RU2345174C1 - Compound used for surface laser hardening of parts made from construction steels - Google Patents
Compound used for surface laser hardening of parts made from construction steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345174C1 RU2345174C1 RU2007126589/02A RU2007126589A RU2345174C1 RU 2345174 C1 RU2345174 C1 RU 2345174C1 RU 2007126589/02 A RU2007126589/02 A RU 2007126589/02A RU 2007126589 A RU2007126589 A RU 2007126589A RU 2345174 C1 RU2345174 C1 RU 2345174C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardening
- parts
- carbon
- boric anhydride
- surface laser
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных деталей, в частности к лазерному легированию, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов, изготовленных из конструкционных сталей и работающих в условиях многократного контактного (статического и динамического) нагружения в машиностроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of chemical-thermal treatment of steel parts, in particular to laser alloying, and can be used for surface hardening of machine parts and tools made of structural steels and operating under conditions of multiple contact (static and dynamic) loading in machine-building, metalworking and other industries.
Известен состав [1] для лазерного легирования стальных деталей, состоящий из окиси хрома (Cr2О3), карбида бора (В4С) и ферросилиция (FeSi), обеспечивающий высокую степень упрочнения обработанной поверхности за счет повышения поверхностной микротвердости и глубины модифицированного слоя. Недостатком этого состава является неравномерность изменения микротвердости упрочненного слоя по глубине и неоднородность его по площади обработанной поверхности, что приводит к невысоким показателям износостойкости упрочненной поверхности в условиях многократных контактных нагрузок.A known composition [1] for laser alloying of steel parts, consisting of chromium oxide (Cr 2 O 3 ), boron carbide (B 4 C) and ferrosilicon (FeSi), providing a high degree of hardening of the treated surface by increasing the surface microhardness and depth of the modified layer . The disadvantage of this composition is the uneven change in the microhardness of the hardened layer in depth and its heterogeneity in the area of the treated surface, which leads to low wear resistance of the hardened surface under conditions of multiple contact loads.
Целью изобретения является повышение износостойкости функциональных поверхностей изделий из конструкционных сталей в условиях многоциклового контактного нагружения.The aim of the invention is to increase the wear resistance of the functional surfaces of products from structural steels under conditions of multi-cycle contact loading.
В связи с этим предлагается состав для поверхностного лазерного упрочнения деталей из конструкционных сталей, включающий углерод (С), окись хрома (Cr2O3), а в качестве борсодержащего вещества - борный ангидрид (В2О3), при следующем соотношении компонентов, мас.%:In this regard, we propose a composition for surface laser hardening of parts made of structural steels, including carbon (C), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), and boron anhydride (B 2 O 3 ) as a boron-containing substance, in the following ratio of components, wt.%:
Компоненты в составе выполняют следующие функции.The components in the composition perform the following functions.
Борный ангидрид (В2О3) является основным упрочняющим компонентом и представляет собой порошок белого цвета с температурой плавления 450…470°С. В условиях лазерной обработки борный ангидрид взаимодействует с железом и хромом (из матрицы основы и окиси, входящей в заявляемый состав) с образованием соответствующих боридов, обладающих высокой объемной прочностью и твердостью.Boric anhydride (В 2 О 3 ) is the main strengthening component and is a white powder with a melting point of 450 ... 470 ° С. Under laser processing conditions, boric anhydride interacts with iron and chromium (from the matrix matrix and oxide included in the inventive composition) with the formation of the corresponding borides with high bulk strength and hardness.
Окись хрома (Cr2О3) представляет собой мелкодисперсный (µ>20 мкм) порошок зеленого цвета, имеющий температуру плавления 2300°С, кристаллизующийся в гексагональной решетке. Взаимодействуя при высоких температурах с бором, хром образует прочные и твердые бориды, которые в то же время значительно повышают трещиностойкость. Содержание окиси хрома менее 25% приводит к интенсивному трещинообразованию в процессе динамического нагружения упрочненных поверхностей, что объясняется большой долей образовывающихся весьма хрупких боридов железа. Содержание окиси хрома более 35% приводит к значительному снижению степени упрочнения ввиду существенного уменьшения концентрации борного ангидрида.Chromium oxide (Cr 2 O 3 ) is a finely dispersed (μ> 20 μm) green powder having a melting point of 2300 ° C, crystallizing in a hexagonal lattice. Interacting with boron at high temperatures, chromium forms strong and solid borides, which at the same time significantly increase crack resistance. A content of chromium oxide of less than 25% leads to intense cracking during dynamic loading of hardened surfaces, which is explained by the large proportion of very brittle iron borides formed. A content of chromium oxide of more than 35% leads to a significant decrease in the degree of hardening due to a significant decrease in the concentration of boric anhydride.
