RU2725786C1 - Method of increasing strength of a coated part - Google Patents
Method of increasing strength of a coated part Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725786C1 RU2725786C1 RU2019145278A RU2019145278A RU2725786C1 RU 2725786 C1 RU2725786 C1 RU 2725786C1 RU 2019145278 A RU2019145278 A RU 2019145278A RU 2019145278 A RU2019145278 A RU 2019145278A RU 2725786 C1 RU2725786 C1 RU 2725786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- reinforcing element
- frequency
- strength
- ultrasonic treatment
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B39/00—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам повышения прочности деталей с покрытиями из металлов и их сплавов.The invention relates to the field of engineering, and in particular to methods of increasing the strength of parts with coatings of metals and their alloys.
Аналогом изобретения является способ повышения прочности детали с покрытием, включающий поверхностно-пластическое деформирование путем обкатки, с одновременным пропусканием через зону контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью импульсного электрического тока силой 2-5 кА, напряжением 2-3 В, длительностью импульса 0,08-0,2 с и с частотой импульсов 0,16-0,4 Гц, при этом поверхностно-пластическое деформирование осуществляют в радиальном направлении с силой прижима 50-3000 Н, со скоростью перемещения пятна деформации 50-100⋅10-3 м/с при продольной подаче 0,08-0,12 мм/об (Патент РФ №2625508).An analogue of the invention is a method for increasing the strength of a coated part, including surface-plastic deformation by rolling, while passing through the contact zone of the tool with the treated surface a pulsed electric current of 2-5 kA, voltage 2-3 V, pulse duration 0.08-0 , 2 s and with a pulse frequency of 0.16-0.4 Hz, while surface-plastic deformation is carried out in the radial direction with a pressing force of 50-3000 N, with a speed of movement of the strain spot 50-100⋅10 -3 m / s at longitudinal feed 0.08-0.12 mm / rev (RF Patent No. 2625508).
Недостатком данного способа является низкие эксплуатационные характеристики детали, обусловленные появлением трещин и раковин вдоль границ раздела покрытие-подложка и между слоями покрытия в результате возникновения остаточных напряжений при сплавлении материала покрытия с материалом подложки. К недостаткам предложенного способа также относится его применение для повышения адгезии детали с покрытиями из металлов и их сплавов, что связанно с ограничением толщины покрытия и его разрушением при толщине менее 1 мм.The disadvantage of this method is the low performance characteristics of the part due to the appearance of cracks and shells along the coating-substrate interface and between the coating layers as a result of residual stresses during fusion of the coating material with the substrate material. The disadvantages of the proposed method also include its use to improve the adhesion of parts with coatings of metals and their alloys, which is associated with a limitation of the thickness of the coating and its destruction at a thickness of less than 1 mm.
Прототипом изобретения является способ повышения прочности детали с покрытием, включающий поверхностно-пластическое деформирование путем обкатки деформирующим элементом, с последующим упрочнением покрытия ультразвуковой обработкой с частотой ультразвуковых колебаний 18-22 кГц упрочняющим элементом, при этом расстояние между деформирующим и упрочняющим элементами составляет 10-30 мм, а линейная скорость перемещения пятна деформации деформирующих и упрочняющих элементов 50-100⋅10-3 м/с при продольной подаче 0,08-0,12 мм/об., при этом сила прижима деформирующего элемента составляет 50-3000 Н, а упрочняющего элемента составляет 100-1000 Н (Патент РФ №2625619).The prototype of the invention is a method of increasing the strength of a coated part, including surface plastic deformation by rolling in with a deforming element, followed by hardening of the coating by ultrasonic treatment with a frequency of 18-22 kHz ultrasonic vibrations by the reinforcing element, while the distance between the deforming and reinforcing elements is 10-30 mm and the linear velocity of the movement of the deformation spot of the deforming and strengthening elements is 50-100-110 -3 m / s with a longitudinal feed of 0.08-0.12 mm / rev., while the clamping force of the deforming element is 50-3000 N, and the reinforcing element is 100-1000 N (RF Patent No. 2625619).
Недостатком данного способа являются низкие эксплуатационные характеристики детали, обусловленные низкой адгезией между покрытием и подложкой. К недостаткам предложенного способа можно отнести его применение для повышения адгезии детали с покрытиями из металлов и их сплавов, что связано с ограничением толщины покрытия и невозможностью повышения показателя адгезии при толщине покрытия более 0,5 мм.The disadvantage of this method is the low performance characteristics of the part due to the low adhesion between the coating and the substrate. The disadvantages of the proposed method include its application to increase the adhesion of the part with coatings of metals and their alloys, which is associated with a limitation of the coating thickness and the inability to increase the adhesion index when the coating thickness is more than 0.5 mm.
