RU2616740C2 - Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0 - Google Patents

Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0 Download PDF

Info

Publication number
RU2616740C2
RU2616740C2 RU2015140657A RU2015140657A RU2616740C2 RU 2616740 C2 RU2616740 C2 RU 2616740C2 RU 2015140657 A RU2015140657 A RU 2015140657A RU 2015140657 A RU2015140657 A RU 2015140657A RU 2616740 C2 RU2616740 C2 RU 2616740C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
electron
gradient
electron beam
technical titanium
Prior art date
Application number
RU2015140657A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015140657A (ru
Inventor
Сергей Валерьевич Коновалов
Ирина Алексеевна Комиссарова
Денис Анатольевич Романов
Юрий Фёдорович Иванов
Виктор Евгеньевич Громов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет"
Priority to RU2015140657A priority Critical patent/RU2616740C2/ru
Publication of RU2015140657A publication Critical patent/RU2015140657A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2616740C2 publication Critical patent/RU2616740C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/22—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for drills; for milling cutters; for machine cutting tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения. Способ включает импульсно-периодическое воздействие на поверхность технического титана ВТ1-0 сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см2, длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения.
Известен способ [1] нанесения покрытий на основе карбида титана на титановые сплавы, включающий приготовление смеси сплава титана и структурно-свободного углерода в форме графита с последующим высокотемпературным реагированием, смесь сплава титана и графита готовят в едином технологическом процессе путем электрического взрыва углеграфитовых волокон, формирования из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, содержащей частицы углеграфитовых волокон, оплавления ею упрочняемой поверхности титанового сплава в режиме, когда поглощаемая плотность мощности составляет 4,5…6,5 ГВт/м2, внесения в расплав частиц углеграфитовых волокон и последующей самозакалки расплава при теплоотводе в объем основы, а высокотемпературное реагирование компонентов смеси осуществляют путем импульсно-периодического воздействия на упрочняемую поверхность после электровзрывного науглероживания сильноточным электронным пучком в режиме, когда поглощаемая поверхностью плотность энергии составляет 40…60 Дж/см2, длительность импульсов - 150…200 мкс, количество импульсов - 10…30.
Недостатком способа является его многостадийный характер, что ограничивает его производительность, ограниченная площадь воздействия электровзрывной обработки, а также невозможность формирования на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой.
Наиболее близким к заявляемому является способ [2] электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия, преимущественно из твердого сплава на основе карбида титана с никельхромовой связкой, включающий облучение рабочей поверхности инструмента или изделия импульсным сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ при длительности импульсов облучения 150-200 мкс и количеством импульсов 10…30, отличающийся тем, что упомянутое облучение проводят в азотсодержащей плазме газового разряда при давлении азота 0,02…0,03 Па с плотностью энергии в электронном пучке, составляющей 50…70 Дж/см2.
Недостатком способа является его многостадийный характер, что ограничивает его производительность, а также невозможность формирования на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой.
Задачей заявляемого изобретения является получение на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, обладающих высоким значением многоциклового усталостного разрушения.
Поставленная задача реализуется способом электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0. Способ включает облучение поверхности изделия импульсным сильноточным электронным пучком с получением поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой путем импульсно-периодического воздействия сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см2, длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3.
Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании на техническом титане ВТ1-0 поверхностного слоя с градиентной многофазной структурой, что делает возможным осуществление локального упрочнения поверхности деталей из технического титана ВТ1-0 в местах их наибольшего разрушения в условиях эксплуатации.
Способ поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена зависимость циклов до разрушения от поглощаемой плотности энергии для технического титана ВТ1-0. В таблице приведены данные испытаний технического титана ВТ1-0 на многоцикловую усталость по [3] при комнатной температуре. Для испытаний изготавливали образцы III типа [3].
Figure 00000001
Импульсно-периодическое воздействие на поверхность технического титана ВТ1-0 сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см2, длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3 приводит к формированию поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой. Толщина поверхностного слоя достигает 5…10 мкм. Указанный режим является оптимальным, поскольку при энергии электронов ниже 10 кэВ в среде аргона при остаточном давлении ниже 0,02, поглощаемой плотности энергии ниже 10 Дж/см2, длительности импульсов ниже 100 мкс и количестве импульсов менее 1 не происходит формирование поверхностных слоев на техническом титане ВТ1-0 с градиентной многофазной структурой. При энергии электронов выше 30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении выше 0,03, поглощаемой плотности энергии выше 30 Дж/см2, длительности импульсов выше 120 мкс и количестве импульсов более 3 происходит формирование рельефа поверхности и интенсивное испарение технического титана ВТ1-0.
Примеры конкретного осуществления способа.
Пример 1
Электронно-пучковой обработке подвергали лицевую поверхность образца технического титана ВТ1-0 для испытаний в условиях многоцикловой усталости площадью 1,3 см2. Поверхностный слой с градиентной многофазной структурой формировали путем импульсно-периодического воздействия на поверхность титана сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02 Па, поглощаемой плотности энергии 10 Дж/см2, длительности импульсов 100 мкс и количестве импульсов 1.
Получили поверхностный слой с градиентной многофазной структурой. Усталостная долговечность образца увеличилась в 1,42 раза.
Пример 2
Электронно-пучковой обработке подвергали лицевую поверхность образца технического титана ВТ1-0 для испытаний в условиях усталостного нагружения площадью 1,3 см2. Поверхностный слой с градиентной многофазной структурой формировали путем импульсно-периодического воздействия на поверхность титана сильноточным электронным пучком с энергией электронов 20 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,025 Па, поглощаемой плотности энергии 20 Дж/см2, длительности импульсов 125 мкс и количестве импульсов 2.
Получили поверхностный слой с градиентной многофазной структурой. Усталостная долговечность образца увеличилась в 1,31 раза.
Пример 3
Электронно-пучковой обработке подвергали лицевую поверхность образца технического титана ВТ1-0 для испытаний в условиях усталостного нагружения площадью 1,3 см2. Поверхностный слой с градиентной многофазной структурой формировали путем импульсно-периодического воздействия на поверхность титана сильноточным электронным пучком с энергией электронов 30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 30 Дж/см2, длительности импульсов 150 мкс и количестве импульсов 3.
Получили поверхностный слой с градиентной многофазной структурой. Усталостная долговечность образца увеличилась в 1,19 раза.
Источники информации
1. Патент РФ №2470090 на изобретение «Способ нанесения покрытий на основе карбида титана на титановые сплавы» / Романов Д.А., Бащенко Л.П., Будовских Е.А. и др.; заявл. 07.04.2011; опубл. 20.12.2012, Бюл. №35. 7 с.
2. Патент РФ №2457261 на изобретение «Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия» / Овчаренко В.Е., Иванов Ю.Ф., Моховиков А.А. и др.; заявл. 14.06.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. №21. 9 с.
3. ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.