Углерод (С) вводится в состав обмазки в виде мелкодисперсной фракции (µ>20 мкм) порошка черного цвета (графита) с целью повышения твердости и прочности получаемого покрытия за счет образования карбидов хрома, а также для стабилизации глубины упрочнения по всей площади обрабатываемой поверхности, что достигается повышением поглощающей способности обмазки и, как следствие, более равномерным распределением энергии по пятну лазерного воздействия в процессе упрочнения. Содержание углерода менее 8% не сказывается на эффективности упрочнения, что объясняется недостаточной его концентрацией для интенсификации процессов образования карбидов хрома. Содержание углерода свыше 16% приводит к интенсивному выгоранию состава обмазки при воздействии лазерного излучения.Carbon (C) is introduced into the coating in the form of a finely divided fraction (μ> 20 μm) of black powder (graphite) in order to increase the hardness and strength of the resulting coating due to the formation of chromium carbides, as well as to stabilize the depth of hardening over the entire surface area to be treated, which is achieved by increasing the absorbing ability of the coating and, as a result, a more uniform distribution of energy over the spot of the laser exposure during hardening. A carbon content of less than 8% does not affect the hardening efficiency, which is explained by its insufficient concentration to intensify the formation of chromium carbides. A carbon content of over 16% leads to intense burnout of the coating composition when exposed to laser radiation.
Указанные свойства компонентов, вводимых в состав обмазки в предлагаемом соотношении, обеспечивают получение при лазерной обработке на поверхности конструкционной стали упрочненного слоя с высокой износостойкостью в условиях многократных динамических нагрузок.The indicated properties of the components introduced into the composition of the coating in the proposed ratio, provide when laser processing on the surface of structural steel a hardened layer with high wear resistance under conditions of multiple dynamic loads.
Для экспериментальной проверки предлагаемого состава подготавливались 6 смесей ингредиентов, три из которых показали оптимальные результаты. В качестве объектов исследований использовались призмы опорные технологической оснастки (7033-0035 по ГОСТ 12195-66, сталь 45 (HRCэ 50…55)), рабочие поверхности которых предварительно обрабатывались до Ra=2,5 мкм. Компоненты составов смешивались, разбавлялись связующим веществом и наносились пневмораспылением на рабочие поверхности призм. Толщина наносимой обмазки составляла 100…120 мкм.For experimental verification of the proposed composition prepared 6 mixtures of ingredients, three of which showed optimal results. Supporting technological equipment prisms (7033-0035 in accordance with GOST 12195-66, steel 45 (HRCE 50 ... 55)), the working surfaces of which were pretreated to Ra = 2.5 μm, were used as objects of research. The components of the compositions were mixed, diluted with a binder and applied by spraying onto the working surfaces of the prisms. The thickness of the applied coating was 100 ... 120 microns.
Модифицирование проводили на технологической лазерной установке «Квант-18М», работающей в импульсном режиме, при плотности излучения q=7 Дж/мм2, длительности импульса τ=8 мс, коэффициенте перекрытия пятна лазерного излучения - 0,5.The modification was carried out on a Kvant-18M technological laser unit operating in a pulsed mode, with a radiation density q = 7 J / mm 2 , a pulse duration of τ = 8 ms, and a laser beam spot overlap factor of 0.5.
Поверхностная микротвердость определялась на микротвердомере ПМТ-3У при нагрузке 0,5 Н. Для выявления глубины упрочнения изготавливались шлифы обработанных образцов, осуществлялось их травление (5…10 с) в 5%-ном растворе азотной кислоты. Глубина упрочнения определялась шириной «белого» нетравящегося слоя.The surface microhardness was determined on a PMT-3U microhardness meter with a load of 0.5 N. To reveal the depth of hardening, we prepared thin sections of treated samples and etched them (5 ... 10 s) in a 5% nitric acid solution. The hardening depth was determined by the width of the “white” non-etching layer.
Для определения износостойкости упрочненных поверхностей использовалась специальная установка многоциклового контактного нагружения: нормально к упрочненной поверхности циклически через цилиндрический образец (⌀ 20 мм, Ra=6,3 мкм) прикладывалась нагрузка 2500 Н. После заданного числа циклов нагружения абсолютный износ (в направлении, нормальном исследуемой поверхности) определялся по профилограммам на автоматизированном измерительном комплексе на базе профилографа-профилометра модели 170311 (завод «Калибр»). Измерения проводились трехкратно.To determine the wear resistance of hardened surfaces, a special installation of multi-cycle contact loading was used: normally, a load of 2500 N was applied cyclically through a cylindrical sample (⌀ 20 mm, Ra = 6.3 μm) to the hardened surface. After a given number of loading cycles, absolute wear (in the direction normal to the test surface) was determined by profilograms on an automated measuring system based on a profilograph-profilometer model 170311 (Caliber plant). The measurements were carried out three times.
Результаты исследований приведены в таблице.The research results are shown in the table.
Содержание углерода менее 8% (таблица, вар.2) слабо влияет на эффект упрочнения, так как его концентрация в зоне лазерного воздействия не достаточна для активизации процессов образования карбидов хрома, а увеличение содержания углерода свыше 16% приводит к интенсивному выгоранию обмазки и, как следствие, к крайне неравномерному изменению глубины упрочненного слоя - от 120 до 200 мкм (таблица, вар.6).A carbon content of less than 8% (table, var. 2) has little effect on the hardening effect, since its concentration in the laser irradiation zone is not sufficient to activate the formation of chromium carbides, and an increase in carbon content over 16% leads to intensive burnout of the coating and, as consequence, to an extremely uneven change in the depth of the hardened layer - from 120 to 200 microns (table, version 6).
