Способ упрочнения поверхности детали из конструкционных сталей

Изобретение относится к способам упрочнения поверхности детали. Способ включает создание чередующихся упрочненных и неупрочненных прямолинейных участков, причем упрочненные прямолинейные участки образуют путем формирования азотированного слоя при нагреве лазерным лучом в атмосфере азота, при этом упомянутые участки располагают перпендикулярно вектору силы трения, создаваемой на рабочей поверхности детали, после чего осуществляют обкатку детали с образованием в неупрочненных участках рельефа в виде канавок. Технический результат заключается в повышении износостойкости детали типа зубчатое колесо. 3 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке поверхности материалов концентрированными источниками энергии и может быть использовано для упрочнения поверхности детали из конструкционных сталей.

Известен способ химико-термической обработки детали из легированной стали (патент РФ №2144095, МПК С23С 8/38, опубл. 10.01.2000), включающий размещение детали в рабочей камере установки, активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температур химико-термической обработки и выдержку при этих температурах до формирования необходимой толщины диффузионного слоя.

Недостатком способа является невысокая износостойкость поверхности из-за неоднородности диффузионного слоя и образования в диффузионном слое хрупких фаз, а также низкая производительность насыщения поверхностного слоя материала детали в процессе обработки.

Известен способ создания микронеоднородной структуры (патент РФ №2662518, С23С 8/36, опубл. 26.07.2018), включающий бомбардировку поверхности стальными шариками из дробеструйной установки, далее изделие подвергается ионному азотированию. В результате измельчения структуры поверхности материала повышается диффузионное насыщение, а также наблюдается увеличение глубины азотированного слоя.

Недостатками являются:

- большая трудоемкость процесса;

- сложность контролирования воздействующих процессов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ повышения износостойкости зубчатых колес (патент РФ 2516955, F16H 55/17, опубл. 09.10.2012), который заключается в нанесении на поверхность колес равномерного покрытия из износостойкого материала и выполнении на рабочей поверхности зубьев поперечных прямолинейных канавок с наполнителем. Поперечные канавки имеют форму полуокружности в поперечном сечении и выполнены на рабочих поверхностях зубьев колес без выхода на торцевую поверхность под углом к перпендикуляру. Глубина поперечных канавок равна толщине диффузионной зоны, полученной в результате термодиффузионного насыщения материала карбидообразующими элементами.

Недостатками данного способа являются:

- сложный технологический процесс;

- канавки могут служить концентраторами напряжений, что может привести к выкрашиванию части профиля зуба.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение срока эксплуатации детали типа зубчатое колесо, за счет повышения его износостойкости.

Техническим результатом является повышение износостойкости детали типа зубчатое колесо.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе упрочнения поверхности детали, по которому создают чередующиеся упрочненные и неупрочненные прямолинейные участки, причем упрочненные прямолинейные участки образуют за счет формирования азотированного слоя при нагреве лазерным лучом в атмосфере азота, при этом упомянутые участки располагают перпендикулярно вектору силы трения, создаваемой на рабочей поверхности детали, после чего осуществляют первичную обкатку детали, с образованием в неупрочненных участках рельефа в виде канавок.

В результате образованных чередующихся упрочненных и неупрочненных прямолинейных участков, после первичной обкатки детали, в неупрочненных участках образуется рельеф в виде канавок. Появившиеся канавки задерживают в себе смазочно-охлаждащую жидкость, что способствует: меньшему износу изделия в процессе работы в масляной ванне; повышению долговечности работы в условиях недостаточного количества масла, возникающей при недостаточной циркуляции, либо потери части или всей смазочно-охлаждающей жидкости, за счет снижения коэффициента трения. Упрочненные канавки же, подвергают химико-термической обработке, что подразумевает упрочнение поверхностного слоя, следовательно, улучшение свойств износостойкости рабочей поверхности детали.

Существо изобретения поясняется чертежами:

На фиг. 1 изображена схема установки для осуществления способа.

На фиг. 2 изображена схема настройки лазерного луча: при помощи передвижения рабочего стола в вертикальном направлении выставляют фокусное расстояние H, от которого зависит диаметр пятна луча - D.

На фиг. 3 представлена схема образования неоднородной поверхностной структуры в виде чередующихся упрочненных и неупрочненных участков, направленных перпендикулярно направлению движения зубьев относительно друг друга, при этом неупрочненные участки образуют канавки, в которых задерживается смазочно-охлаждающая жидкость.

