RU2048606C1 - Steel pieces hardening method - Google Patents
Steel pieces hardening method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2048606C1 RU2048606C1 SU5031930A RU2048606C1 RU 2048606 C1 RU2048606 C1 RU 2048606C1 SU 5031930 A SU5031930 A SU 5031930A RU 2048606 C1 RU2048606 C1 RU 2048606C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- temperature
- steel
- density
- hardening
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к термической обработке поверхности конструкционных материалов и изделий из них высококонцентрированными потоками энергии. The invention relates to heat treatment of the surface of structural materials and products from them with highly concentrated energy flows.
Известен способ упрочнения стальных изделий, реализуемый в устройстве. Поверхность стального изделия нагревают до температуры аустенизации сильноточным импульсным пучком релятивистских электронов (E
Известен также способ упрочнения стальных изделий, который заключается в том, что поверхность изделия многократно нагревают до температуры закалки импульсами сильноточного электронного пучка с параметрами длительность импульса (0,5-3)˙10-6с; энергия электронов 10-50 кэВ; плотность энергии 2-5 Дж/см2, число импульсов 150-300; интервал между импульсами выбирается не менее значения τо=[N˙q/ ρ˙c(T1-To)]2/a, где N число импульсов; q плотность энергии пучка, Дж/см2; ρ, c, a соответственно плотность, кг/см3, удельная теплоемкость, Дж/кг˙К и коэффициент температуропроводности стали в см2/с; To исходная температура изделия. oC; T1 температура отпуска стали, оС.There is also known a method of hardening steel products, which consists in the fact that the surface of the product is repeatedly heated to the hardening temperature by pulses of a high-current electron beam with parameters of pulse duration (0.5-3) ˙ 10 -6 s; electron energy 10-50 keV; energy density 2-5 J / cm 2 , the number of pulses 150-300; the interval between pulses is chosen at least the value of τ about = [N˙q / ρ˙c (T 1 -T o )] 2 / a, where N is the number of pulses; q beam energy density, J / cm 2 ; ρ, c, a, respectively, density, kg / cm 3 , specific heat, J / kg ˙ K and thermal diffusivity of steel in cm 2 / s; T o the initial temperature of the product. o C; T 1 tempering temperature of steel, about C.
Недостатками этого способа являются: максимальные значения микротвердости упрочняемой поверхности изделий в зависимости от марки стали ≅1450 кг/мм2, что ограничивает возможности способа; износостойкость режущего инструмента, например сверл, обработанных способом прототипом, недостаточно высока; время обработки режущего инструмента довольно велико.The disadvantages of this method are: the maximum values of the microhardness of the hardened surface of the products, depending on the grade of steel ≅1450 kg / mm 2 , which limits the possibilities of the method; wear resistance of a cutting tool, for example, drills processed by the prototype method, is not high enough; the processing time of the cutting tool is quite long.
Целью изобретения является повышение микротвердости и износостойкости стальных изделий, а также сокращение времени их обработки. The aim of the invention is to increase the microhardness and wear resistance of steel products, as well as reducing the processing time.
Указанный технический эффект достигается тем, что в способе упрочнения стальных изделий, заключающемся в том, что поверхность изделия многократно нагревают до температуры закалки импульсами сильноточного электронного пучка с длительностью импульса (0,5-3)˙10-6 с, энергией электронов 10-50 кэВ, плотность энергии 2-5 Дж/см2 и интервалом между импульсами не менее значения τо= [N˙q/ ρ˙c˙(T1-To)]2/a, где N число импульсов; q плотность энергии пучка; ρ, c, a соответственно плотность, кг/см3, удельная теплоемкость, Дж/кг˙К и коэффициент температуропроводности стали, см2/с; To исходная температура изделия, оС. Т1 температура отпуска стали, оС, согласно изобретению предварительно на поверхность изделий наносят покрытие из нитридов тугоплавких металлов ионно-плазменным способом, а после обработки импульсами сильноточного электронного пучка изделие погружают в жидкую среду с температурой ≅120 К. В качестве покрытия из нитридов тугоплавких металлов использовали нитрид титана, нитрид циркония гафния или чередующиеся слои