Задачей изобретения является усовершенствование способа повышения прочности детали с покрытием из металлов и их сплавов, позволяющее обеспечить повышение физико-механических свойств детали с покрытием.The objective of the invention is to improve the method of increasing the strength of a part coated with metals and their alloys, which allows to increase the physico-mechanical properties of the part with a coating.
Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности между покрытием и подложкой, снижение остаточных напряжений и дефектов вдоль границ раздела покрытие-подложка, а также повышение когезионной прочности.The technical result of the invention is to increase the adhesive strength between the coating and the substrate, reduce residual stresses and defects along the coating-substrate interface, as well as increase the cohesive strength.
Технический результат достигается тем, что способ повышения прочности детали с покрытием, включающий поверхностно-пластическое деформирование путем обкатки деформирующим элементом, с последующим упрочнением покрытия ультразвуковой обработкой упрочняющим элементом, при этом одновременно с ультразвуковой обработкой осуществляют дополнительно обработку путем пропускания высокочастотных импульсов разряда тока через упрочняющий элемент в зону обработки к поверхности покрытия с частотой импульсных разрядов 22- 24 кГц одиночными импульсами тока плотностью 1-2⋅105 А/см2 и длительностью 1-2⋅10-5 с. Усилие прижима упрочняющего элемента во время ультразвуковой обработки 1500-2000 Н, при частоте колебаний 22-24 кГц, амплитуде 20-60 мкм., линейной скорости перемещения пятна деформации упрочняющего элемента 1-2⋅10-3 м/мин. и продольной подаче 0,01-0,02 мм/об.The technical result is achieved in that a method for increasing the strength of a coated part, including surface-plastic deformation by rolling in with a deforming element, followed by hardening of the coating by ultrasonic treatment with a reinforcing element, while simultaneously with ultrasonic processing, additional processing is carried out by passing high-frequency current discharge pulses through the reinforcing element into the treatment zone to the coating surface with a frequency of pulsed discharges of 22-24 kHz by single current pulses with a density of 1-2⋅10 5 A / cm 2 and a duration of 1-2⋅10 -5 s. The clamping force of the reinforcing element during ultrasonic processing is 1500-2000 N, at an oscillation frequency of 22-24 kHz, an amplitude of 20-60 μm., The linear velocity of the deformation spot of the reinforcing element is 1-2⋅10 -3 m / min. and a longitudinal feed of 0.01-0.02 mm / rev.
Использование совместной ультразвуковой обработки и обработки высокочастотными импульсными разрядами тока на этапе формирования покрытия или на этапе последующей обработки детали с покрытием, позволяет повысить не только адгезионную прочность, но и когезионную прочность, а также значительно снизить пористость.The use of joint ultrasonic treatment and processing with high-frequency pulsed current discharges at the stage of coating formation or at the stage of subsequent processing of the coated part allows to increase not only adhesive strength, but also cohesive strength, as well as significantly reduce porosity.
При деформации поверхности покрытия нанесенного на деталь упрочняющим элементом в результате пропускания импульсного разряда тока происходит разупрочнение металла, возникает так называемый электропластический эффект (или эффект Троицкого). Электропластический эффект сопровождается снятием наклепа, возникающего в результате получаемой деформации покрытием из-за воздействия на него упрочняющего элемента. В свою очередь это позволяет более эффективно проводить поверхностную деформацию, что способствует значительному снижению пористости покрытия и повышению когезионной прочности, а также увеличению плотности и площади контакта на границе раздела покрытие-подложка. Таким образом, обеспечивается выполнение главного условия для реализации термодиффузионного массопереноса между покрытием и подложкой. При этом известно, что в результате интенсивной деформации поверхности покрытия упрочняющим элементом, совершающего колебательные движения с ультразвуковой частотой при наличии импульсного электромагнитного поля, возникшего в результате прохождения импульсного разряда тока, происходит интенсивный массоперенос в металлах находящихся в твердой фазе (между материалом покрытия и материалом подложки). Благодаря этому, удается повысить адгезионную прочность за счет взаимодифузионного массопереноса материалов покрытия и детали с образованием переходной зоны, состоящей из материалов покрытия и подложки, вдоль границы раздела покрытие-подложка. Процесс массопереноса происходит по всему объему покрытия, что позволяет также значительно повысить когезионную прочность.When the surface of the coating is deformed by the reinforcing element applied to the part as a result of passing a pulsed current discharge, metal softening occurs, the so-called electroplastic effect (or the Troitsky effect) occurs. The electroplastic effect is accompanied by the removal of hardening, resulting from the resulting deformation of the coating due to the impact of a reinforcing element on it. In turn, this makes it possible to conduct surface deformation more efficiently, which contributes to a significant decrease in the coating porosity and an increase in cohesive strength, as well as an increase in the density and contact area at the coating-substrate interface. Thus, the main condition for the implementation of thermal diffusion mass transfer between the coating and the substrate is ensured. Moreover, it is known that as a result of intense deformation of the coating surface by a hardening element, which oscillates with an ultrasonic frequency in the presence of a pulsed electromagnetic field resulting from the passage of a pulsed current discharge, intense mass transfer occurs in metals in the solid phase (between the coating material and the substrate material ) Due to this, it is possible to increase the adhesion strength due to the inter-diffusion mass transfer of the coating materials and the part with the formation of a transition zone consisting of coating materials and the substrate along the coating-substrate interface. The mass transfer process occurs throughout the coating volume, which also allows to significantly increase cohesive strength.
