RU2427666C1 - Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов - Google Patents
Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427666C1 RU2427666C1 RU2009147581/02A RU2009147581A RU2427666C1 RU 2427666 C1 RU2427666 C1 RU 2427666C1 RU 2009147581/02 A RU2009147581/02 A RU 2009147581/02A RU 2009147581 A RU2009147581 A RU 2009147581A RU 2427666 C1 RU2427666 C1 RU 2427666C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium alloys
- titanium
- items
- procedure
- heating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно способам химико-термической поверхностной обработки титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин. Заявлен способ упрочнения изделий из титановых сплавов. Способ включает нагрев поверхности изделия в среде азота, при этом нагрев осуществляют концентрированным тепловым источником с плотностью мощности 103-104 Вт/см2, силе тока 80-150 А и скорости перемещения источника относительно изделия 0,005-0,01 м/с. Технический результат - повышение износостойкости и коррозионной стойкости деталей из титановых сплавов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к химико-термической поверхностной обработке титановых сплавов, в частности к методам упрочнения, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин.
Известен способ газового азотирования титановых сплавов (Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник под ред. Ляховича Л.С. - М.: Металлургия, 1981, 424 с.), приводящий к получению на поверхности нитридов титана высокой твердости и износостойкости. Процесс проводят в основном при 700…900°С в аммиачной среде.
Известен способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов (патент RU №2346080, МПК С23С 26/00, опубликован 10.02.2009), включающий электроискровое легирование поверхностного слоя и последующее оксидирование или азотирование. Электроискровое легирование проводят нитридообразующими элементами или сплавами на их основе. Затем осуществляют термическое оксидирование в окислительной воздушной среде при температуре 600…800°С в течение 2-16 часов или диффузионное азотирование, которое проводят в каталитически приготовленных газовых аммиачных средах при температуре 500…680°С в течение 15-40 часов.
Недостатком способа является низкая производительность и высокая энергоемкость процесса.
Повышенные температуры приводят к росту зерна в изделии, диффузии водорода и уменьшению характеристик пластичности и вязкости. Производительность процесса низкая.
Известен способ лазерного упрочнения поверхности титана и его сплавов (патент RU №2183692, МПК C22F 1/18, опубликован 20.06.2002), включающий лазерную обработку поверхности в воздушной среде с перекрытием соседних треков. Плотность мощности составляет 103…104 Вт/см2. Недостатком является сложность оборудования, низкая производительность и малая глубина упрочнения.
Наиболее близким техническим решением является способ поверхностной обработки изделий из титана и титановых сплавов (патент RU №2318077, МПК С23С 8/06, опубликован 27.02.2008), включающий термообработку при 950°С в активной газовой среде, состоящей из 10% (мас.) азота и 90% (мас.) аргона, и последующее частичное удаление газонасыщенного слоя травлением. Время нагрева 7200 с, толщина упрочненного слоя до 35 мкм.
Недостатком протопопа является малая толщина упрочненного слоя, что отрицательно сказывается на износостойкости и коррозионной стойкости, и невысокая производительность процесса.
Задачей изобретения является повышение износостойкости и коррозионной стойкости титановых сплавов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов, включающем нагрев поверхности изделия в среде азота, согласно изобретению нагрев осуществляют концентрированным тепловым источником с плотностью мощности 103…104 Вт/см2, силе тока 80…150 А и скорости перемещения источника относительно изделия 0,005…0,01 м/с.
В качестве концентрированного теплового источника используют электрическую дугу или плазменную струю.
На фиг.1 схематично изображена установка, реализующая заявленный способ.
На фиг.2 представлена фотография микрошлифа титана ВТ-6.
На фиг.3 представлен график распределения микротвердости по глубине слоя для титана ВТ-6 при электродуговой обработке.
Установка для упрочнения состоит из сварочной или плазменной головки 1, содержащей неплавящийся электрод 2. Между электродом и обрабатываемым изделием 3 горит электрическая дуга или плазменная струя 4.
Процесс упрочнения происходит следующим образом. Электрическая дуга или плазменная струя 4, горящая в атмосфере азота, перемещается по обрабатываемой поверхности со скоростью V и осуществляет практически мгновенный локальный нагрев верхнего слоя изделия. Одновременно с нагревом происходит насыщение поверхностного слоя азотом за счет высокой скорости диффузии азота в поверхность титана. В результате сверхскоростного нагрева и охлаждения за счет кондуктивного теплообмена, а также поверхностного азотирования на изделии образуется слой в виде дорожки с высокой микротвердостью и коррозионной стойкостью.
Плотность мощности электрической дуги или плазменной струи составляет q - 103…104 Вт/см2, сила тока I - 60…200 А, напряжение U - 35…45 В, диаметр пятна нагрева при этом составляет 3…8 мм. Скорость обработки V составляет 0,005…0,01 м/с. Расход азота - 50…100 л/мин.
Способ позволяет обрабатывать изделия как плоской, так и цилиндрической формы. Обработка может производиться как с перекрытием дорожек, так и с шагом между ними.