нитрида титана и нитрида циркония-гафния, нанесенные ионно-плазменным методом. Тепловой расчет и прямые измерения показывают, что при обработке быстрорежущей стали с покрытием из нитрида титана или из нитрида циркония-гафния импульсным электронным пучком с выбранными параметрами, температура поверхностного слоя несколько превышает температуру плавления стали (≈1450оС) и заметно превышает эвтектическую температуру систем железо-титан (1085оС) железо-цирконий-гафний (≈900оС). В результате тонкий слой стали, расположенный непосредственно под покрытием, расплавляется, нитрид титана (нитрид циркония-гафния) растворяется в жидкой фазе и поверхностный слой режущего инструмента обогащается титаном и азотом или цирконием, гафнием и азотом, или всеми названными элементами одновременно. Действительно, до обработки электронным пучком режущий инструмент имеет желтый цвет, характерный для нитридов. После обработки одним- двумя импульсами этот цвет еще сохраняется, но с ростом числа импульсов он практически исчезает, и инструмент приобретает цвет, присущий стальному изделий. Рентгеноструктурный анализ, проведенный на модельных образцах, показал, что если до обработки импульсным электронным пучком на рентгенограмме быстрорежущей стали с покрытием видны линии нитрида титана или нитрида циркония-гафния, то после обработки 10 импульсами эти линии практически исчезают. Насыщение поверхностного слоя стальных изделий титаном и особенно азотом или цирконием, гафнием и азотом существенно повышает микротвордость и износостойкость режущего инструмента (табл. 1-3).The specified technical effect is achieved by the fact that in the method of hardening steel products, which consists in the fact that the surface of the product is repeatedly heated to the hardening temperature by pulses of a high-current electron beam with a pulse duration of (0.5-3) ˙ 10 -6 s, electron energy 10-50 keV, the energy density of 2-5 J / cm 2 and the interval between pulses is not less than τ о = [N˙q / ρ˙c˙ (T 1 -T o )] 2 / a, where N is the number of pulses; q beam energy density; ρ, c, a, respectively, density, kg / cm 3 , specific heat, J / kg˙K and thermal diffusivity of steel, cm 2 / s; T o initial product temperature, o C. T 1 steel tempering temperature, o C, according to the invention, the surface of the products is preliminarily coated with refractory metal nitrides by the ion-plasma method, and after processing by pulses of a high-current electron beam, the product is immersed in a liquid medium with temperature 120 K. Titanium nitride, hafnium zirconium nitride or alternating layers of titanium nitride and zirconium-hafnium nitride deposited by the ion-plasma method were used as a coating of refractory metal nitrides. Thermal calculation and direct measurements show that when machining high-speed steel coated with titanium nitride or zirconium-hafnium nitride with a pulsed electron beam with the selected parameters, the temperature of the surface layer slightly exceeds the melting temperature of steel (≈1450 о С) and significantly exceeds the eutectic temperature of the systems iron-titanium (1085 о С) iron-zirconium-hafnium (≈900 о С). As a result, a thin layer of steel located directly under the coating melts, titanium nitride (zirconium-hafnium nitride) dissolves in the liquid phase, and the surface layer of the cutting tool is enriched with titanium and nitrogen or zirconium, hafnium and nitrogen, or all of the above elements simultaneously. Indeed, before processing with an electron beam, the cutting tool has a yellow color, characteristic of nitrides. After processing with one or two pulses, this color is still preserved, but with an increase in the number of pulses, it practically disappears, and the tool acquires the color inherent in steel products. X-ray diffraction analysis performed on model samples showed that, before treatment with a pulsed electron beam, lines of titanium nitride or zirconium-hafnium nitride are visible on the X-ray diffraction pattern of the coated high-speed steel, then after processing with 10 pulses these lines practically disappear. Saturation of the surface layer of steel products with titanium and especially nitrogen or zirconium, hafnium and nitrogen significantly increases the microhardness and wear resistance of the cutting tool (table. 1-3).
