RU2677906C1 - Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей - Google Patents
Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677906C1 RU2677906C1 RU2017138447A RU2017138447A RU2677906C1 RU 2677906 C1 RU2677906 C1 RU 2677906C1 RU 2017138447 A RU2017138447 A RU 2017138447A RU 2017138447 A RU2017138447 A RU 2017138447A RU 2677906 C1 RU2677906 C1 RU 2677906C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- plasma
- hardening
- plastic deformation
- tools
- Prior art date
Links
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
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки деталей и может быть использовано в различных областях машиностроения для защиты и упрочнения поверхностей деталей с целью снижения шероховатости, повышения плотности. Способ упрочнения поверхности стальной детали включает нанесение плазменным напылением на деталь порошкового металлического покрытия и последующее его пластическое деформирование инструментом совместно с пропусканием электрического тока, при этом перед пластическим деформированием деталь с плазменным металлическим покрытием нагревают до температуры 100-600°С, а пластическое деформирование осуществляют последовательно тремя инструментами, установленными в одной плоскости, через которые пропускается электрический ток, при этом ширина контактной поверхности инструментов определяется из условия: в1=(1÷2)⋅в2=(2÷5)⋅в3, где в1, в2, в3 - ширина контактной поверхности инструмента, через который осуществляется электроконтактный нагрев. Техническим результатом изобретения является снижение остаточной пористости плазменного покрытия и его шероховатости, повышение когезионной, адгезионной прочности и микротвердости. 3 пр.
Description
Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки стальных деталей и может быть использовано в различных областях машиностроения для защиты и упрочнения поверхностей стальных деталей с целью снижения остаточной пористости, шероховатости и повышения прочности (когезии) порошкового металлического покрытия, нанесенного плазменным напылением, а также прочности сцепления (адгезии) на границе порошковое металлическое покрытие - основной металл.
Известен способ деформационного упрочнения изделий с покрытиями, полученными наплавкой [Влияние последующей деформационной обработки на перераспределение напряжений в наплавленных валах. / В.И. Махненко и др. Автоматическая сварка, 2001, №7, с. 3-6]. Причинами, препятствующими достижению требуемого технического результата: снижения шероховатости, остаточной пористости плазменного покрытия и повышения когезионной, адгезионной прочности, являются невозможность существенного увеличения плотности покрытий, полученных из порошковых компонентов вследствие затруднения пластической деформации и невозможность повышения адгезии на границе раздела покрытия с основным металлом.
Известен способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей, заключающийся в одновременном напылении плазменного покрытия и его электромеханической обработке с одновременным охлаждением струей воды высокого давления. (патент РФ №2480533, кл. С23С 4/18, В24В 39/06, В23Н 9/00). Недостатком способа является ограниченная производительность процесса и низкая когезионная прочность между слоями покрытия.
Наиболее близким по технической сущности является способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей (патент РФ №2338005, кл. С23С 4/18, В23Н 9/00), при котором на поверхность изделия плазменным напылением наносят покрытие, а затем покрытие подвергают пластическому деформированию с одновременным пропусканием электрического тока через зону контакта инструмента с покрытием.
Указанный в прототипе способ упрочнения позволяет его использовать для ограниченных по величине толщин покрытий порядка 0,1-0,5 мм, при превышении которых покрытие из-за высоких остаточных напряжений может растрескиваться и отслаиваться. Также деформация покрытия одним инструментом приводит к выдавливанию материала покрытия из под ролика в процессе его нагрева на температуру 900-1200°С, что приводит к формированию характерного макрорельефа, т.е. требуется последующая чистовая обработка для получения покрытия с низкой шероховатостью.
Задачей изобретения является: новый способ, обеспечивающий снижения остаточной пористости, шероховатости и повышения прочности (когезии) порошкового металлического покрытия, нанесенного плазменным напылением, а также прочности сцепления (адгезии) на границе порошковое металлическое покрытие - основной металл путем его дополнительного нагрева и пластического деформирования тремя инструментами с пропусканием электрического тока.
Технический результат: 1) снижение остаточной пористости плазменного металлического покрытия; 2) снижение шероховатости; 3) повышение микротвердости, когезионной, адгезионной прочности плазменного металлического покрытия на 100-300%. Технический результат достигается тем, что способ упрочнения поверхности стальной детали, включающий нанесение плазменным напылением на деталь порошкового металлического покрытия и последующее его пластическое деформирование инструментом совместно с пропусканием электрического тока, заключается в том, что перед пластическим деформированием деталь с плазменным металлическим покрытием нагревают до температуры 100-600°С, а пластическое деформирование осуществляют последовательно тремя инструментами, установленными в одной плоскости, через которые пропускается электрический ток, при этом ширина контактной поверхности инструментов определяется из условия: в1=(1÷2)⋅в2=(2÷5)⋅в3, где в1, в2, в3 - ширина контактной поверхности инструмента, через который осуществляется электроконтактный нагрев.
