Способ упрочнения цилиндрического изделия с покрытием поверхностно-пластическим деформированием

Авторы патента:

B24B39/04 - для обработки наружных поверхностей вращения

B23H9/04 - обработка поверхностей вращения

Владельцы патента RU 2765559:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к формированию коррозионно- и износостойких покрытий с высокой плотностью и твердостью. Способ упрочнения цилиндрического изделия с покрытием поверхностно-пластическим деформированием включает равномерное перемещение покрытия относительно деформирующего элемента, при этом два деформирующих элемента располагают напротив друг друга и воздействуют на покрытие через поверхности, повторяющие кривизну поверхности покрытия, с давлением прессования 1-10 кг/мм² при относительной скорости перемещения между деформирующими элементами и покрытием 1-3 м/с и подачей защитного газа в зону деформации. Технический результат – получение покрытия со 100% плотностью и микротвердостью, равной микротвердости исходного монолитного материала, используемого для напыления покрытия. 2 ил., 5 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к формированию коррозионно- и износостойких покрытий с высокой плотностью и твердостью.

Известен «СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ ПАР ТРЕНИЯ». RU 2210626 С1 МПК С23С 28/00 (2006.01). Авторы: Холопов Ю.В., Лазарев С.Ю. Данное изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для упрочнения поверхностей деталей, в частности в способах формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения. Способ заключается в том, что на поверхность пары трения после ее пластического деформирования ультразвуком наносят слой из высокопрочных композиционных материалов электроискровым методом или плазменным напылением, подвергают нанесенный слой пластическому деформированию ультразвуком, после чего наносят слой из высокодисперсных природных минералов, который также подвергают пластическому деформированию ультразвуком. Использование изобретения обеспечивает повышение износостойкости поверхности и увеличение долговечности пар трения. Однако процесс протекает при температурах не выше 100°С, что не позволяет повысить когезию покрытия.

Известен способ обработки плазменного вольфрамового покрытия на плоской подложке цилиндрическим инструментом диаметром 12 мм, вращающимся со скоростью 400-600 об/мин и перемещающимся с линейной скоростью вдоль поверхности покрытия 50 мм/минуту, Давление инструмента на покрытие до 20 кГ/мм². Плоский торец инструмента пластически деформирует покрытие, повышая его плотность. Таким способом не удается обрабатывать цилиндрические детали с покрытиями. Hiroyasu Tanigawa, Kazumi Ozawa, Yoshiaki Morisada, Sanghoon Noh, Hidetoshi Fujii. Modification of vacuum plasma sprayed tungsten coating on reduced activation ferritic/martensitic steels by friction stir processing. Fusion Engineering and Design 98-99 (2015) 2080-2084.

Известен способ повышения прочности детали с покрытием, RU 2625619 С1 МПК В24В 39/00 (2006.01) Заявка: 2016139914, 2016.10.10 Авторы: Бледнова Жесфина Михайловна (RU), Бадаев Эътибар Юсиф Оглы (RU), Дмитренко Дмитрий Валерьевич (RU). Способ обработки цилиндрической детали (Рис. 1, поз.1) с покрытием (поз.2) поверхностно-пластическим деформированием реализуется путем обкатки деформирующим элементом (поз.3), отличающийся тем, что поверхностно-пластическое деформирование совмещают с последующим упрочнением покрытия ультразвуковой обработкой упрочняющим элементом (поз.4) с частотой колебаний 18-22 кГц, при этом расстояние между деформирующим и упрочняющим элементами составляет 10-30 мм, линейная скорость перемещения пятна деформации деформирующих и упрочняющих элементов 50-100-10^-3 м/с при продольной подаче 0,08-0,12 мм/об., сила прижима деформирующего элемента составляет 50-3000 Н (Р1), а упрочняющего элемента составляет 100-1000 Н (Р2).

Этот источник является наиболее близким к способу упрочнения цилиндрического изделия с покрытием поверхностно-пластическим деформированием, его взяли в качестве прототипа.