Наносимое покрытие из нитридов тугоплавких металлов должно быть тонким, так как только в этом случае оно успевает раствориться в расплаве быстрорежущей стали, образующемся при воздействии сильноточного электронного пучка с выбранными параметрами. Поэтому покрытие наносят ионно-плазменным методом. При этом покрытие выполняют в виде одного слоя или многих слоев, а каждый из слоев является однофазным или многофазным. Другим фактором, определяющим повышение микротвердости поверхностного слоя и стойкости режущего инструмента, является воздействие на материал биполярной волны напряжений, которая распространяется от облученной поверхности вглубь изделия. Источник возбуждения волны напряжений эффект термоупругости, вызванный быстрым расширением поверхностного слоя, разогретого до высоких температур при облучении сильноточным электронным пучком. The applied coating of refractory metal nitrides should be thin, since only in this case it has time to dissolve in the melt of high-speed steel formed when a high-current electron beam with selected parameters is exposed. Therefore, the coating is applied by the ion-plasma method. In this case, the coating is performed in the form of one layer or many layers, and each of the layers is single-phase or multiphase. Another factor determining the increase in the microhardness of the surface layer and the resistance of the cutting tool is the effect on the material of the bipolar stress wave, which propagates from the irradiated surface into the interior of the product. The source of excitation of the stress wave is the effect of thermoelasticity caused by the rapid expansion of the surface layer heated to high temperatures when irradiated with a high-current electron beam.
Основная особенность биполярной волны напряжений заключается в том, что она состоит из импульсов сжатия и разрежения и представляет собой знакопеременную нагрузку. При воздействии такой волны на материал в течение очень короткого времени (10-7 с) происходит смена сжимающих и растягивающих напряжений, максимальные значения которых превышают динамический предел текучести. В результате в обрабатываемом материале развивается интенсивный деформационный процесс, который приводит к повышению плотности дефектов и динамическому старению. Многократное нагружение поверхностных слоев волной напряжения при увеличении числа импульсов, не влияет существенно на процесс динамического старения, обеспечивает эффект накопления дефектов и соответственно рост степени упрочнения зоны (повышение микротвердости). Следующим фактором, определяющим упрочнение поверхностной зоны, являются фазовые превращения, которые происходят при нагреве зоны до температуры закалки и ее резком охлаждении при закалке. Поскольку время воздействия сильноточного электронного пучка очень мало, фазовые превращения являются неравновесными. Рентгеноструктурные исследования показали, что по мере увеличения числа циклов в тонком поверхностном слое растет объемное содержание остаточного аустенита. После 50 циклов оно равно примерно 7% а после 300 циклов близко к 50% Таким образом, обработка стальных изделий сильноточными электронными пучками приводит к формированию в поверхностной зоне сложного структурно-фазового состояния в области границ зерен, межфазных границ и отдельных дефектов.The main feature of the bipolar stress wave is that it consists of compression and rarefaction pulses and is an alternating load. When such a wave acts on the material for a very short time (10 -7 s), a change in compressive and tensile stresses occurs, the maximum values of which exceed the dynamic yield strength. As a result, an intense deformation process develops in the processed material, which leads to an increase in the density of defects and dynamic aging. Multiple loading of surface layers by a voltage wave with an increase in the number of pulses does not significantly affect the dynamic aging process, provides the effect of accumulation of defects and, accordingly, an increase in the degree of zone hardening (increase in microhardness). The next factor determining the hardening of the surface zone is the phase transformations that occur when the zone is heated to the temperature of quenching and its sharp cooling during quenching. Since the exposure time of a high-current electron beam is very short, phase transformations are nonequilibrium. X-ray structural studies showed that as the number of cycles in a thin surface layer increases, the volume content of residual austenite increases. After 50 cycles, it is approximately 7% and after 300 cycles close to 50%. Thus, the processing of steel products by high-current electron beams leads to the formation of a complex structural-phase state in the surface zone in the region of grain boundaries, interphase boundaries, and individual defects.
Дополнительная обработка холодом, например погружением в жидкий азот (Т= 77 К), приводит к превращению остаточного аустенита в мартеноит. Рентгеноструктурные исследования показали, что объемное содержание остаточного аустенита в поверхностном слое уменьшается примерно на 30-40% Одновременно обработка холодом создает остаточные напряжения в поверхностной зоне и, таким образом, изменяет квазистатическое поле напряжений, особенно в слоях, близких к поверхности. В результате микротвердость поверхностного слоя и стойкость режущего инструмента повышаются (табл. 1-3). Additional cold treatment, for example, immersion in liquid nitrogen (T = 77 K), leads to the conversion of residual austenite to martenoite. X-ray diffraction studies showed that the volumetric content of residual austenite in the surface layer decreases by about 30-40%. At the same time, cold treatment creates residual stresses in the surface zone and, thus, changes the quasistatic stress field, especially in layers close to the surface. As a result, the microhardness of the surface layer and the resistance of the cutting tool increase (table. 1-3).