Получаемый технический результат можно объяснить тем, что вследствие деформирования и нагрева порошкового металлического покрытия происходит заполнение пор, сварка по границам частиц в порошковом металлическом покрытии, сварка на границе покрытия с основным металлом, выглаживание шероховатости поверхности плазменного покрытия. Дополнительный нагрев плазменного покрытия до температуры 100-600°С повышает пластичность плазменного покрытия и снижает вероятность формирования холодных трещин в процессе электромеханической обработки. Нижний интервал 100°С температурного диапазона обоснован необходимостью повышения пластичности обрабатываемого материала для снижения вероятности образования холодных трещин при пластическом деформировании инструментом с пропусканием электрического тока, а верхний интервал температур 600°С ограничивается началом окисления материала покрытия. В сравнении с прототипом применение дополнительного нагрева на 100-600°С позволяет обрабатывать хрупкие покрытия, т.е. снизить вероятность образования холодных трещин, и, как следствие, разрушение покрытия при обработке. Использование трех инструментов, через которые пропускается электрический ток, повышает стабильность электроконтактного нагрева, а также снижает остаточную пористость в металлическом покрытии и повышает качество сварки напыленных частиц в плазменном покрытии и плазменного покрытия с основным металлом. Величина пропускаемого через инструменты электрического тока выбирается из условия нагрева поверхности плазменного покрытия в зоне контакта с первым инструментом до температуры 600-700°С, со вторым инструментом до температуры 900-1000°С, а с третьим инструментом до температуры 1000-1200°С. Большая ширина первого инструмента, через который пропускается электрический ток в сравнении с вторым и третьим инструментом, позволяет осуществлять нагрев большей площади поверхности плазменного покрытия до температуры 600-700°С, что позволяет только снизить шероховатость поверхности для обеспечения контакта второго и третьего инструмента с поверхностью плазменного покрытия. Применение второго и третьего инструмента необходимо для электроконтактного нагрева плазменного покрытия до температуры 900-1200°С, второй инструмент имея большую ширину, чем третий обеспечивает нагрев до температуры 900-1000°С, а третий инструмент позволяет нагревать плазменное покрытие до температуры 1000-1200°С. При этом величина деформирующего усилия каждого инструмента определяется по формуле как в изобретении прототипе. Вследствие высокой температуры нагрева под вторым и третьим инструментом, а также пластического деформирования плазменного покрытия, обеспечивается условие повышения прочности (когезии) плазменного покрытия, а также прочности сцепления (адгезии) на границе плазменное покрытие - основной металл.
Пример 1.
В процессе нанесения защитного покрытие на цилиндрическое изделие из стали Ст.3 сформировали покрытие в три стадии. На первой стадии плазменным напылением порошка хром-марганцевой стали сформировали покрытие толщиной 800 мкм с шероховатостью Rz 50. На второй стадии деталь с покрытием нагревается на температуру 100°С. На третьей стадии осуществляется деформация покрытия тремя инструментами, с пропусканием электрического тока и шириной первого, второго и третьего инструментов соответственно 4, 2, 1 мм. Шероховатость покрытия снижается до величины Ra 1,25. Пористость снижается с 10% до 2%. Микротвердость повышается с 2700 МПа до 5800 МПа. Когезионная прочность повышается с 110 МПа до 310 МПа.
Пример 2.
В процессе нанесения защитного покрытие на цилиндрическое изделие из стали Ст.3 сформировали покрытие в три стадии. На первой стадии плазменным напылением порошка никелевого сплава сформировали покрытие толщиной 900 мкм с шероховатостью Rz 50. На второй стадии деталь с покрытием нагревается на температуру 500°С. На третьей стадии осуществляется деформация покрытия тремя инструментами, с пропусканием электрического тока и шириной первого, второго и третьего инструментов соответственно 4, 2, 1 мм. Шероховатость покрытия снижается до величины Ra 0,63. Пористость снижается с 8% до 2%. Микротвердость повышается с 3500 МПа до 7000 МПа. Когезионная прочность повышается с 100 МПа до 300 МПа, адгезионная прочность повышается с 70 до 210 МПа.
Пример 3.
В процессе нанесения защитного покрытие на цилиндрическое изделие из стали Ст.3 сформировали покрытие в три стадии. На первой стадии плазменным напылением порошка высокохромистого чугуна сформировали покрытие толщиной 800 мкм с шероховатостью Rz 50. На второй стадии деталь с покрытием нагревается на температуру 600°С. На третьей стадии осуществляется деформация покрытия тремя инструментами, с пропусканием электрического тока и шириной первого, второго и третьего инструментов соответственно 4, 2, 1 мм. Шероховатость покрытия снижается до величины Ra 0,63. Пористость снижается с 10% до 2%. Микротвердость повышается с 4000 МПа до 10000 МПа. Адгезионная прочность повышается с 50 до 110 МПа.
По предлагаемому способу упрочнения стальной детали получено снижение шероховатости поверхности плазменного покрытия, остаточной пористости и повышение микротвердости, когезионной, адгезионной прочности на 100-300%.