Пример конкретной реализации способа

Установка осуществления способа содержит в себе: баллон с газом азота (N2) - 1, импульсный твердотельный лазер - 2, перемещаемый рабочий стол - 3, сопло для подачи газа - 4, обрабатываемую деталь - 5 (фиг.1). Деталь устанавливают на перемещаемый рабочий стол и закрепляют в приспособлении. На панели управления системы числового программного управления (ЧПУ) устанавливают параметры обработки: длительность импульса t=2 мс, частота следования импульсов f=10 Гц, пиковая мощность импульса Pпик=2,8 кВт, средняя мощность Pср=56 Вт. При помощи редукционного клапана выставляют требуемое давление рабочего газа P=0,8 МПа, включают функцию подачи газа. С помощью джойстика управления и консоли системы ЧПУ задают траекторию движения лазерного луча по поверхности обрабатываемой детали и шаг между упрочняемыми канавками F (фиг.2). Передвижением рабочего стола в вертикальном направлении выставляют фокусное расстояние H, от которого зависит диаметр пятна луча - D.

После нажатия кнопки активации через сопло включается подача газа азота, создавая при этом атмосферу с высокой концентрацией над обрабатываемой площадью. Далее с помощью импульсного твердотельного лазера осуществляется локальный нагрев поверхности до температуры 950-1050°С. В результате такого воздействия на отдельном участке обрабатываемой детали происходит адсорбция атомов азота материалом с последующей диффузией и формированием упрочненного слоя. Далее, перемещением обрабатываемой детали относительно луча по заданной траектории, на поверхности создается линейная область, легированная азотом, которая в то же время подвергается быстрому охлаждению потоком газа, что в свою очередь приводит к закалке материала. Затем происходит выключение лазера и остановка потока газа для последующего перемещения на следующий необработанный участок, расположенный на расстоянии F - повторяется предыдущий процесс. В процессе образования неоднородной поверхностной структуры в виде чередующихся упрочненных и неупрочненных участков, направленных перпендикулярно направлению движения зубьев относительно друг друга, (фиг.3) неупрочненные участки образуют канавки, в которых задерживается смазочно-охлаждающая жидкость.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить износостойкость и увеличить срок эксплуатации детали из конструкционных сталей типа зубчатое колесо.

Способ упрочнения поверхности детали, включающий создание чередующихся упрочненных и неупрочненных прямолинейных участков, причем упрочненные прямолинейные участки образуют путем формирования азотированного слоя при нагреве лазерным лучом в атмосфере азота, при этом упомянутые участки располагают перпендикулярно вектору силы трения, создаваемой на рабочей поверхности детали, после чего осуществляют обкатку детали с образованием в неупрочненных участках рельефа в виде канавок.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения резьбовых сегментов сборной быстросъемной гайки резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес. Способ включает проведение объемной закалки и отпуска кольцевой заготовки резьбовых сегментов и ионно-плазменное азотирование поверхности резьбовых сегментов, при этом упомянутую заготовку резьбовых сегментов закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 25-30 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки с получением резьбовых сегментов и осуществляют ионно-плазменное азотирование резьбовых сегментов до получения защитного азотированного покрытия толщиной, равной половине толщины защитного азотированного покрытия стального резьбового вала указанного резьбового соединения, и твердостью в диапазоне 55-65 HRC, а упомянутая толщина защитного азотированного покрытия стального резьбового вала составляет 0,3-0,4 мм.

Изобретение относится к области оборудования для модификации поверхности деталей в низкотемпературной газоразрядной плазме и может быть использовано в ионно-плазменных процессах очистки, активации и легирования поверхности деталей. Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда содержит вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда.

Изобретение относится к способу азотирования детали из легированной стали. Способ включает размещение детали в рабочей камере, активацию поверхности детали перед азотированием, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры азотирования и выдержку детали при этой температуре до формирования необходимой толщины азотированного слоя, при этом активацию поверхности детали перед азотированием проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют поверхностное пластическое деформирование детали, обеспечивая от 1,1 до 1,2 раз превышение толщины измененного в результате поверхностного пластического деформирования слоя над толщиной формируемого азотированного слоя, а затем на втором этапе активации проводят высокоэнергетическую ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота, обеспечивающую формирование в поверхностном слое детали на глубину азотирования радиационных дефектов кристаллической структуры, обеспечивающих равновеликий процесс диффузии азота внутри зерен металла и по их границам, причем высокоэнергетическую ионно-имплантационную обработку поверхности детали проводят при энергии ионов от 20 до 24 кэВ, дозе облучения от 1,2⋅1017 см-2 до 1,3⋅1017 см-2, скорости набора дозы облучения от 0,7⋅1015 с-1 до 1,2⋅1015 с-1, а поверхностную пластическую деформацию проводят ультразвуковым инструментом при частоте f=17-20 кГц и амплитуде ξm=4-16 мкм акустических колебаний и усилием его прижима к детали 40-160 H, а в качестве метода азотирования используют ионное азотирование.

