RU2210617C1 - Способ комбинированного борирования углеродистой стали - Google Patents
Способ комбинированного борирования углеродистой стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210617C1 RU2210617C1 RU2001132103/02A RU2001132103A RU2210617C1 RU 2210617 C1 RU2210617 C1 RU 2210617C1 RU 2001132103/02 A RU2001132103/02 A RU 2001132103/02A RU 2001132103 A RU2001132103 A RU 2001132103A RU 2210617 C1 RU2210617 C1 RU 2210617C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron beam
- carbon steel
- vacuum
- boronation
- boride
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Physical Vapour Deposition (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 углеродистой стали. Задачей изобретения является снижение хрупкости боридного слоя, увеличение глубины и равномерности борированного слоя. Предложен способ, включающий борирование при 940oС в течение 3 ч в контейнере с плавким затвором с насыщающей смесью, состоящей из 100% В4С. После борирования проводят обработку поверхности электронным пучком в вакууме (Р=2•10-3 Па) в течение 15-50 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2. Техническим результатом данного изобретения является поверхностное упрочнение деталей машин. 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистой стали.
Известен способ модификации металлических покрытий под действием низкоэнергетического сильноточного пучка электронов. При этом способе на поверхности низкоуглеродистой стали Ст3 вначале методом электрохимического осаждения из хромовокислого электролита при температуре 57oС и плотности тока Iк= (4÷6)•103 А/м2 получают диффузионные хромовые покрытия толщиной 1-8 мкм. Затем эти покрытия облучают электронным пучком в вакууме при следующих режимах: плотность тока электронного пучка 5•106-2,5•107 А/м2 при длительности импульса 2 мкс, что соответствует плотности потока энергии от 4,5•104 до 1,2•105 Дж/м2. В результате обработки электронным пучком происходит значительное уменьшение коэффициента трения скольжения (см. Погребняк А.Д., Шумакова Н.И. Модификация металлических покрытий под действием энергетического сильноточного пучка электронов //Физика и химия обработки материалов, 1999, 6, с.13-16).
Недостатком данного способа является малая толщина покрытий (<8 мкм), что делает малоэффективным применение данного способа для упрочнения деталей машин, работающих в условиях трения.
Наиболее близким способом по технической сущности к заявляемому изобретению является способ твердофазного борирования в порошковой смеси в контейнере с плавким затвором. Упрочняемое изделие помещают в герметичный контейнер (плавкий затвор состоит из 50%SiО2+50%В2О3) с насыщающей смесью из 100% В4С с последующим нагревом в печи при температуре 940oС в течение 3 часов. В результате обработки на поверхности образуется боридный слой толщиной 80-100 мкм (фиг.1) (см. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. //Справочник под ред. Ляховича Л.С. М.: Металлургия. 1981. 424 с.).
Недостатком данного способа является высокая хрупкость боридных слоев.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение хрупкости боридного слоя, увеличение глубины и равномерности борированного слоя.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе комбинированного борирования углеродистой стали, включающем борирование при температуре 940oС в течение 3 часов в контейнере с плавким затвором с насыщающей смесью, состоящей из 100% В4С, согласно изобретению после борирования дополнительно проводят обработку поверхности электронным пучком в вакууме (Р=2•10-3 Ра) в течение 15-50 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2.
Экспериментально обнаружено, что при обработке боридных слоев электронным пучком в вакууме происходит изменение морфологии боридов. Кроме того, боридные слои становятся гетерогенными, сочетающими твердые и мягкие структурные составляющие, что приводит к снижению хрупкости боридного слоя. Гетерогенность боридного слоя обеспечивается благодаря наличию существенного признака в изобретении, а именно последующей обработкой электронным пучком в вакууме по предлагаемым режимам боридного слоя, сформированного твердофазным борированием. Хрупкость боридных слоев оценивалась с помощью прибора ПМТ-3 при нагрузке 20-150 г (см. Глазов В.М., Вигдорович В.М. Микротвердость металлов. Металлургиздат, 1962, 224 с.).
