RU2667948C1 - Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали - Google Patents
Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667948C1 RU2667948C1 RU2017113841A RU2017113841A RU2667948C1 RU 2667948 C1 RU2667948 C1 RU 2667948C1 RU 2017113841 A RU2017113841 A RU 2017113841A RU 2017113841 A RU2017113841 A RU 2017113841A RU 2667948 C1 RU2667948 C1 RU 2667948C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- electrode
- contact area
- heating
- contact zone
- Prior art date
Links
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021398 atomic carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 101100310510 Botryococcus braunii SMT-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/64—Carburising
- C23C8/66—Carburising of ferrous surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлообработки, в частности к методам упрочнения поверхностей деталей машин электромеханической обработкой в условиях массового и ремонтного производства. Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали включает одновременное осуществление подачи графитовой пасты в зону контакта электрод-инструмента с поверхностью детали, механического воздействия электрод-инструментом на поверхность упомянутой детали и нагрева ее поверхности путем пропускания электрического тока через зону контакта электрод-инструмента с деталью для диффузионного насыщения поверхности углеродом в зоне контакта. Подачу графитовой пасты осуществляют через отверстие неподвижного упомянутого электрод-инструмента в зону контакта электрод-инструмента с поверхностью детали под давлением 2-3 МПа. Нагрев осуществляют посредством пропускания через упомянутую зону контакта электрического тока 800-1000 А при скорости подачи электрод-инструмента по поверхности детали, составляющей 0,4-0,5 м/мин. Обеспечивается износостойкость, эффективность и качество электромеханической обработки деталей из малоуглеродистых сталей. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области металлообработки, в частности к методам упрочнения поверхностей деталей машин электромеханической обработкой, направлено на повышение износостойкости изделий изготовленных из малоуглеродистых сталей в условиях массового и ремонтного производства.
Известны способы электромеханической обработки деталей машин (см. Аскинази, Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой / Б.М. Аскинази. - Л.: Машиностроение. - 1989. - 184 с. и Яковлев, С.А. Влияние электрофизических параметров на электромеханическую обработку деталей машин: монография / С.А. Яковлев. - Ульяновск: УВАУ ГА (И), 2014. - 129 с.) при которых через зону контакта деформирующего электрод-инструмента (ролика или пластины) и детали проходит ток большой плотности (108-109 А/м2) и низкого (1-6 В) напряжения, вследствие чего на контактирующей поверхности изделия выделяется большое количество тепла, происходят высокоскоростной нагрев локального микрообъема поверхности с одновременным его пластическим деформированием и последующее интенсивное охлаждение за счет отвода тепла внутрь детали, что приводит к повышению твердости, прочности и износостойкости.
Однако данные способы не позволяют существенно повысить твердость малоуглеродистой стали, что не обеспечивает значительное увеличение износостойкости поверхностей изделий.
Известен способ упрочнения поверхности изделий из низкоуглеродистых сталей (см. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. - М.: Высшая школа, 2001. - 638 с.) путем цементации их поверхности с последующей закалкой. Сущность процесса заключается в диффузионном насыщении поверхностных слоев стали углеродом путем размещения обрабатываемых изделий в среде карбюризатора нагретого до температуры цементации, длительной, до нескольких часов, выдержке изделий при температуре цементации, последующем охлаждении деталей и их закалке. Более производительной технологией цементации является использование в качестве карбюризатора графитовой пасты.
Недостатком этого способа высокая трудоемкость, длительность процесса, необходимость проводить дополнительные стадии термической закалки изделий и их последующей финишной механической обработки.
Известен способ поверхностной обработки малоуглеродистой стали (патент РФ №2197557 - принят за прототип), включающий механическое воздействие рабочим инструментом и нагрев поверхностного слоя изделия путем пропускания электрического тока через зону контакта рабочего инструмента с изделием, отличающийся тем, что одновременно с механическим воздействием рабочим инструментом и нагревом поверхностного слоя изделия осуществляют диффузионное насыщение поверхностного слоя углеродом путем нанесения графитового слоя в зону контакта, при этом нагрев осуществляют пропусканием электрического тока силой 450-650 А через зону контакта рабочего инструмента с изделием со скоростью обработки изделия 0,6-2,5 м/мин при давлении рабочего инструмента на изделие до 250 МПа. Этот способ позволяет частично повысить твердость и износостойкость поверхности.
