RU2687066C2 - Способ обработки азотированного/углеродоазотированного изделия - Google Patents
Способ обработки азотированного/углеродоазотированного изделия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687066C2 RU2687066C2 RU2017101691A RU2017101691A RU2687066C2 RU 2687066 C2 RU2687066 C2 RU 2687066C2 RU 2017101691 A RU2017101691 A RU 2017101691A RU 2017101691 A RU2017101691 A RU 2017101691A RU 2687066 C2 RU2687066 C2 RU 2687066C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- nitrated
- surface layer
- laser
- welding
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 52
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 9
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 16
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000005493 welding type Methods 0.000 description 1
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
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
- C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/60—Preliminary treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/235—Preliminary treatment
-
- 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
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
-
- 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
- C23C8/06—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 gases
- C23C8/08—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 gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
-
- 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
- C23C8/06—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 gases
- C23C8/08—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 gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
- C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
-
- 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
- C23C8/06—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 gases
- C23C8/28—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 gases more than one element being applied in one step
-
- 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
- C23C8/80—After-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение относится к способу обработки азотированного/углеродоазотированного изделия, включающему: подвержение по меньшей мере части изделия первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью до тех пор, пока поверхностный слой взятой части не будет преобразован частично или полностью, и до тех пор, пока распределение концентрации азота в зоне диффузии не будет изменено, и подвержение для преобразования поверхностного слоя части, по меньшей мере обработанной посредством лазера, второму этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, чтобы сделать возможным снижение концентрации азота в нижележащем диффузионном слое. Также раскрыт способ сварки азотированного/углеродоазотированного изделия, включающий образование сварного соединения на обработанной указанным выше способом части изделия. Технический результат – обеспечение сварки высокого качества за счет преобразования поверхностного слоя изделия путем изменения распределения концентрации азота в зоне диффузии. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Изобретение относится к способу обработки азотированного изделия.
Как очень хорошо известно специалистам в данной области техники, азотирование/углеродоазотирование является диффузией азота в поверхность металлического изделия, которое как правило предварительно обработано, например, посредством закалки или закалки с последующим отпуском. Происходит проникновения азота, и с элементами сплава стали образовываются нитриды, вызывая поверхностное упрочнение, что обеспечивает желаемые свойства, например, твердость поверхности в диапазоне твердости по Виккерсу (HV) от 750 до 1100 HV для большинства сталей.
Различные способы могут быть применены для выполнения процесса азотирования per se, среди которых можно упомянуть газовое азотирование, азотирование при низком давлении, азотирование в соляной ванне и ионное азотирование, при этом этот перечень не является исчерпывающим. Ионное азотирование проводят в печи в вакууме при помощи контролируемого потока активного газа, который диссоциируют плазмой.
По существу, азотированный слой имеет на своей поверхности, «комбинированный слой» или «белый слой», в котором азот может быть объединен в виде нитрида железа, который имеет очень высокую твердость для того, чтобы облегчить трение, при одновременном увеличении сопротивления износу и истиранию. Под комбинированным слоем, который может иметь толщину, находящуюся приблизительно в диапазоне от 5 микрометров (мкм) до 25 мкм, присутствует нижележащий диффузионный слой, который обеспечивает усталостную прочность и который усиливает сопротивление износу. Состав и толщина слоев зависят от взятой марки стали и от параметров обработки.
Азотирование, в частности, широко применяется для увеличения сопротивления усталости, износу и истиранию. Тем не менее, испытания показали, что азот является особенно вредным для свариваемости, так как в поверхностном слое присутствуют дефекты в виде пористости и пустот. Таким образом, испытания, выполненные для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG) и для сварки лазерным лучом (LBW) на выполненных из стали марки XC 48 изделий, предварительно подвергнутых процессу азотирования, показали, что азотирование сильно влияет на процесс сварки независимо от применяемого способа. Сварные швы были неоднородными с большими пустотами, присутствующими в больших количествах.
Таким образом, для сварки азотированных или углеродоазотированных изделий при хороших условиях представляется важным преобразование поверхностного слоя в части изделия, где образовывают сварное соединение.
