RU2186872C2 - Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна - Google Patents

Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна Download PDF

Info

Publication number
RU2186872C2
RU2186872C2 RU2000109734/02A RU2000109734A RU2186872C2 RU 2186872 C2 RU2186872 C2 RU 2186872C2 RU 2000109734/02 A RU2000109734/02 A RU 2000109734/02A RU 2000109734 A RU2000109734 A RU 2000109734A RU 2186872 C2 RU2186872 C2 RU 2186872C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron beam
iron
steel
heating
vacuum
Prior art date
Application number
RU2000109734/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000109734A (ru
Inventor
А.П. Семенов
И.Г. Сизов
гина Н.Н. Смирн
Н.Н. Смирнягина
Н.В. Коробков
Б.И. Целовальников
А.Г. Ванданов
Original Assignee
Бурятский научный центр СО РАН
Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бурятский научный центр СО РАН, Восточно-Сибирский государственный технологический университет filed Critical Бурятский научный центр СО РАН
Priority to RU2000109734/02A priority Critical patent/RU2186872C2/ru
Publication of RU2000109734A publication Critical patent/RU2000109734A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2186872C2 publication Critical patent/RU2186872C2/ru

Links

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистых сталей и чугуна. Технический результат изобретения заключается в увеличении глубины и равномерности борированного слоя. Способ включает нанесение на поверхность металла обмазки из боросодержащего вещества и связующего с последующей обработкой электронным пучком в вакууме в течение 4-5 мин при плотности мощности 2,0-2,5 кВт/см2.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистых сталей и чугунов.
Известен способ борирования из обмазок с применением печного нагрева. На поверхность наносят обмазку состава 80% В4С и 20% Na3AlF6, затем производится нагрев в печи при 800-1050oС в течение 2-4 ч. В результате образуются слои толщиной 30-250 мкм состава FеВ+Fе2В+борированный феррит (см. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. // Справочник, под ред. Ляховича Л.С. М.: Металлургия, 1981, 424с.).
Недостатком данного способа является большая продолжительность процесса.
Известен способ борирования из обмазок с применением лазерного нагрева. На поверхность наносят обмазку, состоящую из порошка аморфного бора и клея БФ-2 с добавкой ацетона. Затем проводят обработку лазером по режимам: мощность излучения Р= 1-3 кВт, скорость перемещения образца под лучом v=1,5-13,75 мм/с, диаметр пятна обработки dn=2-6 мм. В результате обработки на поверхности образуются слои толщиной 100-300 мкм состава FеВ+Fе2В+Fе3В (см. Сафонов А.Н. Особенности борирования железа и сталей с помощью непрерывного CO2-лазера. // МиТОМ, 1998, 1, С.5-9).
Недостатком данного способа является, то что поверхность при этом имеет крайне неровный рельеф, а борированные зоны напоминают кратеры.
Ближайшим аналогом изобретения является способ электроннолучевого борирования сплавов на основе железа (к ним относится сталь и чугун), включающий нанесение на обрабатываемую поверхность обмазки из боросодержащего вещества (В4С)и связующего с последующим нагревом электронным пучком в вакууме (Полетика И.М. и др. Твердость и износостойкость стали после облучения пучком релятивистких электронов. Металловедение и термическая обработка металлов, Москва, Машиностроение, 1996, 12, с.16-17).
Технический результат изобретения - увеличение глубины и равномерности борированного слоя.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе борирования стали и чугуна, включающем нанесение на поверхность металла обмазки из боросодержащего вещества и связующего с последующим нагревом электронным пучком в вакууме, согласно изобретению нагрев осуществляют в течение 4-5 мин при плотности мощности 2,0-2,5 кВт/см2.
Осуществление нагрева электронным пучком в вакууме обеспечивает быстрое безынерционное достижение предельно высоких температур и легкость регулирования нагрева в широком диапазоне температур. Экспериментально было обнаружено, что при электроннолучевом борировании на поверхности металла образуются ярко выраженные слои толщиной 350-360 мкм (обмазка на основе аморфного бора) и 100-110 мкм (обмазка на основе карбида бора). В обоих случаях была видна четкая граница между слоем и основным металлом. Переходная зона не наблюдалась. По сравнению с основным металлом слои имели более низкую скорость травления, что свидетельствует об их высокой коррозионной стойкости.