Недостатками этого способа является необходимость предварительного нанесения графитового слоя, недостаточная степень и глубина науглероживания поверхности. Относительно высокая скорость обработки (0,6-2,5 м/мин) и малый ток (450-500 А) приводят к недостатку времени и температуры на прохождение процессов диссоциации, адсорбции, диффузии при насыщении поверхности детали атомарным углеродом. Все это не обеспечивает необходимую твердость и глубину упрочненной поверхности и недостаточно повышает износостойкость
Достигаемый технический результат - повышение износостойкости обработанных электромеханической обработкой поверхностей изделий изготовленных из малоуглеродистых сталей путем интенсификации процессов насыщения поверхности атомарным углеродом.
Указанный технический результат достигается тем, что в процессе электромеханической обработки происходит более интенсивное диффузионное насыщение поверхностного слоя углеродом путем подачи графитового слоя в зону контакта, за счет того что подача графитовой пасты осуществляется через отверстие неподвижного инструмента в зону контакта инструмента с поверхностью детали под давлением 2…3 МПа, при этом электромеханическая обработка проводится силой тока 800-1000 А через зону контакта рабочего инструмента с изделием со скоростью обработки поверхности изделия 0,4…0,5 м/мин.
На фиг. 1 представлена схема электромеханической обработки поверхности деталей из малоуглеродистой стали.
Способ осуществляется следующим образом. Через зону контакта перемещающейся со скоростью v=0,4…0,5 м/мин по поверхности детали 1 и неподвижного деформирующего электрод-инструмента 2, соединенных между собой электрически с помощью контактных шин 4, проходит ток силой 800…1000 А, вследствие чего на контактирующей поверхности изделия выделяется большое количество тепла, происходят высокоскоростной нагрев локального микрообъема поверхности с одновременным его пластическим деформированием при давлении рабочего инструмента Р1. Одновременно с этим через отверстие электрод-инструмента в место контакта под давлением P2=2-3 МПа (например, создается поршнем - на рисунке не показано) подается графитовая паста 3 (композиционная графитовая паста, в которой связующим веществом является, например, солидол, керосин и олифа, а наполнителем - измельченный графит при установленных технологических пропорциях между этими компонентами). Процессы диссоциации начинают протекать уже в отверстии инструмента, чему дополнительно способствует интенсивный нагрев рабочего инструмента от прохождения электрического тока. В месте контакта инструмента с деталью графитовая паста нагревается до температуры 1000…1200°С, что значительно интенсифицирует процессы адсорбции и мгновенной диффузии атомов углерода в нагретую до аустенитного состояния поверхность изделия. При остывании нагретого участка приводит упрочнение науглероженного слоя с образованием направленного микрорельефа на рабочей поверхности, т.е. к совокупности свойств, значительно повышающих износостойкость рабочих поверхностей трения.
Уменьшение силы тока менее 800 А не обеспечивает достаточный прогрев поверхностных слоев выше температуры фазовых превращений на глубину 1-1,2 мм и интенсификацию науглероживания поверхности. Увеличение скорости обработки более 0,5 м/мин сокращает время науглероживания, что не позволяет увеличить содержание углерода на необходимую глубину.
Увеличение силы тока более 1000 А и уменьшение скорости обработки менее 0,4 м/мин приводит к перегреву и оплавлению поверхностных слоев обрабатываемой детали, что снижает качество поверхности изделия.
Уменьшение давления на графитовую пасту Р2 менее 2 МПа не обеспечивает должную интенсификацию процесса науглероживания поверхности. Увеличение давления Р2 выше 3 МПа практически не изменяет процесс науглероживания.
Давление Р1, прикладываемое к рабочему электрод-инструменту 2, материал инструмента, форма его рабочей поверхности и конфигурация отверстия для подачи графитовой пасты, подача инструмента вдоль заготовки принимаются исходя из заданных требований к качеству обрабатываемой поверхности.
Например, образцы из стали 10, обработанные на заявленных в предложенном способе режимах, на специально оборудованном установкой для электромеханической обработки токарном станке мод. 1К62, были подвергнуты металлографическим исследованиям, в результате которых на упрочненных участках поверхности образцов выявлена концентрация углерода до 1,1%. Глубина закаленного (цементованного) слоя составила до 0,75 мм.
Обработанный по предлагаемому способу поверхностный слой в прилегающей к границе области состоит из мелкодисперсного мартенсита, более глубокие слои из более крупных игл мартенсита, на границе с исходным металлом фиксируются зоны распространения углерода из цементитных пластин перлитных зерен в ферритные области.
Предлагаемый способ обеспечивает дополнительное снижение шероховатости обработанной поверхности, а также небольшие энергетические затраты при его реализации.
Испытания образцов на машине трения СМТ-1 показали увеличение износостойкости изделий на 10-12% по сравнению с прототипом.