Как следует из таблицы, при одинаковой нагрузке на индентор боридный слой после предлагаемой обработки имеет более низкий балл хрупкости по сравнению с боридным слоем, полученным при традиционном твердофазном борировании. Например, при нагрузке в 100 г боридные слои имеют соответственно 0, 2 и 4 балла хрупкости.
Одним из направлений поверхностного упрочнения является обработка концентрированными потоками энергии (ионными и электронными пучками, лазерным излучением и др.) покрытий, сформированных традиционными способами (химико-термической обработкой, электрохимическим осаждением и др.). Такая комбинированная обработка позволяет дополнительно повышать механические, химические и др. свойства поверхностных слоев.
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".
Предлагаемый способ комбинированного борирования поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 изображена структура боридного слоя после твердофазного борирования (прототип) •200; а на фиг.2 - структура боридного слоя после твердофазного борирования и последующей обработки электронным пучком в вакууме: а - по примеру 1 •200; б - по примеру 2 •320; в - по примеру 3 •250.
Осуществляется предлагаемый способ следующим образом. Упрочняемое изделие помещают в герметичный контейнер (плавкий затвор состоит из 50%SiО2+50%В2О3) с насыщающей смесью из 100% В4С и проводят нагрев в печи при температуре 940oС в течение 3 часов. Затем осуществляют обработку поверхности изделия электронным пучком в вакууме (Р=2•10-3 Па) в течение 15-50 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2. Время обработки выбрано с учетом того факта, что при обработке с продолжительностью до 15 с изменение морфологии боридов не происходит, а при большей (свыше 50 с) наблюдается оплавление поверхности. Указанное давление в вакуумной камере обеспечивается применяемыми стандартными средствами откачки.
В ходе экспериментальных исследований были установлены оптимальные условия обработки электронным пучком боридных слоев на стали 45 с целью получения боридных слоев с гетерогенной структурой.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. Образец из стали 45 в форме параллелепипеда размером 5•5•10 мм помещают в контейнер с плавким затвором (50%SiО2+50%В2О3) с насыщающей смесью, состоящей из 100% В4С, и производят нагрев в печи при температуре 940oС в течение 3 часов. Затем производят обработку поверхности электронным пучком в вакууме (Р=2•10-3 Па) в течение 15 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2. В результате на поверхности формируются боридные слои с гетерогенной структурой глубиной 110-120 мкм (фиг.2.а).
Пример 1. Образец из стали 45 в форме параллелепипеда размером 5•5•10 мм помещают в контейнер с плавким затвором (50%SiО2+50%В2О3) с насыщающей смесью, состоящей из 100% В4С, и производят нагрев в печи при температуре 940oС в течение 3 часов. Затем производят обработку поверхности электронным пучком в вакууме (Р=2•10-3 Па) в течение 15 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2. В результате на поверхности формируются боридные слои с гетерогенной структурой глубиной 110-120 мкм (фиг.2.а).
Пример 2. Образец из стали 45 в форме параллелепипеда размером 5•5•10 мм помещают в контейнер с плавким затвором (50%SiO2+50%В2О3) с насыщающей смесью, состоящей из 100% В4С, и производят нагрев в печи при температуре 940oС в течение 3 часов. Затем производят обработку поверхности электронным пучком в вакууме (Р=2•10-3 Па) в течение 30 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2. В результате на поверхности формируются боридные слои с гетерогенной структурой глубиной 180-200 мкм (фиг.2.б).
Пример 3. Образец из стали 45 в форме параллелепипеда размером 5•5•10 мм помещают в контейнер с плавким затвором (50%SiO2+50%В2О3) с насыщающей смесью, состоящей из 100% В4С, и производят нагрев в печи при температуре 940oС в течение 3 часов. Затем производят обработку поверхности электронным пучком в вакууме (Р=2•10-3 Па) в течение 50 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2. В результате на поверхности формируются боридные слои с гетерогенной структурой глубиной 230-240 мкм (фиг.2.в).
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.
- 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 известным способом борирования имеет следующие преимущества:
- снижение хрупкости боридного слоя;
- увеличение глубины и равномерности боридного слоя.