Различные решения, в частности, решения, связанные с защитой или защитным покрытием, были предложены для образования сварного соединения на изделии, которое является азотированным.
Например, было предложено выполнить механическую защиту временным покрытием, которая как правило, выполняется в два этапа, один из которых выполняется перед обработкой азотированием/углеродоазотированием и включает нанесение временного защитного покрытия, и другой этап, выполняемый после указанной обработки, включает удаление указанного временного защитного покрытия. Такой способ является трудным для реализации на сложных формах. Износ и стоимость таких временных защитных покрытий и стоимость процессов предварительного нанесения и последующего удаления также являются значительными.
Также было предложено, в том числе для азотирования и углеродоазотирования, обеспечение временного защитного покрытия краской на медной основе, которая образовывает эффективный барьер для соединений азота или углерода. Тем не менее, такой способ является дорогостоящим, относительно длительным в реализации с учетом времени сушки, необходимой для обработки, а затем для удаления краски. Также было выявлено, что могут возникнуть остаточные напряжения и могут быть вызваны деформации. Следует учитывать, что этот тип решения возможен только для газового азотирования и/или ионного азотирования и не возможен для азотирования в соляных ваннах.
Возможно выполнение процессов обработки токарного и фрезерного типа в зоне комбинированного слоя, которая должна быть преобразована. Однако, такие процессы являются трудными для применения в сложных зонах или множественных зонах.
Кроме того, отмечается, что лишь механическое удаление комбинированного слоя не позволяет изменять концентрацию азота в зоне диффузии и, таким образом, гарантировать хорошее качество сварки.
Ссылки могут быть сделаны к идее документа WO 2013/050855, который относится к системе очистки с использованием высокоэнергетического источника тепла для удаления поверхностного покрытия с подложки с целью выполнения сварочных процессов.
Этот документ не относится к обработке азотированной заготовки и не поднимает проблему преобразования по меньшей мере части комбинированного слоя с целью изменения структуры заготовки.
Целью изобретения является исправление этих недостатков простым, надежным, эффективным и рациональным способом.
Задачей, решение которой предложено в изобретении, является облегчение выполнения любой части азотированного/углеродоазотированного изделия совместимой со сваркой путем изменения структуры изделия в зоне поверхностного слоя, где процесс сварки per se может быть выполнен любыми известными и уместными средствами.
В описании ниже термин «поверхностный слой» применен для обозначения по меньшей мере комбинированного слоя, рассматриваемого полностью или частично, и возможно включая, также полностью или частично, диффузионный слой.
С целью решения этой проблемы, изобретение предлагает способ обработки азотированного/углеродоазотированного изделия, при этом способ включает подвержение по меньшей мере части изделия первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, до тех пор, пока поверхностный слой взятой части не будет преобразован частично или полностью, и до тех пор, пока распределение концентрации азота в зоне диффузии не будет изменено.
В результате этих характеристик способ обработки делает возможным на первом этапе преобразование поверхностного слоя и изменение распределения концентрации азота в зоне диффузии, при этом данный первый этап является подходящим для того, чтобы сделать обработанную зону совместимой со сваркой.
Предпочтительные результаты были получены, когда для первого этапа множество проходов выполняли с межлинейным расстоянием между проходами, которое находится в диапазоне от 0,01 мм до 0,05 мм. Межлинейное расстояние составляет предпочтительно 0,02 мм.
Предпочтительно, для решения проблемы преобразования поверхностного слоя и изменения распределения концентрации азота в диффузионном слое применяют волоконный и импульсный лазер, мощностью 20 Вт, который настраивают на приблизительно 20 килогерц (кГц) и 50% от его мощности, расфокусируют на 5 мм и подвергают скорости перемещения приблизительно 300 миллиметров в секунду (мм/с).
Отталкиваясь от данных базовых характеристик, оказалось, что также можно сделать значительные изменения концентрации азота в диффузионном слое. Для этой цели часть, обработанную посредством лазера, в частности, преобразованный поверхностный слой, подвергают второму этапу, на котором по меньшей мере лазерный луч/лучи перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, чтобы сделать возможным снижение концентрации азота в нижележащем диффузионном слое.