Результаты упрочнения стальных образцовTable
The hardening results of steel samples
Увеличение содержания окиси хрома свыше 35% приводит к преобладанию процесса хромирования, что несколько снижает поверхностную твердость (таблица, вар.6). Уменьшение содержания окиси хрома ниже 25% сопровождается интенсификацией процесса борирования с образованием прочных, но хрупких боридов железа, что является причиной появления сетки трещин при многоцикловом нагружении (таблица, вар.2).An increase in the content of chromium oxide over 35% leads to the predominance of the chromium plating process, which slightly reduces the surface hardness (table, var. 6). A decrease in the content of chromium oxide below 25% is accompanied by an intensification of the boronation process with the formation of strong but brittle iron borides, which is the cause of the appearance of a network of cracks under high-cycle loading (table, var. 2).
Приведенные в таблице данные показывают, что использование предлагаемого состава позволяет при сохранении степени упрочнения поверхностного слоя повысить износостойкость образцов из конструкционных сталей на 30…35%, что обеспечивает увеличение срока эксплуатации деталей в условиях действия многоцикловых контактных нагрузок.The data presented in the table show that the use of the proposed composition allows, while maintaining the degree of hardening of the surface layer, to increase the wear resistance of samples of structural steels by 30 ... 35%, which ensures an increase in the life of parts under conditions of multi-cycle contact loads.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. 1607433 СССР, МКИ С23С 12/02. Состав для борохромирования стальных деталей при лазерном нагреве.1. A.S. 1607433 USSR, MKI S23C 12/02. Composition for borochroming of steel parts during laser heating.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007126589/02A RU2345174C1 (en) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Compound used for surface laser hardening of parts made from construction steels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007126589/02A RU2345174C1 (en) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Compound used for surface laser hardening of parts made from construction steels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2345174C1 true RU2345174C1 (en) | 2009-01-27 |
Family
ID=40544240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007126589/02A RU2345174C1 (en) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Compound used for surface laser hardening of parts made from construction steels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2345174C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2715273C1 (en) * | 2019-04-02 | 2020-02-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) | Composition for surface laser hardening of parts from structural steels |
RU2740548C1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of reinforcing sheet from iron-based alloy |
-
2007
- 2007-07-12 RU RU2007126589/02A patent/RU2345174C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2715273C1 (en) * | 2019-04-02 | 2020-02-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) | Composition for surface laser hardening of parts from structural steels |
RU2740548C1 (en) * | 2019-11-26 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of reinforcing sheet from iron-based alloy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4537793A (en) | Method for generating hard, wear-proof surface layers on a metallic material | |
RU2345174C1 (en) | Compound used for surface laser hardening of parts made from construction steels | |
Morimoto et al. | Some properties of boronized layers on steels with direct diode laser | |
CN102020880A (en) | Light absorption coating for laser heat treatment of surface of metal material and coating method thereof | |
Skakov et al. | Modification of structure and properties of steel Р6М5 at electrolyte plasma treatment | |
Kolomeichenko et al. | Investigation of nanometallokeramic composite coatings obtained by vibro-arc surfacing | |
RU2459011C1 (en) | Coating for boroaluminising of steel products | |
US3969157A (en) | Method of providing decarbonization protection for metallic surfaces | |
Marinin et al. | Experimental evaluation of the methods of laser cementation of low-alloy tool steels | |
RU2757748C1 (en) | Composition of charge for slip coatings | |
Skakov et al. | Change of structure and wear resistance of P6M5 steel from processing in electrolyte plasma | |
SU1573052A1 (en) | Composition for laser alloying | |
RU2786263C1 (en) | Method for laser alloying of tool steel with boron carbide and aluminum powders | |
DE2361017B2 (en) | Method for boronizing the surface of a metallic workpiece | |
RU2784536C1 (en) | Method for borating the carbon steel surface | |
RU2535123C2 (en) | Procedure for strengthening blades of work members of vehicles | |
SU1601195A1 (en) | Composition for borating steel articles | |
SU1726555A1 (en) | Method of treating boron diffusion coats on steel parts | |
Marinin et al. | The Increasing of the Operational Stability of Wood-Working tools by the laser cementation | |
Konstantinova et al. | Structure Formation Processes During the Plasma Cementation of Steel and the Subsequent Heat Treatment | |
SHIBUYA | Immersion Bonding of Steels by Boric Acid and Potassium Borate | |
SU899709A1 (en) | Composition for boronizing steel products | |
SU1509420A1 (en) | Method of low-temperature nitriding of steels | |
CN106324210B (en) | Brick-making mould Cr12 Steel Properties test methods | |
Skakov et al. | Influence of electrolytic plasma cementation on the microhardness and wear resistance of steel 12Cr18Ni10Ti |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090713 |