- снижение хрупкости боридного слоя;
- увеличение глубины и равномерности боридного слоя.
Claims (1)
- Способ комбинированного борирования углеродистой стали, включающий борирование при температуре 940oС в течение 3 ч в контейнере с плавким затвором с насыщающей смесью, состоящей из 100% В4C, отличающийся тем, что после борирования дополнительно проводят обработку поверхности электронным пучком в вакууме при Р= 2•10-3 Па в течение 15-50 с при удельной мощности 2,9•104 Вт/см2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001132103/02A RU2210617C1 (ru) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | Способ комбинированного борирования углеродистой стали |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001132103/02A RU2210617C1 (ru) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | Способ комбинированного борирования углеродистой стали |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2210617C1 true RU2210617C1 (ru) | 2003-08-20 |
Family
ID=29246071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001132103/02A RU2210617C1 (ru) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | Способ комбинированного борирования углеродистой стали |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2210617C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100491581C (zh) * | 2006-12-08 | 2009-05-27 | 湖北工业大学 | 热作模具钢表面低温渗硼工艺方法 |
RU2760770C1 (ru) * | 2020-10-12 | 2021-11-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" | Способ комбинированного бороалитирования углеродистой стали |
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 |
-
2001
- 2001-11-29 RU RU2001132103/02A patent/RU2210617C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЛЯХОВИЧ Л.С. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1981, с.81-82. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100491581C (zh) * | 2006-12-08 | 2009-05-27 | 湖北工业大学 | 热作模具钢表面低温渗硼工艺方法 |
RU2760770C1 (ru) * | 2020-10-12 | 2021-11-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" | Способ комбинированного бороалитирования углеродистой стали |
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 |
---|---|---|
US4451302A (en) | Aluminum nitriding by laser | |
JPS5913064A (ja) | 金属材料上への硬い耐摩耗性表面層の生成方法 | |
Mishigdorzhiyn et al. | The influence of boroaluminizing temperature on microstructure and wear resistance in low-carbon steels | |
RU2210617C1 (ru) | Способ комбинированного борирования углеродистой стали | |
RU2413033C2 (ru) | Способ плазменного азотирования изделия из стали или из цветного сплава | |
Roy et al. | Feasibility study of aqueous electrolyte plasma nitriding | |
Biller et al. | Modification of steel and aluminium by pulsed energetic ion beams | |
JPS57155363A (en) | Method of forming surface covering metal layer | |
RU2117073C1 (ru) | Способ модификации поверхности титановых сплавов | |
Mikhalev et al. | Structure, morphology, and elemental-phase composition of j02002 steel as a result of electrolytic-plasma processing | |
RU2462516C2 (ru) | Способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов | |
Balanovsky et al. | Plasma carburizing with surface micro-melting | |
RU2470091C1 (ru) | Способ ионной имплантации поверхностей деталей из титановых сплавов | |
Piekoszewski et al. | Introduction of nitrogen into metals by high intensity pulsed ion beams | |
Takiguchi et al. | XPS study of a laser‐nitrided iron surface using a focused pulsed Nd: YAG laser under various conditions | |
RU2005111462A (ru) | Способ нанесения наплавки лучом лазера | |
RU2086698C1 (ru) | Способ поверхностной обработки металлической подложки | |
Kharanzhevskiy et al. | Corrosion-electrochemical behavior of nanostructured chromium oxide layers obtained by laser irradiation of unalloyed steel by short pulses | |
JPS6296663A (ja) | レ−ザビ−ムによる加炭硬化法 | |
Marinin et al. | Increasing the intensity of cementation process of tool low-alloy steels by surface laser treatment | |
JPS6335767A (ja) | 表面硬化法 | |
Matossian et al. | Plasma-based ion implantation and electron-bombardment for large-scale surface modification of materials | |
RU2778544C1 (ru) | Способ бороалитирования углеродистой стали | |
RU2239001C1 (ru) | Способ упрочнения инструмента | |
JPH0368109B2 (ru) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051130 |