Для решения проблемы изменения распределения концентрации азота при уменьшении содержания азота в диффузионном слое для данного второго этапа волоконный и импульсный лазер, мощностью 20 Вт, настраивают на приблизительно 200 кГц и 100% от его мощности, расфокусируют на 5 мм и подвергают скорости, предпочтительно находящейся в диапазоне от 1 мм/с до 10 мм/с.
Исходя из этих характеристик, в изобретении предложен способ сварки азотированного/углеродоазотированного изделия, при этом способ включает:
- подвержение по меньшей мере части изделия первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, до тех пор, пока поверхностный слой взятой части не будет преобразован частично или полностью, и до тех пор, пока распределение концентрации азота в зоне диффузии не будет изменено; и
- образование сварного соединения на обработанной части изделия.
В другой реализации способ сварки включает:
- подвержение по меньшей мере части изделия первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, до тех пор, пока поверхностный слой взятой части не будет преобразован частично или полностью, и до тех пор, пока распределение концентрации азота в зоне диффузии не будет изменено;
- подвержение для преобразования поверхностного слоя части, по меньшей мере обработанной посредством лазера, второму этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, чтобы сделать возможным снижение концентрации азота в нижележащем диффузионном слое; и
- образование сварного соединения на обработанной части изделия.
Изобретение описано более подробно ниже со ссылкой на фигуры прилагаемых графических материалов, на которых:
- на фиг. 1 показан пример изделия, имеющего азотированную верхнюю поверхность и имеющую зону (A), обработанную посредством реализации первого этапа способа согласно изобретению, и зону (B), обработанную посредством реализации первого и второго этапов способа согласно изобретению;
- на фиг. 2, 2A и 2B даны кривые, показывающие процентное содержание азота относительно глубины азотированной зоны изделия (фиг. 2), зоны (A), обработанной посредством реализации первого этапа (фиг. 2A), и зоны (B), обработанной посредством реализации обоих этапов способа (фиг. 2B);
- фиг 3 и 4 показывают присутствие сварного соединения, выполненного сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа, одна для азотированной поверхности (фиг. 3), а другая для азотированный поверхности, имеющей зону, которая была обработана посредством реализации первого этапа способа (фиг. 4);
- фиг 5 и 6 являются эндоскопическими картинами, показывающими сварное соединение, выполненное сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа, одна для азотированной поверхности (фиг. 5), а другая для азотированный поверхности, имеющей зону, которая была обработана посредством реализации первого этапа способа (фиг. 6); и
- фиг 7 и 8 являются эндоскопическими картинами, показывающими сварное соединение, выполненное лазерной сваркой, одна для азотированной поверхности (фиг. 7), а другая для азотированной поверхности, имеющей зону, которая была обработана посредством реализации первого этапа способа (фиг. 8).
Фиг. 1 показывает неограничивающий пример изделия, обозначенного в целом ссылкой 1 и имеющего азотированную поверхность (1a). На азотированной поверхности (1a) зона (A) обработана посредством реализации первого этапа способа согласно изобретению и зона (B) обработана посредством реализации первого этапа и второго этапа способа обработки. Сварной шов (2) образован по всей длине изделия (1) как в азотированной зоне (1a), так и в зоне, обработанной посредством реализации способа согласно изобретению на одном или двух этапах, охарактеризованных соответственно зоной А и зоной В.
Следует напомнить, что целью данного изобретения является изменение структуры изделия (1) посредством преобразования поверхностного слоя для того чтобы сделать возможным выполнение любого типа сварки в зоне, обработанной таким образом.
Таким образом, зону (A) подвергают первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход до тех пор, пока поверхностный слой не будет полностью удален с указанной зоны азотированной поверхности (1a). Предпочтительные результаты были получены, когда множество проходов выполняли с межлинейным расстоянием между проходами, которое находится в диапазоне от 0,01 мм до 0,05 мм, и предпочтительно с межлинейным расстоянием 0,02 мм. Этот способ реализовывают посредством волоконного и импульсного лазера, мощностью 20 Вт, который настроен на приблизительно 20 кГц и 50% от его мощности, расфокусированного на 5 мм и подвергнутого скорости перемещения приблизительно 300 мм/с.