Проскакивающий импульсный разряд тока при прохождении через границу раздела покрытие-подложка нагревает материалы, как покрытия, так и подложки вдоль границы их сопряжения из-за различной электропроводности (электричекого сопротивления) данных материалов. Ввиду малой силы и напряжения импульсного разряда тока на границе раздела покрытие-подложка не происходит оплавление. Мгновенный нагрев и охлаждение за счет отведения тепла в тело детали имитирует процесс термоциклирования, что способствует повышению интенсивности массопереноса. При этом отсутствие на границе раздела покрытие-подложка высоких температур, приводящих к их оплавлению с образованием сварочного пятна, позволит значительно снизить остаточные напряжения и скопления дефектов вдоль границы раздела покрытие-подложка.A slip current discharge when passing through the coating-substrate interface heats the materials, both the coatings and the substrate along the interface, due to the different electrical conductivity (electrical resistance) of these materials. Due to the low strength and voltage of the pulsed current discharge, melting does not occur at the coating-substrate interface. Instant heating and cooling due to the removal of heat into the body of the part simulates the thermal cycling process, which contributes to an increase in the mass transfer intensity. Moreover, the absence of high temperatures at the coating-substrate interface leading to their melting with the formation of a welding spot will significantly reduce residual stresses and accumulation of defects along the coating-substrate interface.
Обработка детали с покрытием при помощи поверхностно-пластического деформирования путем обкатки трехроликовым приспособлением с последующей одновременной ультразвуковой обработкой с дополнительной обработкой путем пропускания высокочастотных импульсов разряда тока через упрочняющий элемент в зону обработки к поверхности покрытия при указанных параметрах позволит достичь желаемый технический результат. Предложенный способ повышения прочности детали с покрытием может быть использован на этапе формирования покрытия или в качестве финишной операции обработки покрытия при широком диапазоне его толщин без возникновения дефектной структуры покрытия и детали, а также вдоль границы их раздела. При этом нежелательные для некоторых типов нагрузок остаточные напряжения имеют достаточно пониженные значения.Processing a coated part by means of surface plastic deformation by rolling in with a three-roller device followed by simultaneous ultrasonic treatment with additional processing by passing high-frequency current discharge pulses through a reinforcing element into the treatment zone to the coating surface at the specified parameters will achieve the desired technical result. The proposed method for increasing the strength of a coated part can be used at the stage of coating formation or as a finishing operation for coating treatment with a wide range of its thicknesses without causing a defective structure of the coating and the part, as well as along their interface. In this case, the residual stresses undesirable for some types of loads have sufficiently lowered values.
ПримерExample
На специальный цилиндрический стальной образец (Сталь 45) диаметром 10 мм было нанесено покрытие из TiNi методом высокоскоростного газопламенного напыления толщиной 0,8 мм, предварительно образец был обезжирен. После чего образец подвергли поверхностно-пластическому деформированию путем обкатки трехроликовым приспособлением с последующей ультразвуковой обработкой упрочняющим элементом, при этом расстояние между деформирующим и упрочняющим элементами 15 мм. После чего образец был подвергнут испытаниям на адгезионную прочность методом сдвига.A special cylindrical steel sample (Steel 45) with a diameter of 10 mm was coated with TiNi by high-speed flame spraying with a thickness of 0.8 mm; the sample was previously degreased. After that, the sample was subjected to surface-plastic deformation by rolling in with a three-roller device followed by ultrasonic treatment with a reinforcing element, the distance between the deforming and reinforcing elements being 15 mm. After which the sample was subjected to tests for adhesive strength by shear.
