрочнения поверхностей стальных деталей химико-термической обработкой. Способ борирования стальной детали включает предварительную подготовку порошковой смеси, нанесение ее на упрочняемую поверхность, нагрев и насыщение поверхности бором в защитной среде аргона при избыточном давлении (Ризб.), составляющем 100÷200 Па.

Изобретение относится к способу химико-термической обработки и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости изделий и технологической оснастки из железоуглеродистых сплавов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения эксплуатационных характеристик трущихся поверхностей колес железнодорожного транспорта и других целей.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти применение в машиностроении для обеспечения повышения эксплуатационных характеристик деталей машин.
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам поверхностного упрочнения деталей из стали 40. Первоначально проводят предварительное поверхностное локальное борирование с использованием лазерного нагрева из обмазки, содержащей бор или его соединения.

Изобретение относится к способу химико-термической обработки и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости изделий. .

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, а именно к химико-термической обработке стальных деталей и может быть использовано для упрочнения рабочих органов сельхозтехники, применяемых при обработке почв по современным энерго- и ресурсосберегающим технологиям (плуги-плоскорезы, стрельчатые лапы, долота-рыхлители, долотообразные лемеха и пр.), большая часть поверхности которых в процессе работы находится в почве.
Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении, станкостроении, на предприятиях строительной индустрии и в других отраслях промышленности.

Устройство относится к установкам для диффузионной металлизации изделий для придания поверхностным слоям требуемых физико-химических свойств и может использоваться в машиностроении, в инструментальной промышленности и других областях.

Изобретение относится к оборудованию для горячего покрытия погружением металлической полосы. Установка содержит средство для перемещения металлической полосы вдоль траектории, бак (3) для содержания ванны (4) с расплавом, и систему зачистки, содержащую по меньшей мере два сопла, расположенные с каждой стороны от упомянутой траектории после бака (3).
Настоящее изобретение относится к защите цветных металлов от коррозии, а именно к нанесению металлических покрытий методом химико-термической обработки, и может быть использовано для повышения жаростойкости деталей, изготовленных из меди и медных сплавов, например сопла горелок для аргонодуговой сварки, держателей дуговых плавильных печей, фурмы доменных и конверторных печных плавильных агрегатов.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов для получения защитных покрытий и может найти применение в энергетической, электротехнической и химической промышленности.

Изобретение относится к повышению качества металлического покрытия листовой стали. Способ получения коррозионно-стойкого металлического покрытия на листовой стали включает расплавление металлического покрытия листовой стали путем нагрева до температуры выше температуры плавления материала покрытия.

Изобретение относится к технологии диффузионной металлизации, а именно к способу получения диффузионных покрытий на металлических изделиях и устройству для его осуществления для обеспечения поверхностным слоям изделий особых физико-химических свойств с помощью изменения их состава, и может использоваться в общем машиностроении, в инструментальной промышленности и других областях.

Устройство для диффузионной металлизации изделий предназначено для нанесения на изделия диффузионных покрытий в среде легкоплавких жидкометаллических растворов в условиях массового производства при одновременном совмещении процессов нанесения покрытий с термической обработкой материала и может быть использовано в общем машиностроении, в инструментальной промышленности и других областях.

Способ включает создание металлического слоя (2) с ферритообразующим элементом, по меньшей мере, на одной поверхности пластины (1), выполненной из Fe или сплава Fe, с превращением α-γ.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей, подверженных в процессе эксплуатации абразивному износу. Способ включает предварительную очистку покрываемой поверхности стального изделия, нанесение на очищенную поверхность изделия слоя флюса методом газопорошковой наплавки с разогревом обрабатываемой части изделия до температуры 450-600°C при использовании пропан-бутановой газовой смеси, погружение изделия в расплав износостойкой стали при температуре расплава 1560-1650°C, выдержку в расплаве в течение времени, необходимого для получения требуемой толщины покрытия, извлечение изделия с покрытием из расплава с последующим медленным охлаждением изделия с нанесенным покрытием на воздухе или вместе с термической печью с начальной температурой 500-600°C.

Изобретение относится к испаряющемуся материалу и способу его получения, который может быть использован при изготовлении магнитов с повышенной коэрцитивной силой.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к химико-термической обработке деталей из металлов или сплавов насыщением поверхностного слоя неметаллами или металлами и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей.

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости режущего инструмента, в частности шнековых сверл, изготовленных из инструментальной стали, за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев. Способ получения износостойкого покрытия на изделии из инструментальной стали включает диффузионное насыщение поверхности легирующими элементами в расплаве, при этом дополнительно в два этапа осуществляют ультразвуковую обработку поверхности изделия с частотой ультразвуковых колебаний упрочняющего элемента 22-24 кГц, с силой его прижима к обрабатываемой поверхности 1000-3000 Н. Первый этап ультразвуковой обработки осуществляют перед диффузионным насыщением поверхности изделия легирующими элементами в расплаве. Второй этап проводят после диффузионного насыщения поверхности изделия легирующими элементами в расплаве. Упомянутый расплав содержит следующие элементы, при следующем соотношении, мас. : висмут 47-52, никель 4-6, хром 6-8, свинец 38-39. После второго этапа ультразвуковой обработки поверхности изделия дополнительно проводят диффузионное борирование при температуре 900-950 °С и выдержке 2-3 часа в порошковой смеси карбида бора и фторида натрия, при следующем соотношении, мас. : карбид бора 96-98, фторид натрия 2-4. Обеспечивается повышение стойкости инструмента, а именно повышение микротвердости и износостойкости рабочих поверхностей режущего инструмента. 1 табл., 3 пр.

Наверх