Боридные слои, сформированные при нагреве электронным пучком в вакууме, отличаются по структуре и толщине от слоев, полученных известными способами. Глубина боридного слоя увеличивается при его равномерной толщине благодаря наличию существенного признака в изобретении, а именно осуществлению нагрева электронным пучком в вакууме.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".
В ходе экспериментальных исследований были установлены оптимальные режимы обработки электронным пучком в вакууме стали и чугуна: время обработки - 4-5 мин, плотность мощности электронного пучка - 2,0-2,5 кВт/см2. При времени обработки упрочняющих поверхностей металла электронным пучком более 5 мин и плотности мощности более 2,5 кВт/см2 наблюдалось оплавление поверхности. При обработке менее 4 мин и плотности мощности менее 2,0 кВт/см2 резко уменьшается толщина боридного слоя, что снижает износостойкость и коррозионную стойкость стали и чугуна, что в конечном итоге ведет к уменьшению срока службы и снижению надежности различных деталей машин и инструментов.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
На поверхность металла наносят обмазку, состоящую из боросодержащего вещества и связующего. После этого производят нагрев с помощью пучка в течение 4-5 мин при плотности мощности 2,0-2,5 кВт/см2.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. На цилиндрический образец диаметром 15 и высотой 7 мм, изготовленный из стали марки 20, наносят обмазку толщиной 1мм. В состав обмазки входят (в соотношении 1:1 по объему) аморфный бор (с массовой долей основного компонента не менее 95%) и органическое связующее (раствор клея БФ-6 в ацетоне в соотношении 1:10). Затем производят нагрев образцов с помощью электронного пучка в вакууме в течение 4 мин при плотности мощности 2,0 кВт/см2. Нагрев производили на электровакуумной энергоустановке, содержащей аксиальную электронную пушку ЭПА-60-04.2 с блоком управления электронным пучком БУЭЛ и высоковольтный выпрямитель В-ТПЕ-2-30к-2УХЛ4. Давление в вакуумной камере составляет 2•10-3 Па. В результате электроннолучевой обработки на поверхности образца образуются боридные слои толщиной 280-290 мкм. Фазовый состав боридных слоев: феррит -α-Fe, цементит - Fе3С, борид железа - Fe2B.
Пример 2. На поверхность образца, изготовленного из стали марки 45, наносят обмазку толщиной 1 мм (в соотношении 1:1 по объему) из аморфного бора и связующего (раствор клея БФ-6 в ацетоне в соотношении 1:10). Затем производят нагрев образцов с помощью электронного пучка в вакууме в течение 5 мин при плотности мощности 2,5 кВт/см2. Давление в вакуумной камере составляет 2•10-3 Па. В результате электроннолучевой обработки на поверхности образца образуются боридные слои толщиной 350-360 мкм. Фазовый состав боридных слоев: феррит -α-Fe, цементит - Fе3С, бориды железа - Fe2B, FeB.
Пример 3. На поверхность образца, изготовленного из стали марки У8А, наносят обмазку толщиной 1 мм (в соотношении 1:1 по объему) из аморфного бора и связующего (раствор клея БФ-6 в ацетоне в соотношении 1:10). Затем осуществляют нагрев электронным пучком в вакууме в течение 5 мин при плотности мощности 2,5 кВт/см2. Давление в вакуумной камере составляет 2•10-3 Па. В результате электроннолучевой обработки на поверхности образца образуются боридные слои толщиной 310-320 мкм. Фазовый состав боридных слоев: феррит -α-Fe, цементит - Fе3С, бориды железа - FeB и Fe2B.
Пример 4. На поверхность образца, изготовленного из чугуна марки СЧ 20, наносят обмазку толщиной 1мм (в соотношении 1:1 по объему) из аморфного бора и связующего (раствор клея БФ-6 в ацетоне в соотношении 1:10). Затем осуществляют нагрев электронным пучком в вакууме в течение 5 мин при плотности мощности 2,5 кВт/см2. Давление в вакуумной камере составляет 2•10-3 Па. В результате электроннолучевой обработки на поверхности образца образуются боридные слои толщиной 250-290 мкм. Фазовый состав боридных слоев: феррит -α-Fe, графит - С, цементит - Fе3С, борид железа - Fe2B.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".
Предлагаемое изобретение по сравнению с известными способами борирования имеет следующие преимущества:
1) увеличение глубины и равномерности боридного слоя;
2) высокий коэффициент поглощения электронного пучка металлом, позволяющий эффективно обрабатывать поверхность без поглощающих покрытий;
3) простота организации скоростного сканирования электронным пучком обрабатываемой поверхности;
4) обработка в условиях вакуума;
5) сокращение в 10-20 раз времени формирования боридного слоя по сравнению с аналогом.