Для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа сделана ссылка на кривые на фиг. 2, 2A и 2B и на шлифы по фиг. 5 и 6. Фиг. 6 показывает сварное соединение, выполненное вольфрамовым электродом в среде инертного газа в зоне (A), обработанной посредством реализации первого этапа способа обработки, для сравнения с фиг. 5, которая показывает сварное соединение, выполненное вольфрамовым электродом в среде инертного газа на необработанной азотированной поверхности.
Для лазерной сварки сделана ссылка на кривые на фиг. 2, 2A и 2B и на шлифы по фиг. 7 и 8. Фиг. 8 показывает лазерное сварное соединение в зоне (A), обработанной посредством реализации первого этапа способа обработки, для сравнения с фиг. 7, которая показывает лазерное сварное соединение на необработанной азотированной поверхности.
Зону (B) изделия (1) предварительно обрабатывают посредством реализации первого этапа способа согласно изобретению, как указано выше.
Эту зону затем подвергают второму этапу, на котором лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход, так чтобы сделать возможным изменение распределения концентрации азота в указанной зоне в нижележащем диффузионном слое. Для данного второго этапа также применяют волоконный и импульсный лазер мощностью 20 Вт с различными настройками.
Таким образом, лазер устанавливают на приблизительно 200 кГц и 100% его мощности, расфокусируют на 5 мм и подвергают скорости перемещения приблизительно в диапазоне от 1 мм/с до 10 мм/с. Второй этап выполняют за единственный проход.
Ссылка сделана на кривую на фиг. 2B, которая показывает дополнительное уменьшение содержания азота между двумя этапами способа. Данные существенные потери азота являются труднодостижимыми с настройками согласно первому этапу.
Эти различные испытания показывают, что сварное соединение над азотированной поверхностью образовывало неоднородно распределенный вид, имеющий поверхностные отверстия (фиг. 3), которые были сквозными пустотами (фиг. 5).
Эти шлифы показывают, что изобретение дает результаты с хорошими характеристиками для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, а также, при малой протяженности, для лазерной сварки.
При связывании второго этапа со способом также было отмечено, что распределение концентрации азота было изменено. Это изменение характеризовалось снижением содержания азота в нижележащем диффузионном слое.
Это является результатом характеристик способа согласно изобретению, выражающихся в том, что обработка изменяет структуру изделия посредством преобразования поверхностного слоя и, в результате, делает возможной сварку азотированного изделия.
Этот процесс лазерной обработки является относительно недорогим, поскольку один процесс является достаточным и дает возможность обрабатывать все типы обрабатываемых деталей с очень высокой степенью точности, в том числе особые зоны или сложные формы.
Подводя итог и принимая во внимание тот факт, что азотирование не совместимо с процессом сварки, способ обработки дает возможность на первом этапе преобразовать поверхностный слой и изменить распределение концентрации азота в зоне диффузии. Результаты с хорошими характеристиками могут быть достигнуты не только для сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, но также для лазерной сварки. Этот первый этап является достаточным, чтобы сделать зону совместимой со сваркой.
На втором этапе способа обработки возможно изменить распределение концентрации азота при снижении содержания азота в диффузионном слое. Удивительно и неожиданно оказалось, что снижение концентрации азота в зоне диффузии дало обратный результат, а именно, сварка была более низкого качества. Данное уменьшение содержания азота в диффузионном слое может быть важным для определенных применений, например, для уменьшения хрупкости изделий.
Claims (13)
1. Способ обработки азотированного/углеродоазотированного изделия, при этом способ включает:
- подвержение по меньшей мере части изделия первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью до тех пор, пока поверхностный слой взятой части не будет преобразован частично или полностью, и до тех пор, пока распределение концентрации азота в зоне диффузии не будет изменено; и
- подвержение для преобразования поверхностного слоя части, по меньшей мере обработанной посредством лазера, второму этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, чтобы сделать возможным снижение концентрации азота в нижележащем диффузионном слое.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для первого этапа множество проходов выполняют с межлинейным расстоянием между проходами, которое находится в диапазоне от 0,01 до 0,05 мм.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что межлинейное расстояние составляет предпочтительно 0,02 мм.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для первого этапа, применяют волоконный и импульсный лазер, мощностью 20 Вт, который настраивают на приблизительно 20 кГц и 50% от его мощности, расфокусируют на 5 мм и подвергают скорости перемещения приблизительно 300 мм/с.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для второго этапа применяют волоконный и импульсный лазер мощностью 20 Вт, который настраивают на приблизительно 200 кГц и 100% от его мощности, расфокусируют на 5 мм и подвергают скорости перемещения приблизительно в диапазоне от 1 до 10 мм/с.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для второго этапа выполняют единственный проход.