Claims (1)

  1. Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0, включающий облучение поверхности изделия импульсным сильноточным электронным пучком с получением поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой путем импульсно-периодического воздействия сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см2, длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3.
RU2015140657A 2015-09-23 2015-09-23 Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0 RU2616740C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140657A RU2616740C2 (ru) 2015-09-23 2015-09-23 Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015140657A RU2616740C2 (ru) 2015-09-23 2015-09-23 Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015140657A RU2015140657A (ru) 2017-03-29
RU2616740C2 true RU2616740C2 (ru) 2017-04-18

Family

ID=58505733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015140657A RU2616740C2 (ru) 2015-09-23 2015-09-23 Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2616740C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716926C1 (ru) * 2019-10-28 2020-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ комплексной упрочняющей обработки изделия из титанового сплава Ti-6Al-4V, полученного методом аддитивного производства

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116005091B (zh) * 2023-03-28 2023-06-27 北京理工大学 一种强塑性匹配梯度钛合金及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5795412A (en) * 1995-12-22 1998-08-18 Gec Alsthom Electromecanique S.A. Method of manufacturing and repairing a blade made of α-β titanium
RU2240211C1 (ru) * 2003-04-21 2004-11-20 Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" Способ электронно-лучевой обработки титановых сплавов
RU2457261C1 (ru) * 2011-06-14 2012-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия
RU2527566C1 (ru) * 2013-01-30 2014-09-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Способ формирования стыка деталей большой толщины из титановых сплавов, соединяемых электронно-лучевой сваркой
CN104245212A (zh) * 2011-12-15 2014-12-24 湖区制造公司,商用名湖区医药 利用钽将钛和钛基合金结合到含铁金属的方法
CN104858423A (zh) * 2015-05-29 2015-08-26 西安奥奈特固体润滑工程学研究有限公司 一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5795412A (en) * 1995-12-22 1998-08-18 Gec Alsthom Electromecanique S.A. Method of manufacturing and repairing a blade made of α-β titanium
RU2240211C1 (ru) * 2003-04-21 2004-11-20 Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод" Способ электронно-лучевой обработки титановых сплавов
RU2457261C1 (ru) * 2011-06-14 2012-07-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия
CN104245212A (zh) * 2011-12-15 2014-12-24 湖区制造公司,商用名湖区医药 利用钽将钛和钛基合金结合到含铁金属的方法
RU2527566C1 (ru) * 2013-01-30 2014-09-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Способ формирования стыка деталей большой толщины из титановых сплавов, соединяемых электронно-лучевой сваркой
CN104858423A (zh) * 2015-05-29 2015-08-26 西安奥奈特固体润滑工程学研究有限公司 一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716926C1 (ru) * 2019-10-28 2020-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Способ комплексной упрочняющей обработки изделия из титанового сплава Ti-6Al-4V, полученного методом аддитивного производства

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015140657A (ru) 2017-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leitz et al. Metal ablation with short and ultrashort laser pulses
Tan et al. Laser shock peening on fatigue crack growth behaviour of aluminium alloy
Murray et al. Repair of EDM induced surface cracks by pulsed electron beam irradiation
Sano et al. Retardation of crack initiation and growth in austenitic stainless steels by laser peening without protective coating
Li et al. The effects of the confining medium and protective layer during femtosecond laser shock peening
Nezhadfar et al. Enhancing ductility and fatigue strength of additively manufactured metallic materials by preheating the build platform
RU2616740C2 (ru) Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0
Jithin et al. FE modeling for single spark in EDM considering plasma flushing efficiency
Batracov et al. The particularities of the high current relativistic electron beams influence on construction materials targets
Özbek et al. Surface properties of M2 steel treated by pulse plasma technique
Jong-Do et al. Laser transformation hardening on rod-shaped carbon steel by Gaussian beam
RU2562185C1 (ru) Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме
RU2462516C2 (ru) Способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов
RU2571245C1 (ru) Способ упрочняющей обработки стали 20х13
Abd Ali et al. Effect of fibre laser surface treatment on wear resistance of gray cast iron ASTM A48
RU2558320C1 (ru) Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме
Fauzun et al. Effects of thermal fatigue on laser modified H13 die steel
HU et al. Size effect on indentation depth of oxygen-free high purity copper induced by laser shock processing
Zhu et al. Material loading in inverse surface integrity problem solution of cemented carbide component manufacturing by surface modification
Ghera et al. Improvement of Cavitation Erosion Resistance of a Low Alloyed Steel 16MnCr5 Through Work Hardening
RU2470090C1 (ru) Способ нанесения покрытий на основе карбида титана на титановые сплавы
Sihai et al. Experiment study on improving fatigue strength of K24 nickel based alloy by laser shock processing without coating
Ignatyev et al. Influence of Structural Phase State of the Surface Layer on Wear Resistance of Cutting Edge of Metal-ceramic Insert When Metalcutting
RU2562187C1 (ru) Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде
RU2559606C1 (ru) Способ химико-термической обработки детали из легированной стали

Legal Events

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

Effective date: 20180924