Claims (1)
- Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали, включающий одновременное осуществление подачи графитовой пасты в зону контакта электрод-инструмента с поверхностью детали, механического воздействия электрод-инструментом на поверхность упомянутой детали и нагрева ее поверхности путем пропускания электрического тока через зону контакта электрод-инструмента с деталью для диффузионного насыщения поверхности углеродом в зоне контакта, отличающийся тем, что подачу графитовой пасты осуществляют через отверстие неподвижного упомянутого электрод-инструмента в зону контакта электрод-инструмента с поверхностью детали под давлением 2-3 МПа, нагрев осуществляют посредством пропускания через упомянутую зону контакта электрического тока 800-1000 А при скорости подачи электрод-инструмента по поверхности детали, составляющей 0,4-0,5 м/мин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113841A RU2667948C1 (ru) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113841A RU2667948C1 (ru) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2667948C1 true RU2667948C1 (ru) | 2018-09-25 |
Family
ID=63668953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113841A RU2667948C1 (ru) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2667948C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2197557C2 (ru) * | 2001-03-16 | 2003-01-27 | Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия | Способ поверхностной обработки малоуглеродистой стали |
| US6579567B1 (en) * | 1999-08-11 | 2003-06-17 | Nripendra N. Das | Process for selectively masking turbine components during vapor phase diffusion coating |
| RU2352444C2 (ru) * | 2007-02-28 | 2009-04-20 | Евгений Владимирович Болтенко | Способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин |
| JP5305820B2 (ja) * | 2008-10-08 | 2013-10-02 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 浸炭部品の製造方法及び鋼部品 |
| RU2530432C2 (ru) * | 2013-01-31 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Информационные и промышленные технологии" | Способ нанесения наноалмазного материала комбинированной электромеханической обработкой |
-
2017
- 2017-04-20 RU RU2017113841A patent/RU2667948C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6579567B1 (en) * | 1999-08-11 | 2003-06-17 | Nripendra N. Das | Process for selectively masking turbine components during vapor phase diffusion coating |
| RU2197557C2 (ru) * | 2001-03-16 | 2003-01-27 | Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия | Способ поверхностной обработки малоуглеродистой стали |
| RU2352444C2 (ru) * | 2007-02-28 | 2009-04-20 | Евгений Владимирович Болтенко | Способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин |
| JP5305820B2 (ja) * | 2008-10-08 | 2013-10-02 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 浸炭部品の製造方法及び鋼部品 |
| RU2530432C2 (ru) * | 2013-01-31 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Информационные и промышленные технологии" | Способ нанесения наноалмазного материала комбинированной электромеханической обработкой |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2445378C2 (ru) | Способ получения износостойкой поверхности металлов и их сплавов (варианты) | |
| CN100363528C (zh) | 化学热处理固体稀土催渗剂 | |
| Plotnikova et al. | Perspective of high energy heating implementation for steel surface saturation with carbon | |
| Balanovsky et al. | Comparative metallographic analysis of the structure of St3 steel after being exposed to different ways of work-hardening | |
| RU2667948C1 (ru) | Способ электромеханической обработки поверхности детали из малоуглеродистой стали | |
| RU2532777C1 (ru) | Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей | |
| RU2572676C1 (ru) | Способ электромеханического дорнования | |
| Skakov et al. | Influence of electrolyte plasma treatment on structure, phase composition and microhardness of steel Р6М5 | |
| RU2419676C1 (ru) | Способ ионно-вакуумного азотирования длинномерной стальной детали в тлеющем разряде | |
| Jong-Do et al. | Laser transformation hardening on rod-shaped carbon steel by Gaussian beam | |
| Dayanç et al. | The cathodic electrolytic plasma hardening of steel and cast iron based automotive camshafts | |
| RU2339704C1 (ru) | Способ комбинированной магнитно-импульсной обработки поверхностей инструментов и деталей машин | |
| Skakov et al. | Modification of structure and properties of steel Р6М5 at electrolyte plasma treatment | |
| RU2677908C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| Skakov et al. | Change of structure and wear resistance of P6M5 steel from processing in electrolyte plasma | |
| RU2197557C2 (ru) | Способ поверхностной обработки малоуглеродистой стали | |
| RU2599950C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей | |
| RU2198954C2 (ru) | Способ упрочнения поверхностей деталей | |
| RU2559606C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| RU2684033C1 (ru) | Способ и устройство для обработки металлических изделий | |
| US3357869A (en) | Method of heat-treating steel machine parts | |
| RU2295578C2 (ru) | Способ поверхностного упрочнения | |
| RU2585585C2 (ru) | Способ электромеханического дорнования | |
| RU2462517C2 (ru) | Способ обработки поверхностей стальных деталей | |
| Skakov et al. | The formation of modified layers at high-speed steels after electrolytic-plasma nitriding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190421 |