Claims (1)
- Способ упрочнения поверхности стальной детали, включающий нанесение плазменным напылением на деталь порошкового металлического покрытия и последующее его пластическое деформирование инструментом совместно с пропусканием электрического тока, отличающийся тем, что перед пластическим деформированием деталь с плазменным металлическим покрытием нагревают до температуры 100-600°С, а пластическое деформирование осуществляют последовательно тремя инструментами, установленными в одной плоскости, через которые пропускается электрический ток, при этом ширина контактной поверхности инструментов определяется из условия: в1=(1÷2)⋅в2=(2÷5)⋅в3, где в1, в2, в3 - ширина контактной поверхности инструмента, через который осуществляется электроконтактный нагрев.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138447A RU2677906C1 (ru) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017138447A RU2677906C1 (ru) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2677906C1 true RU2677906C1 (ru) | 2019-01-22 |
Family
ID=65085193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017138447A RU2677906C1 (ru) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2677906C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5298095A (en) * | 1991-12-20 | 1994-03-29 | Rmi Titanium Company | Enhancement of hot workability of titanium base alloy by use of thermal spray coatings |
RU2338005C2 (ru) * | 2006-12-20 | 2008-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей |
CN101994079A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-03-30 | 江阴东大新材料研究院 | 在轴类零件表面制备高致密度涂层的喷涂-旋压方法 |
RU2480533C1 (ru) * | 2011-10-11 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Доступная робототехника" | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей |
US9663870B2 (en) * | 2013-11-13 | 2017-05-30 | Applied Materials, Inc. | High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components |
-
2017
- 2017-11-03 RU RU2017138447A patent/RU2677906C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5298095A (en) * | 1991-12-20 | 1994-03-29 | Rmi Titanium Company | Enhancement of hot workability of titanium base alloy by use of thermal spray coatings |
RU2338005C2 (ru) * | 2006-12-20 | 2008-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей |
CN101994079A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-03-30 | 江阴东大新材料研究院 | 在轴类零件表面制备高致密度涂层的喷涂-旋压方法 |
RU2480533C1 (ru) * | 2011-10-11 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Доступная робототехника" | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей |
US9663870B2 (en) * | 2013-11-13 | 2017-05-30 | Applied Materials, Inc. | High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6084996B2 (ja) | 低温セラミックスコーティングの密着力強化方法 | |
Guu et al. | Improvement of fatigue life of electrical discharge machined AISI D2 tool steel by TiN coating | |
Paschke et al. | Optimized plasma nitriding processes for efficient wear reduction of forging dies | |
KR102189424B1 (ko) | 프레스 성형-경화된 알루미늄 기반 코팅 강판으로 만들어진 부품 및 이 같은 부품을 생산하기 위한 방법 | |
KR101722239B1 (ko) | 열용사코팅 및 초음파 나노크리스탈 표면개질을 이용한 표면처리방법 | |
CN108251784A (zh) | 乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法及包括其的柱塞 | |
RU2677906C1 (ru) | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей | |
CN107419213A (zh) | 一种金属基体的表面防腐方法 | |
Rausch et al. | Influence of machine hammer peening on the tribological behavior and the residual stresses of wear resistant thermally sprayed coatings | |
KR101719452B1 (ko) | 열간단조금형의 표면처리방법 및 그 열간단조금형 | |
KR101680867B1 (ko) | 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법 | |
US7332199B2 (en) | Thermal spraying of a piston ring | |
CN109913787B (zh) | 一种冶金结合的耐磨耐腐蚀复合涂层的制备方法 | |
Wang et al. | Effect of heat treatment in air on bonding strength and micro-structure of Al 2 O 3-13 wt% TiO 2/NiCrAl coating prepared by air plasma-spray process | |
RU2657670C2 (ru) | Способ восстановления изношенных поверхностей металлических деталей | |
RU2480533C1 (ru) | Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей | |
CN111304580A (zh) | 一种等离子喷涂锌铝镁钢板的生产方法 | |
JPS606216A (ja) | 造管加工用ガイドシユ− | |
Vostřák et al. | Adhesion of HVOF Sprayed Coatings on Laser Textured Steel and Ceramics Substrates | |
RU2765559C1 (ru) | Способ упрочнения цилиндрического изделия с покрытием поверхностно-пластическим деформированием | |
KR100273896B1 (ko) | 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 설비중 욕조(pot)내 설치된 침지롤(sinkroll)및 지지롤(stabilizingroll)의 세라믹 플라즈마 용사 제조방법 | |
CN107649515A (zh) | 一种热轧制备钛合金表面高硬度耐磨TiFe/Ti复合材料涂层的方法 | |
US20240084430A1 (en) | Method to produce high corrosion and wear resistant cast iron components by water jet surface activation, nitrocarburization and thermal spray coating | |
Zdravecká et al. | The corrosion-resistant Ni-based coatings and their tribological properties | |
KR102078700B1 (ko) | 고내식성 용융 알루미늄 도금 강판 제조 설비 중 포트롤 및 그 제조방법 |