7. Способ сварки азотированного/углеродоазотированного изделия, при этом способ включает:
- подвержение по меньшей мере части изделия первому этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью до тех пор, пока поверхностный слой взятой части не будет преобразован частично или полностью, и до тех пор, пока распределение концентрации азота в зоне диффузии не будет изменено;
- подвержение для преобразования поверхностного слоя части, по меньшей мере обработанной посредством лазера, второму этапу, на котором по меньшей мере один лазерный луч перемещают за по меньшей мере один проход над указанной частью, чтобы сделать возможным снижение концентрации азота в нижележащем диффузионном слое; и
- образование сварного соединения на обработанной части изделия.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что сварное соединение образовывают сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1457028A FR3023851A1 (fr) | 2014-07-21 | 2014-07-21 | Procede de traitement d'une piece nitruree/ nitrocarburee |
| FR1457028 | 2014-07-21 | ||
| PCT/FR2015/051944 WO2016012697A1 (fr) | 2014-07-21 | 2015-07-16 | Procede de traitement d'une piece nitruree/nitrocarburee |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017101691A RU2017101691A (ru) | 2018-07-19 |
| RU2017101691A3 RU2017101691A3 (ru) | 2018-11-27 |
| RU2687066C2 true RU2687066C2 (ru) | 2019-05-07 |
Family
ID=52473977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017101691A RU2687066C2 (ru) | 2014-07-21 | 2015-07-16 | Способ обработки азотированного/углеродоазотированного изделия |
Country Status (17)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10858720B2 (ru) |
| EP (1) | EP3172353B1 (ru) |
| JP (1) | JP6643312B2 (ru) |
| KR (1) | KR102026872B1 (ru) |
| CN (1) | CN106687245B (ru) |
| AU (1) | AU2015293772B2 (ru) |
| BR (1) | BR112017001421B8 (ru) |
| CA (1) | CA2955675C (ru) |
| ES (1) | ES2676589T3 (ru) |
| FR (1) | FR3023851A1 (ru) |
| MX (1) | MX2017000850A (ru) |
| MY (1) | MY183869A (ru) |
| PL (1) | PL3172353T3 (ru) |
| RU (1) | RU2687066C2 (ru) |
| TR (1) | TR201810563T4 (ru) |
| TW (1) | TWI665334B (ru) |
| WO (1) | WO2016012697A1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251594C1 (ru) * | 2004-06-04 | 2005-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет пищевых производств" Министерства образования Российской Федерации | Способ поверхностного упрочнения изделий из стали |
| US20070116889A1 (en) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | Federal Mogul World Wide, Inc. | Laser treatment of metal |
| RU2319589C2 (ru) * | 2006-04-03 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ диффузионной сварки тонкостенных слоистых конструкций из титановых сплавов |
| UA45549U (ru) * | 2009-07-03 | 2009-11-10 | Национальный Авиационный Университет | Способ дискретной обработки азотированных стальных изделий |
| WO2012084413A1 (de) * | 2010-12-20 | 2012-06-28 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Schraube aus niedrig legiertem kohlenstoffstahl und verfahren zur herstellung einer derartigen schraube |
| US20130087534A1 (en) * | 2011-10-06 | 2013-04-11 | Lincoln Global, Inc. | Apparatus and method for laser cleaning of coated materials prior to welding |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51141748A (en) * | 1975-06-03 | 1976-12-06 | Fujitsu Ltd | Method of razor welding for surface treated materiais |