Способ упрочнения цилиндрического изделия с покрытием поверхностно-пластическим деформированием, реализуемый в прототипе имеет недостатки. Деформирование осуществляется при температурах не выше 100°С, что определяет механические свойства покрытия не более 20% от свойств исходного монолитного материала. При таких температурах деформации напыленные частицы, из которых состоит покрытие, не формируют между собой прочной связи.

Задачей изобретения является: создание способа упрочнения цилиндрического изделия с покрытием поверхностно - пластическим деформированием с более высокими механическими свойствами покрытия.

Техническим результатом изобретения является: покрытие со 100% плотностью и микротвердостью равной микротвердости исходного монолитного материала, используемого для напыления покрытия.

Технический результат достигается тем, что цилиндрические изделия с покрытиями подвергаются поверхностно-пластическому деформированию с равномерным перемещением покрытия относительно деформирующего элемента, когда два деформирующих элемента располагаются друг против друга и воздействуют на покрытие через поверхности, повторяющие кривизну поверхности покрытия, при скорости деформирующих элементов относительно покрытия 1-3 м/с, при давлении прессования 1-10 кГ/мм² и с подачей защитного газа в зону деформации.

Сущность получаемого технического результата заключается в том, что при давлении 1-10 кГ/мм² двух деформирующих элементов (рис. 2, поз.1 и 2) на покрытие (поз.3), расположенное на цилиндрической поверхности, и перемещающееся с скоростью 1-3 м/с относительно этих деформирующих элементов, разогревается вплоть до температуры 1300°С. При таких температурах происходит интенсивная пластическая деформация. Высокая температура и пластические деформации разрушают оксидные пленки на напыленных частицах и приводят к формированию прочного соединения между ними. Прочность покрытия в этом случае превышает прочность исходного монолитного материала, используемого для напыления покрытия. Подача защитного газа в зону деформации снижает окисление покрытия кислородом окружающей атмосферы.

Пример 1. Плазменное никелевое покрытие толщиной 300 мкм, напыленное на стальной пруток подвергли обработке двумя инструментами из быстрорежущей стали при следующих параметрах:

Давление прессования покрытия: 1 кГ/мм².

Линейная скорость перемещения покрытия относительно инструментов: 1 м/с. Подача газа аргона 4 л/мин.

Получено покрытие со 100% плотностью, микротвердость покрытия 350 кГ/мм²

Пример 2. Плазменное никелевое покрытие толщиной 300 мкм, напыленное на стальной пруток подвергли обработке двумя инструментами из быстрорежущей стали при следующих параметрах:

Давление прессования покрытия: 3 кГ/мм².

Линейная скорость перемещения покрытия относительно инструментов: 1,5 м/с. Подача газа аргона 6 л/мин.

Получено покрытие со 100% плотностью, микротвердость покрытия 310 кГ/мм²

Пример 3. Плазменное никелевое покрытие толщиной 300 мкм, напыленное на стальной пруток подвергли обработке двумя инструментами из быстрорежущей стали при следующих параметрах:

Давление прессования покрытия: 5 кГ/мм².

Линейная скорость перемещения покрытия относительно инструментов: 2 м/с. Подача газа аргона 8 л/мин.

Получено покрытие со 100% плотностью, микротвердость покрытия 290 кГ/мм²

Пример 4. Плазменное никелевое покрытие толщиной 300 мкм, напыленное на стальной пруток подвергли обработке двумя инструментами из быстрорежущей стали при следующих параметрах:

Давление прессования покрытия: 7 кГ/мм².

Линейная скорость перемещения покрытия относительно инструментов: 2,5 м/с. Подача газа аргона 8 л/мин.

Получено покрытие со 100% плотностью, микротвердость покрытия 275 кГ/мм²

Пример 5. Плазменное никелевое покрытие толщиной 300 мкм, напыленное на стальной пруток подвергли обработке двумя инструментами из быстрорежущей стали при следующих параметрах:

Давление прессования покрытия: 10 кГ/мм².

Линейная скорость перемещения покрытия относительно инструментов: 3 м/с. Подача газа аргона 8 л/мин.

Получено покрытие со 100% плотностью, микротвердость покрытия 260 кГ/мм².