Обработку холодом можно проводить непосредственно от температуры нагрева поверхностной зоны импульсами сильноточного электронного пучка, но предпочтительней провести ее после электронно-лучевой обработки и охлаждения образца или инструмента до комнатной температуры. Cold treatment can be carried out directly from the temperature of heating the surface zone by pulses of a high-current electron beam, but it is preferable to carry it out after electron-beam processing and cooling the sample or instrument to room temperature.
Рабочая температура среды, используемая для охлаждения (Т≅120К), выбрана на основании анализа данных по температурам кипения и замерзания наиболее употребительных сред: кислород 90 К, азот 77 К, водород 20 К, гелий 4 К, аргон 87 К, триэтоксилан 103 К, неон 27 К, криптон 120 К. Наиболее употребительным и дешевым их этих сред является сжиженный азот, поэтому в экспериментах использовали азот. The operating temperature of the medium used for cooling (Т≅120К) was selected based on the analysis of data on the boiling and freezing temperatures of the most common fluids: oxygen 90 K, nitrogen 77 K, hydrogen 20 K, helium 4 K, argon 87 K, triethoxylan 103 K , neon 27 K, krypton 120 K. The most common and cheapest of these media is liquefied nitrogen, so nitrogen was used in the experiments.
Таким образом, обработка ионно-плазменных покрытий из нитридов тугоплавких металлов импульсами сильноточного электронного пучка в соответствии с прототипом приводит за счет многократного кратковременного поверхностного слоя до высоких температур к растворению покрытия в расплаве, образующемся на поверхности, и соответственно легированию поверхностного слоя режущего инструмента (сверл) и модельных образцов титаном и азотом или цирконием, гафнием и азотом. В результате такого жидкофазного легирования повышается микротвердость поверхностного слоя (табл. 1) и, соответственно, стойкость режущего инструмента (табл. 2, 3). Помимо этого поверхностный слой упрочняется за счет прохождения биполярной волны напряжений и обработки холодом в жидкой среде с температурой, не превышающей 120 К. Повышение стойкости режущего инструмента достигается при осуществлении меньшем, чем в прототипе, числе импульсов (N= 5-10). При дальнейшем увеличении числа импульсов, вплоть до указанных в прототипе, качество инструмента практически не меняется, т. е. стойкость инструмента изменяется в пределах разброса (табл. 3). Существенное снижение числа импульсов сильноточного электронного пучка сокращает время обработки режущего инструмента по сравнению с прототипом. Thus, the processing of ion-plasma coatings of refractory metal nitrides by pulses of a high-current electron beam in accordance with the prototype leads, due to the multiple short-term surface layer to high temperatures, to dissolve the coating in the melt formed on the surface and, accordingly, alloy the surface layer of the cutting tool (drills) and model samples with titanium and nitrogen or zirconium, hafnium and nitrogen. As a result of such liquid-phase alloying, the microhardness of the surface layer increases (Table 1) and, accordingly, the resistance of the cutting tool (Table 2, 3). In addition, the surface layer is hardened due to the passage of a bipolar wave of stresses and cold treatment in a liquid medium with a temperature not exceeding 120 K. An increase in the resistance of the cutting tool is achieved when the number of pulses is lower than in the prototype (N = 5-10). With a further increase in the number of pulses, up to those indicated in the prototype, the quality of the tool remains practically unchanged, that is, the tool life changes within the range (table. 3). A significant reduction in the number of pulses of a high-current electron beam reduces the processing time of the cutting tool compared to the prototype.
П р и м е р 1. Стойкость режущего инструмента проверяли на сверлах диаметром 6,8 мм, длиной 120 мм, изготовленных из стали Р6М5. Исследование фазового состава и измерение микротвердости в зоне воздействия пучка проводили на плоских образцах из стали Р6М5 диаметром 20 мм и толщиной 10 мм, прошедших стандартную для режущих инструментов термообработку (закалку и трехкратный отпуск). На часть плоских образцов и сверл наносили покрытие нитрида титана ионно-плазменным методом на установке ННВ 6.6-И1. Предварительно поверхность плоских образов и сверл подвергали химической очистке. Затем образцы и сверла устанавливали в камеру ионно-плазменной установки, производили ионную очистку, нагрев и осаждение износостойкого материала. Режим нанесения покрытия из нитрида титана: ток дуги 100А, ускоряющее напряжение 200 В, давление рабочего газа (азота) 3˙10-3 мм рт. ст. Толщина покрытия составляла при этом 3-4 мкм.PRI me R 1. The resistance of the cutting tool was tested on drills with a diameter of 6.8 mm, a length of 120 mm, made of steel P6M5. A study of the phase composition and microhardness measurement in the beam impact zone was carried out on flat specimens of P6M5 steel with a diameter of 20 mm and a thickness of 10 mm that underwent heat treatment that was standard for cutting tools (quenching and triple tempering). A part of flat samples and drills was coated with titanium nitride by the ion-plasma method on the NVN 6.6-I1 installation. Previously, the surface of flat images and drills was subjected to chemical cleaning. Then the samples and drills were installed in the chamber of the ion-plasma installation, ion cleaning, heating and deposition of wear-resistant material were performed. The mode of coating of titanium nitride: arc current 100A, accelerating voltage 200 V, working gas (nitrogen) pressure 3˙10 -3 mm RT. Art. The coating thickness was 3-4 microns.