| JP3073400B2 (ja) * | 1994-08-12 | 2000-08-07 | 三菱重工業株式会社 | 段ロール及びその製造方法 |
| WO2006118243A1 (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Aisin Aw Co., Ltd. | 浸炭高周波焼入部品 |
| WO2007034911A1 (ja) * | 2005-09-26 | 2007-03-29 | Aisin Aw Co., Ltd. | 鋼部材、その熱処理方法、及びその製造方法 |
| CN1757764A (zh) * | 2005-10-25 | 2006-04-12 | 天津修船技术研究所 | 铬钼铜铸铁工件激光固态相变硬化处理方法 |
| JP4793180B2 (ja) * | 2006-09-01 | 2011-10-12 | 大同特殊鋼株式会社 | 高窒素鋼の溶接方法 |
| WO2010028060A1 (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-11 | Zimmer, Inc. | Method for enhancing fretting fatigue resistance of alloys |
| JP5328545B2 (ja) * | 2009-07-31 | 2013-10-30 | 日本パーカライジング株式会社 | 窒素化合物層を有する鉄鋼部材、及びその製造方法 |
| ES2695973T3 (es) * | 2010-05-27 | 2019-01-11 | Mj Liquid Solutions Inc | Método de tratamiento de artículo de acero laminado |
| CN101974666B (zh) * | 2010-11-11 | 2012-09-19 | 杭州沪宁电梯配件有限公司 | 电梯安全钳楔块工作面的激光相变强化处理方法 |
| CN103381523A (zh) * | 2012-05-06 | 2013-11-06 | 什邡市明日宇航工业股份有限公司 | 一种铼合金和钛合金的激光焊接方法 |
-
2014
- 2014-07-21 FR FR1457028A patent/FR3023851A1/fr not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-07-16 WO PCT/FR2015/051944 patent/WO2016012697A1/fr active Application Filing
- 2015-07-16 PL PL15756195T patent/PL3172353T3/pl unknown
- 2015-07-16 US US15/327,116 patent/US10858720B2/en active Active
- 2015-07-16 BR BR112017001421A patent/BR112017001421B8/pt active IP Right Grant
- 2015-07-16 EP EP15756195.2A patent/EP3172353B1/fr active Active
- 2015-07-16 ES ES15756195.2T patent/ES2676589T3/es active Active
- 2015-07-16 CA CA2955675A patent/CA2955675C/fr active Active
- 2015-07-16 RU RU2017101691A patent/RU2687066C2/ru active
- 2015-07-16 MX MX2017000850A patent/MX2017000850A/es active IP Right Grant
- 2015-07-16 CN CN201580039258.5A patent/CN106687245B/zh active Active
- 2015-07-16 KR KR1020177004706A patent/KR102026872B1/ko active IP Right Grant
- 2015-07-16 AU AU2015293772A patent/AU2015293772B2/en active Active
- 2015-07-16 TR TR2018/10563T patent/TR201810563T4/tr unknown
- 2015-07-16 MY MYPI2017700203A patent/MY183869A/en unknown
- 2015-07-16 JP JP2017503494A patent/JP6643312B2/ja active Active
- 2015-07-17 TW TW104123264A patent/TWI665334B/zh active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2251594C1 (ru) * | 2004-06-04 | 2005-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет пищевых производств" Министерства образования Российской Федерации | Способ поверхностного упрочнения изделий из стали |
| US20070116889A1 (en) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | Federal Mogul World Wide, Inc. | Laser treatment of metal |
| RU2319589C2 (ru) * | 2006-04-03 | 2008-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ диффузионной сварки тонкостенных слоистых конструкций из титановых сплавов |
| UA45549U (ru) * | 2009-07-03 | 2009-11-10 | Национальный Авиационный Университет | Способ дискретной обработки азотированных стальных изделий |
| WO2012084413A1 (de) * | 2010-12-20 | 2012-06-28 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Schraube aus niedrig legiertem kohlenstoffstahl und verfahren zur herstellung einer derartigen schraube |
| US20130087534A1 (en) * | 2011-10-06 | 2013-04-11 | Lincoln Global, Inc. | Apparatus and method for laser cleaning of coated materials prior to welding |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HONGPING GU et al. "Laser Beam Welding of Nitride Steel Components", PHYSICS PROCEDIA, vol.12, 15.04.2011, pp.40-45, DOI: 10.1016/J. * |