Способ упрочнения цилиндрического изделия с покрытием поверхностно-пластическим деформированием, включающий равномерное перемещение покрытия относительно деформирующего элемента, отличающийся тем, что два деформирующих элемента располагают напротив друг друга и воздействуют на покрытие через поверхности, повторяющие кривизну поверхности покрытия, с давлением прессования 1-10 кг/мм² при относительной скорости перемещения между деформирующими элементами и покрытием 1-3 м/с и подачей защитного газа в зону деформации.

Изобретение относится к устройству для обработки наружных поверхностей вращения отделочно-упрочняющей обработкой поверхностным пластическим деформированием и предназначено для использования в различных отраслях металлообрабатывающей промышленности. Устройство содержит корпус, электродвигатель, диски, подшипниковые узлы, ведущий вал и ведомый вал, который соединен с рабочим инструментом.

Устройство для осциллирующего движения рабочего инструмента // 2763065

Изобретение относится к устройству для осциллирующего движения рабочего инструмента. Устройство содержит корпус, электродвигатель, четыре конические шестерни, подшипниковые узлы, ведущий вал и ведомый вал, соединенный с рабочим инструментом.

Устройство для образования маятникового движения рабочего инструмента // 2763061

Изобретение относится к устройству для образования маятникового движения рабочего инструмента. Устройство содержит корпус, электродвигатель, три конические шестерни, подшипниковые узлы, ведущий вал и ведомый вал, соединенный с рабочим инструментом.

Способ поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения // 2758713

Изобретение относится к способу поверхностного пластического деформирования наружных поверхностей тел вращения. Осуществляют сообщение заготовке вращательного движения относительно собственной продольной оси и сообщение продольной подачи рабочему инструменту с деформирующим элементом, имеющим два рабочих профильных радиуса, с созданием им давления на поверхности заготовки.

Способ поверхностно-пластического деформирования наружной поверхности детали в виде тела вращения // 2757643

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения физико-механических свойств поверхностного слоя наружных цилиндрических поверхностей деталей машин. Способ включает сообщение детали вращательного движения относительно своей продольной оси, прижатие инструмента к поверхности обрабатываемой детали и сообщение инструменту продольной подачи в направлении, параллельном оси детали.

Способ поверхностного пластического деформирования цилиндрических деталей // 2753807

Изобретение относится к способам поверхностного пластического деформирования наружных цилиндрических поверхностей деталей машин. Сообщают заготовке вращательное движение относительно собственной продольной оси.

Устройство для отделочно-упрочняющей обработки // 2751947

Изобретение относится к устройству для отделочно-упрочняющей обработки. Устройство содержит мотор-редуктор, диск, закрепленный на оси мотор-редуктора, коромысло, палец, соединяющий диск с коромыслом, и неподвижную опору с осью, на которой смонтировано коромысло.

Способ и устройство для нагартовки коленчатого вала // 2743084

Изобретение относится к способу нагартовки коленчатого вала, имеющего шатунные шейки, коренные шейки и щеки кривошипа, причем шатунные шейки и коренные шейки имеют смазочные отверстия, конец смазочного отверстия имеет скос и/или переходной радиус при переходе в рабочую поверхность соответствующей шейки.

Способ и устройство последующей обработки коленчатого вала // 2738270

Изобретение относится к способу ударного упрочнения коленчатого вала для коррекции его отклонений от концентричности и/или в целях коррекции отклонений его длины от заданной. Определяют секторы коленчатого вала, которые имеют отклонения от концентричности и/или определяют для по меньшей мере одной части коленчатого вала отклонение по длине от заданной длины.

Способ комбинированной обработки точением и поверхностным пластическим деформированием // 2728994

Изобретение относится к комбинированной обработке цилиндрической поверхности заготовки. Осуществляют вращение заготовки и ее точение и поверхностное пластическое деформирование деформирующим элементом более высокой твердости по сравнению с твердостью материала заготовки.

Способ электроискрового легирования поверхности металлических изделий // 2732843

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам формирования покрытий на металлических материалах методами электроискрового легирования. На поверхность обрабатываемого изделия перед проведением процесса упрочнения наносят легирующее покрытие в виде пасты или краски слоем с толщиной не более 2 мм.