После нанесения покрытия из нитрида титана сверла помещали в камеру импульсной электронно-лучевой установки "Расплав" (разработчик институт сильноточной электроники СО РАН), на их поверхность дополнительно обрабатывали импульсным сильноточным электронным пучком со средней энергией электронов eU= 15 кэВ, длительность импульса tu=0,7 мкс, плотностью энергии в пучке W= 2,5 Дж/см2. Интервал между импульсами составлял 10, число импульсов N меняли от 1 до 200. Отдельно обрабатывали электронным пучком в том же режиме плоские образцы с покрытием из нитрида титана. Обработку холодом проводили быстрым погружением образцов и сверл в среду жидкого азота до приобретения ими температуры охлаждающей среды. После извлечения инструмента и образцов из сосуда с азотом их высушивали на воздухе. Для сравнения часть сверл в состоянии поставки и часть образцов без покрытия обрабатывали только импульсным сильноточным электронным пучком по указанному режиму.After coating with titanium nitride, the drills were placed in the chamber of a pulsed electron-beam installation "Rasplav" (developed by the Institute of High Current Electronics SB RAS), they were additionally treated with a high-current pulsed electron beam with an average electron energy eU = 15 keV, pulse duration tu = 0 , 7 μs, the energy density in the beam W = 2.5 J / cm 2 . The interval between pulses was 10, the number of pulses N was varied from 1 to 200. Flat samples coated with titanium nitride were separately treated with an electron beam in the same mode. Cold treatment was carried out by rapid immersion of samples and drills in a liquid nitrogen medium until they acquired a temperature of a cooling medium. After removing the instrument and samples from the vessel with nitrogen, they were dried in air. For comparison, part of the drills in the delivery state and part of the uncoated samples were treated only with a pulsed high-current electron beam in the specified mode.
Испытания сверл на стойкость проводили на сверлильном станке мод. 2Н125. Механической обработке подвергали нержавеющую сталь 12Х18Н10Т в следующем режиме: скорость резания 10 м/мин, подача 0,1 мм/об, глубина сверления 12 мм, охлаждение 5% водный раствор эмульсола ЭТ-2. За критерий износостойкости сверл принимали время их работы в минутах, за которое износ по задней поверхности режущей кромки достигал 0,8 мм. Плоские образцы после обработки импульсным сильноточным электронным пучком вынимали из камеры и разрезали в направлении, перпендикулярном облученной поверхности. После шлифования измеряли микротвердость непосредственно на облученной поверхности и на различных расстояниях от нее с помощью прибора ПМТ-3 при нагрузке 50 г. Tests of drills for resistance were carried out on a drilling machine mod. 2H125. Stainless steel 12X18H10T was machined in the following mode: cutting speed 10 m / min, feed 0.1 mm / rev, drilling depth 12 mm, cooling 5% aqueous solution of emulsol ET-2. As a criterion for the wear resistance of the drills, they took the time of work in minutes, during which the wear along the rear surface of the cutting edge reached 0.8 mm. Plane samples after treatment with a pulsed high-current electron beam were removed from the chamber and cut in the direction perpendicular to the irradiated surface. After grinding, microhardness was measured directly on the irradiated surface and at various distances from it using the PMT-3 device at a load of 50 g.
Результаты измерений микротвердости поверхностного слоя образцов из стали Р6М5, обработанных по способу-прототипу при N=200 и по заявляемому способу при том же числе импульсов, представлены в табл. 1. The microhardness measurements of the surface layer of samples of steel P6M5, processed by the prototype method at N = 200 and by the present method with the same number of pulses, are presented in table. 1.