Представленный на фиг.2 микрошлиф титана ВТ-6 показывает, что в результате обработки на поверхности титана формируется многослойная структура с высокой микротвердостью, состоящая из слоя нитрида титана 5, слоя диффузионного насыщения 6 и слоя термического влияния 7, плавно переходящего в основной объем материала 8. Поверхностный слой, имеющий характерный золотистый цвет, содержит наряду с нитридом титана включения окисной гидридной фазы. Микротвердость составляет от 9…12 ГПа, при исходной микротвердости около 4 ГПа. Глубина упрочненного слоя достигает 1,5 мм. Ширина дорожки за один проход составляет 2…6 мм.
Экспериментально установлено, что при режимах обработки V=0,005…0,01 м/с и силе тока 100…200 А наблюдается качественная упрочненная поверхность с максимальной глубиной.
Максимальная микротвердость наблюдается при скорости до 0,01 м/с и силе тока до 120 А. При увеличении скорости обработки более 0,01 м/с и уменьшении силы тока менее 80 А снижается толщина и микротвердость упрочненного слоя вследствие недостаточного времени термодиффузии и невысокой температуры нагрева. При уменьшении скорости обработки менее 0,005 м/с и увеличении силы тока свыше 150 А происходит ухудшение качества поверхности, образование пор и трещин.
Пример 1. Пластина из титана ВТ-6 обрабатывается электрической дугой со скоростью 0,01 м/с. Материал электрода - вольфрам. Ток дуги 120 А, напряжение 40 В, расстояние между электродом и изделием 5 мм, расход азота 90 л/мин.
Из представленных на графике (фиг.3) кривых видно, что при обработке титана ВТ-6 на вышеуказанных режимах наблюдается максимальная микротвердость 11 ГПа при общей толщине упрочненного слоя 1,2 мм.
Пример 2. Обработку титана ВТ-6 плазменной струей проводили на плазменной установке УПУ 3Д на следующих режимах - напряжение плазменной струи 60 В, сила тока 150 А, расход азота 60 л/мин, скорость перемещения плазмотрона 0,01 м/с. Получена максимальная микротвердость упрочненного слоя 12 ГПа, толщина 1,5 мм.
Claims (3)
1. Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов, включающий нагрев поверхности изделия в среде азота, отличающийся тем, что нагрев осуществляют концентрированным тепловым источником при плотности мощности 103-104 Вт/см2, силе тока 80-150 А и скорости перемещения источника относительно изделия 0,005-0,01 м/с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве концентрированного теплового источника используют электрическую дугу.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве концентрированного теплового источника используют плазменную струю.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147581/02A RU2427666C1 (ru) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147581/02A RU2427666C1 (ru) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009147581A RU2009147581A (ru) | 2011-06-27 |
| RU2427666C1 true RU2427666C1 (ru) | 2011-08-27 |
Family
ID=44738669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009147581/02A RU2427666C1 (ru) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2427666C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530192C1 (ru) * | 2013-03-28 | 2014-10-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина) | Способ плазменного азотирования деталей |
| RU2647963C2 (ru) * | 2016-08-03 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ТБ композит" | Композиционный материал на основе титанового сплава и способ его получения |
-
2009
- 2009-12-21 RU RU2009147581/02A patent/RU2427666C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530192C1 (ru) * | 2013-03-28 | 2014-10-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина) | Способ плазменного азотирования деталей |
| RU2647963C2 (ru) * | 2016-08-03 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ТБ композит" | Композиционный материал на основе титанового сплава и способ его получения |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009147581A (ru) | 2011-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coatings: Part I. Coating characterization | |
| Casalino et al. | Laser-arc hybrid welding of wrought to selective laser molten stainless steel | |
| US8203095B2 (en) | Method of using a thermal plasma to produce a functionally graded composite surface layer on metals | |
| US8377339B2 (en) | Electrode for electric discharge surface treatment, method of electric discharge surface treatment, and apparatus for electric discharge surface treatment | |
| FR2582973A1 (fr) | Electrode a arc | |
| CN106148644B (zh) | 一种短脉冲激光金属表面硬化方法 | |
| Rana et al. | Augmentation of weld penetration by flux assisted TIG welding and its distinct variants for oxygen free copper | |
| RU2427666C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов | |
| RU2016131959A (ru) | Композиционный материал на основе титанового сплава и способ его получения | |
| RU2418074C1 (ru) | Способ упрочнения изделий из металлических материалов с получением наноструктурированных поверхностных слоев | |
| Verbitchi et al. | Electro-spark coating with special materials | |
| Yu et al. | Surface finishing of die and tool steels via plasma-based electron beam irradiation | |
| RU2562185C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме | |
| JP4523547B2 (ja) | 放電表面処理方法および放電表面処理装置 | |
| RU2522919C1 (ru) | Способ формирования микроструктурированного слоя нитрида титана | |
| JP2014018849A (ja) | 溶接用チップの強化方法及び溶接用チップ | |
| RU2349432C2 (ru) | Способ цианирования стальных или титановых изделий | |
| RU2562187C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде | |
| CN103725858A (zh) | 一种图案化均匀氧化铬薄膜的光化学原位制备方法 | |
| JP2015518536A (ja) | アルミニウムピストンの製造方法 | |
| Akhtar et al. | Effect of laser remelting on surface composite layer of nickel aluminide coated steel substrate | |
| JP5984037B2 (ja) | 金属拡散層製造方法及び鉄鋼材 | |
| CN114318212A (zh) | 一种激光复合等离子电火花合金化方法 | |
| RU2599950C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей | |
| JP5066797B2 (ja) | 成膜方法および成膜ワークを生産する方法。 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141222 |