Claims (1)

  1. Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна, включающий нанесение на обрабатываемую поверхность обмазки из боросодержащего вещества и связующего с последующим нагревом электронным пучком в вакууме, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в течение 4-5 мин при плотности мощности 2,0-2,5 кВт/см2.
RU2000109734/02A 2000-04-17 2000-04-17 Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна RU2186872C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000109734/02A RU2186872C2 (ru) 2000-04-17 2000-04-17 Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000109734/02A RU2186872C2 (ru) 2000-04-17 2000-04-17 Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000109734A RU2000109734A (ru) 2001-12-27
RU2186872C2 true RU2186872C2 (ru) 2002-08-10

Family

ID=20233517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000109734/02A RU2186872C2 (ru) 2000-04-17 2000-04-17 Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2186872C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778544C1 (ru) * 2022-02-15 2022-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Способ бороалитирования углеродистой стали

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОЛЕТИКА И.М. и др. Твердость и износостойкость стали после облучения пучком релятивистких электронов. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Машиностроение, 1996, №12, с.16 и 17. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778544C1 (ru) * 2022-02-15 2022-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Способ бороалитирования углеродистой стали
RU2786263C1 (ru) * 2022-03-24 2022-12-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Способ лазерного легирования инструментальной стали порошками карбида бора и алюминия
RU2793652C1 (ru) * 2022-04-07 2023-04-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Способ бороалитирования инструментальной стали комбинированным методом
RU2784536C1 (ru) * 2022-06-08 2022-11-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук Способ борирования поверхности углеродистой стали

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2445378C2 (ru) Способ получения износостойкой поверхности металлов и их сплавов (варианты)
Rej et al. Surface modification of AISI-4620 steel with intense pulsed ion beams
Mishigdorzhiyn et al. The influence of boroaluminizing temperature on microstructure and wear resistance in low-carbon steels
Liu et al. Surface strengthening technology for mechanical parts
CN108315531A (zh) 一种深层高硬度复合表面淬火强化方法
RU2186872C2 (ru) Способ электроннолучевого борирования стали и чугуна
Hlushkova et al. Peculiarities of the formation of a hardened layer during laser borinizing of piston rings
Zou et al. Oxidation protection of AISI H13 steel by high current pulsed electron beam treatment
Abd Ali et al. Effect of fibre laser surface treatment on wear resistance of gray cast iron ASTM A48
Tayal et al. Selective area carburizing of low carbon steel using an Nd: YAG laser
Rathod et al. Laser surface hardening of ductile irons
Mikhalev et al. Structure, morphology, and elemental-phase composition of j02002 steel as a result of electrolytic-plasma processing
Plyatsuk et al. Ecologically safe process for sulfo-aluminizing steel parts
Balanovsky et al. Plasma carburizing with surface micro-melting
JPS59179776A (ja) レ−ザ−による純鉄・低炭素鋼の浸炭焼入れ表面硬化方法
Sun et al. Nitridation of iron by CW-CO2 laser nitriding technologies
RU2210617C1 (ru) Способ комбинированного борирования углеродистой стали
Ferriere et al. Surface hardening of steel using highly concentrated solar energy process
Marinin et al. Increasing the intensity of cementation process of tool low-alloy steels by surface laser treatment
US20070116889A1 (en) Laser treatment of metal
Marinin et al. Experimental evaluation of the methods of laser cementation of low-alloy tool steels
Xie et al. A study on an energy-saving and high-efficient pack boriding technology for tool and die steels
RU2784536C1 (ru) Способ борирования поверхности углеродистой стали
Zenker Electron beam surface modification state of the art
Marinin et al. The laser-plasma cementation as a method of increasing the abrasive resistance of medium-alloy tool steels

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060418