| HONGPING GU et al. "Laser Beam Welding of Nitride Steel Components", PHYSICS PROCEDIA, vol.12, 15.04.2011, pp.40-45, DOI: 10.1016/J.PHPRO.2011.03.006. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170031771A (ko) | 2017-03-21 |
| CA2955675C (fr) | 2021-10-26 |
| BR112017001421B1 (pt) | 2021-03-30 |
| EP3172353B1 (fr) | 2018-06-13 |
| WO2016012697A1 (fr) | 2016-01-28 |
| TW201619413A (zh) | 2016-06-01 |
| CN106687245B (zh) | 2018-11-02 |
| TWI665334B (zh) | 2019-07-11 |
| CA2955675A1 (fr) | 2016-01-28 |
| BR112017001421A2 (pt) | 2017-11-28 |
| MX2017000850A (es) | 2017-05-01 |
| JP6643312B2 (ja) | 2020-02-12 |
| KR102026872B1 (ko) | 2019-09-30 |
| US20170152582A1 (en) | 2017-06-01 |
| AU2015293772A1 (en) | 2017-02-09 |
| PL3172353T3 (pl) | 2018-09-28 |
| ES2676589T3 (es) | 2018-07-23 |
| RU2017101691A3 (ru) | 2018-11-27 |
| RU2017101691A (ru) | 2018-07-19 |
| TR201810563T4 (tr) | 2018-08-27 |
| CN106687245A (zh) | 2017-05-17 |
| AU2015293772B2 (en) | 2019-12-05 |
| US10858720B2 (en) | 2020-12-08 |
| MY183869A (en) | 2021-03-17 |
| JP2017529240A (ja) | 2017-10-05 |
| EP3172353A1 (fr) | 2017-05-31 |
| BR112017001421B8 (pt) | 2023-01-03 |
| FR3023851A1 (fr) | 2016-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2480693A1 (fr) | Acier inoxydable à variations locales de résistance mécanique | |
| Vedani et al. | Problems in laser repair-welding a surface-treated tool steel | |
| KR20200120922A (ko) | 코팅된 강철 시트의 용접 전처리를 위한 방법 | |
| RU2323265C1 (ru) | Способ лазерно-световой термической обработки металлических материалов с регулируемым нагревом | |
| RU2687066C2 (ru) | Способ обработки азотированного/углеродоазотированного изделия | |
| JP4087349B2 (ja) | パルスレーザ表面処理方法 | |
| RU2590433C1 (ru) | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов | |
| KR20180016818A (ko) | 스테인리스 소구경 파이프 제조방법 | |
| JP2013087351A (ja) | 窒化金属部材およびその製造方法 | |
| Rautio et al. | Microstructure and mechanical properties of laser butt welded laser powder bed fusion manufactured and sheet metal 316L parts | |
| Kang et al. | Plasma diode electron beam heat treatment of cast iron: effect of direct preheating | |
| US20200086425A1 (en) | Method of preparing a zinc coated sheet metal piece for welding | |
| RU2779075C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности детали из конструкционных сталей | |
| RU2634400C1 (ru) | Способ ионного азотирования режущего инструмента из легированной стали | |
| JPS6013045B2 (ja) | 炭素鋼部品の焼入れ加工方法 | |
| Ahn et al. | The effect of shielding gas composition on high power laser welding characteristics | |
| RU2354718C2 (ru) | Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали | |
| RU2323264C1 (ru) | Способ лазерно-световой термической обработки металлических материалов с регулируемым охлаждением | |
| RU2637437C2 (ru) | Способ формирования волокнистого композиционного покрытия | |
| RU2627551C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| JP2022030792A (ja) | 金属加工方法 | |
| RU2062792C1 (ru) | Способ упрочнения быстрорежущей стали | |
| Wang et al. | A study of laser surface modification for GCr15 steel | |
| RU2322513C1 (ru) | Способ лазерно-световой термической обработки металлических материалов с регулируемым изменением температуры | |
| SU1671706A1 (ru) | Способ восстановлени стальных деталей |