Из табл. 1 видно, что обработка образцов стали Р6М5 с покрытием из TiN по заявляемому способу позволяет увеличить микротвердость поверхностного слоя в ≈1,2 раза. From the table. 1 it can be seen that the processing of samples of steel P6M5 coated with TiN by the present method allows to increase the microhardness of the surface layer by ≈1.2 times.
Результаты испытаний на стойкость сверл с покрытием из TiN, обработанных по способу-прототипу и по заявляемому способу при N=200, показаны в табл. 2. The test results for the resistance of drills coated with TiN, processed by the prototype method and by the present method at N = 200, are shown in table. 2.
Из табл. 2 видно, что обработка сверл с покрытием из TiN по заявляемому способу позволяет увеличить их стойкость в ≈1,8 раза по сравнению с прототипом. Влияние числа импульсов сильноточного электронного пучка на стойкость сверл с покрытием из TiN, обработанных по предлагаемому способу, показано в табл. 3. From the table. 2 shows that the processing of drills coated with TiN by the present method allows to increase their resistance by ≈1.8 times in comparison with the prototype. The effect of the number of pulses of a high-current electron beam on the resistance of drills coated with TiN, processed by the proposed method, is shown in table. 3.
Обработка по заявляемому способу позволяет сократить число импульсов до N=10-50, так как дальнейшее увеличение этого числа практически не приводит к росту стойкости сверл. Processing by the present method allows to reduce the number of pulses to N = 10-50, since a further increase in this number practically does not lead to an increase in drill resistance.
П р и м е р 2. На другую часть плоских образцов и сверл из стали Р6М5, имеющих ту же геометрию и прошедших ту же предварительную обработку, что и в примере 1, наносили ионно-плазменное покрытие из нитрида циркония-гафния (80 об. Zr и 20 об. Hf) в режиме: ток дуги 80 А, ускоряющее напряжение 80 В, давление рабочего газа 3˙10-3 мм рт. ст. Толщина покрытия при этом составляла 3-4 мкм. После нанесения покрытия из нитрида циркония-гафния плоские образцы и сверла обрабатывали импульсным электронным пучком в указанном режиме и холодом погружением в жидкий азот, а затем проводили измерения микротвердости и стойкости по методике, описанной в примере 1. Результаты измерений микротвердости представлены в табл. 1. Видно, что микротвердость поверхностного слоя образцов, обработанных заявляемым способом, возросла в ≈1,3 раза по сравнению с прототипом. В свою очередь, стойкость сверл с таким же покрытием после обработки заявляемым способом увеличилась в ≈2 раза по сравнению с прототипом (табл. 2).Example 2. On another part of flat samples and drills made of P6M5 steel, having the same geometry and undergoing the same pretreatment as in Example 1, an ion-plasma coating of zirconium-hafnium nitride was applied (80 vol. Zr and 20 vol. Hf) in the mode: arc current 80 A, accelerating voltage 80 V, working gas pressure 3˙10 -3 mm RT. Art. The coating thickness was 3-4 μm. After applying a coating of zirconium-hafnium nitride, flat samples and drills were treated with a pulsed electron beam in the specified mode and cold immersed in liquid nitrogen, and then microhardness and resistance were measured according to the procedure described in example 1. The microhardness measurements are presented in table. 1. It is seen that the microhardness of the surface layer of the samples processed by the claimed method increased by ≈1.3 times compared with the prototype. In turn, the resistance of drills with the same coating after processing by the claimed method increased by ≈2 times compared with the prototype (table. 2).
Таким образом, применение изобретения позволяет существенно увеличить эффективность импульсной электронно-лучевой обработки стальных изделий по сравнению с прототипом. Thus, the application of the invention can significantly increase the efficiency of pulsed electron-beam processing of steel products in comparison with the prototype.