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для технологических процессов поверхностного упрочнения металлических поверхностей. Устройство содержит блок формирования коронного разряда и сопло с металлическим наконечником, имеющим отверстие для выхода озонированного воздуха, с муфтой, в которой установлен штуцер для подвода сжатого воздуха в сопло, и муфтой для подвода высоковольтного провода внутрь сопла, при этом блок формирования коронного разряда подключен к упомянутому наконечнику и посредством упомянутого высоковольтного провода подключен к электроду, установленному в сопле с возможностью образования коронного разряда между ним и упомянутым наконечником.

Изобретение относится к упрочнению ультрадисперсного твердого сплава. Ультрадисперсный твердый сплав сначала спекают при температуре 1400-1650 °С и охлаждают, затем проводят азотирование в вакуумной печи в среде азота при температуре 900-1200 °С и давлении 5 Па.

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, в медицине и деталей в других отраслях промышленности, работающих в условиях изнашивания. Способ низкотемпературного ионного азотирования изделий из титановых сплавов включает подачу в вакуумную камеру с упомянутыми изделиями плазмообразующей газовой смеси, содержащей азот и аргон.

Изобретение относится к области термо-химической обработки материалов. Способ плазменного азотирования оксида кремния в твердой фазе в контролируемой среде включает воздействие на упомянутый оксид кремния низкотемпературной азотной плазмой при атмосферном давлении в течение 7-10 секунд.

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструментов, изготовленных из стали. Способ ионного азотирования стального изделия в тлеющем разряде включает подачу в камеру для азотирования рабочей газовой смеси, нагрев стального изделия до температуры азотирования 500-540°С с выдержкой в течение 4-6 часов и одновременное генерирование в камере для азотирования скрещенных электрического и магнитного полей.

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к зубчатым передачам, и предназначено для обеспечения высокой износостойкости зубчатого зацепления, позволяет повысить долговечность зубчатых передач. Предлагается способ химико-термической обработки в плазме тлеющего разряда детали в виде зубчатого колеса, включающий загрузку зубчатых колес в вакуумную камеру, откачивание воздуха, проведение ионной очистки в газовой среде, напуск реакционного газа и ионное азотирование, отличающийся тем, что откачивание воздуха проводят до давления 10 Па, затем продувают вакуумную камеру аргоном в течение 2-5 мин при давлении 1330 Па, осуществляют последующее ее откачивание до давления 5-15 Па и проводят ионную очистку при напряжении 900-1000 В в течение 5-7 мин в газовой плазме инертного газа повышенной плотности в скрещенных электрическом и магнитном полях, после чего понижают напряжение до рабочего значения, откачивают аргон из вакуумной камеры, напускают рабочий газ и проводят ионное азотирование в плазме повышенной плотности в скрещенных электрическом и магнитном полях, затем охлаждают зубчатое колесо в вакууме с постоянной прокачкой аргона при давлении 10-15 Па в течение первых 15 минут.

Изобретение относится к ионно-плазменной технологии и может быть использовано для упрочнения режущего инструмента. Способ комбинированного упрочнения режущего инструмента включает заполнение газовой плазмой рабочей вакуумной камеры с установленным внутри нее режущим инструментом, нагрев и выдержку режущего инструмента в азотной плазме и синтез на его поверхности из плазмы износостойкого покрытия.
Изобретение относится к биомедицинскому материаловедению, а именно к созданию биодеградируемых сплавов на основе железа системы Fe-Mn-Si с эффектом памяти формы, которые предназначены для использования в качестве временных костных имплантатов в травматологии, ортопедии и челюстно-лицевой хирургии. Способ получения сплава включает пятикратный переплав исходных шихтовых материалов сплава Fe-30Mn-5Si, мас.%, проводимый при вакууме 10-3 Па, напряжении на дуге между нерасходуемым вольфрамовым электродом и кристаллизатором от 24 до 30 В и при силе тока от 2000 до 2200 А.
Наверх