Claims (1)
τo = [N·q/ρ·C(T1-To)]2/a ,
где N число импульсов;
q плотность энергии пучка, Дж/см2;
ρ плотность, кг/см3;
C удельная теплоемкость, Дж/(кг · К),
a коэффициент температуропроводности стали, см2/с;
T0 исходная температура изделия, oС>;
T1 температура отпуска стали, oС,
отличающийся тем, что предварительно на поверхность изделий наносят покрытие из нитридов тугоплавких металлов ионно-плазменным способом, а после обработки импульсами сильноточного электронного пучка изделие погружают в жидкую среду с температурой T ≅ 120 К.METHOD OF STRENGTHENING OF STEEL PRODUCTS, which consists in the fact that the surface of the product is repeatedly heated to the hardening temperature by pulses of a high-current electron beam with a pulse duration of (0.5 3) · 10 - 6 s, electron energy 10 50 keV, energy density 2 5 J / cm 2 and the interval τ o between pulses is not less than the value
τ o = [N · q / ρ · C (T 1 -T o )] 2 / a,
where N is the number of pulses;
q beam energy density, J / cm 2 ;
ρ density, kg / cm 3 ;
C specific heat, J / (kg · K),
a coefficient of thermal diffusivity of steel, cm 2 / s;
T 0 the initial temperature of the product, o C>;
T 1 tempering temperature of steel, o C,
characterized in that the surface of the products is first coated with refractory metal nitrides by the ion-plasma method, and after processing by pulses of a high-current electron beam, the product is immersed in a liquid medium with a temperature T ≅ 120 K.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5031930 RU2048606C1 (en) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Steel pieces hardening method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5031930 RU2048606C1 (en) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Steel pieces hardening method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2048606C1 true RU2048606C1 (en) | 1995-11-20 |
Family
ID=21599160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5031930 RU2048606C1 (en) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | Steel pieces hardening method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2048606C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584366C1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for pulse electron-ion-plasma hardening of hard-alloy tool or item |
-
1992
- 1992-03-12 RU SU5031930 patent/RU2048606C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1682403, кл. C 21D 1/09, 1991. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584366C1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for pulse electron-ion-plasma hardening of hard-alloy tool or item |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ozur et al. | Production and application of low-energy, high-current electron beams | |
| US4645895A (en) | Method and apparatus for surface-treating workpieces | |
| Remnev et al. | High intensity pulsed ion beam sources and their industrial applications | |
| Pogrebnjak et al. | Effect of Fe and Zr ion implantation and high-current electron irradiation treatment on chemical and mechanical properties of Ti–V–Al Alloy | |
| Belkin et al. | Plasma electrolytic hardening of steels | |
| Yilbas et al. | CO2 laser gas assisted nitriding of Ti–6Al–4V alloy | |
| Bryukhovetsky et al. | The features of the structural state and phase composition of the surface layer of aluminum alloy Al-Mg-Cu-Zn-Zr irradiated by the high current electron beam | |
| Senthilselvan et al. | High power diode laser nitriding of titanium in nitrogen gas filled simple acrylic box container: Microstructure, phase formation, hardness, dendrite and martensite solidification analyses | |
| Tayal et al. | Localized boriding of low-carbon steel using a Nd: YAG laser | |
| RU2048606C1 (en) | Steel pieces hardening method | |
| Özbek et al. | Surface properties of M2 steel treated by pulse plasma technique | |
| Uglov et al. | Surface alloying of metals using a quasi-stationary plasma accelerator | |
| RU2009272C1 (en) | Method for hardening steel products | |
| Jasim et al. | Pulsed laser sealing of plasma-sprayed layers of 8 wt% yttria stabilized zirconia | |
| Kobayashi | Surface nitridation of titanium metal by means of a gas tunnel type plasma jet | |
| Tehniat et al. | Surface morphology correlated with sputtering yield measurements of laser-ablated iron | |
| Jumbad et al. | Application of electrolytic plasma process in surface improvement of metals: a review | |
| Misumi et al. | Fundamental study on sputter deposition of ceramic film by large-area electron beam irradiation | |
| Grigoriev | Study of cutting properties and wear pattern of carbide tools with comprehensive chemical-thermal treatment and nano-structured/gradient wear-resistant coatings | |
| Selvan et al. | Hardness, microstructure and surface characterization of laser gas nitrided commercially pure titanium using high power CO 2 laser | |
| Wu et al. | Preparation of molybdenum nitrides by laser-promoted nitridation reaction | |
| Xue et al. | Laser gas nitriding of Ti-6AI-4V alloy | |
| Blesman et al. | Thermal stresses computation under high–current pulsed radiation of AISI M2 tool steel | |
| Fedorov et al. | Refractory phases synthesis at the surface microalloying using a wide aperture electron beam | |
| Persson et al. | Influence of surface engineering on the performance of tool steels for die casting |