3 других аналогичных образца подвергли поверхностно-пластическому деформированию путем обкатки трехроликовым приспособлением с одновременной ультразвуковой обработкой и дополнительной обработкой путем пропускания через упрочняющий элемент в зону обработки к поверхности покрытия высокочастотных импульсных разрядов тока. После чего эти образцы также были подвергнуты испытаниям на адгезионную прочность методом сдвига.3 other similar samples were subjected to surface plastic deformation by rolling in with a three-roller device with simultaneous ultrasonic treatment and additional processing by passing high-frequency pulsed current discharges through the reinforcing element into the treatment zone to the coating surface. Then these samples were also subjected to shear strength tests.
Параметры обработки представлены в табл.1, а результаты испытаний представлены в табл. 2.The processing parameters are presented in table 1, and the test results are presented in table. 2.
Предложенный способ повышения прочности детали с покрытием с эффектом памяти формы, обеспечивает повышение физико-механических свойств детали, за счет повышения адгезионной прочности между покрытием и подложкой, снижение остаточных напряжений, уменьшение пористости покрытия и, как следствие, повышению когезионной прочности.The proposed method for increasing the strength of a part with a coating with a shape memory effect provides an increase in the physicomechanical properties of the part by increasing the adhesive strength between the coating and the substrate, reducing residual stresses, reducing the porosity of the coating and, as a result, increasing cohesive strength.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145278A RU2725786C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Method of increasing strength of a coated part |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145278A RU2725786C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Method of increasing strength of a coated part |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2725786C1 true RU2725786C1 (en) | 2020-07-06 |
Family
ID=71509991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019145278A RU2725786C1 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Method of increasing strength of a coated part |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2725786C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777807C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method for increasing the strength of a coated part |
| CN116695042A (en) * | 2023-05-31 | 2023-09-05 | 武汉理工大学 | Technical method for improving titanium alloy thermal fatigue electromagnetic impact |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7052363B2 (en) * | 2001-11-20 | 2006-05-30 | Sae Magnetics (H.K.), Ltd. | Method and apparatus for treating the surface of a media, such as a magnetic hard disk, while operating, such as during dynamic electrical testing |
| RU2012154754A (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | METHOD FOR COMBINED STRENGTHENING OF SURFACE OF PARTS |
| RU2625619C1 (en) * | 2016-10-10 | 2017-07-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of strength increase of details with coating |
-
2019
- 2019-12-25 RU RU2019145278A patent/RU2725786C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7052363B2 (en) * | 2001-11-20 | 2006-05-30 | Sae Magnetics (H.K.), Ltd. | Method and apparatus for treating the surface of a media, such as a magnetic hard disk, while operating, such as during dynamic electrical testing |
| RU2012154754A (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | METHOD FOR COMBINED STRENGTHENING OF SURFACE OF PARTS |
| RU2625619C1 (en) * | 2016-10-10 | 2017-07-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of strength increase of details with coating |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777807C1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method for increasing the strength of a coated part |
| CN116695042A (en) * | 2023-05-31 | 2023-09-05 | 武汉理工大学 | Technical method for improving titanium alloy thermal fatigue electromagnetic impact |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rahmi et al. | Friction stir vibration welding process: modified version of friction stir welding process | |
| Haddadi et al. | The effect of interface reaction on vibration evolution and performance of aluminium to steel high power ultrasonic spot joints | |
| CN107414291B (en) | Ultrasonic-assisted laser welding of dissimilar materials | |
| Laukant et al. | Fluxless laser beam joining of aluminium with zinc coated steel | |
| CN108136534B (en) | Resistance spot welding method | |
| US10071436B2 (en) | Methods and systems for resistance spot welding using direct current micro pulses | |
| RU2725786C1 (en) | Method of increasing strength of a coated part | |
| CN109967863A (en) | A kind of magnetic field assistant laser polishing method based on existing laser process equipment | |
| CN113226626A (en) | Method for producing a functional structure and component | |
| Charde | Characterization of spot weld growth on dissimilar joints with different thicknesses | |
| Sivasankari et al. | Light band zone formation and its influence on properties of magnetically impelled arc butt (MIAB) welded carbon steel tubes | |
| Alharthi et al. | Analysis of extrusion welding in magnesium alloys–numerical predictions and metallurgical verification | |
| Sachin et al. | Study of mechanical properties and weldability of aluminium alloy and stainless steel by gas metal arc welding | |
| RU2625508C1 (en) | Method of strength increase of details with coating | |
| RU2777806C1 (en) | Method for increasing the strength of a coated part | |
| RU2805093C1 (en) | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor | |
| RU2804901C1 (en) | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor | |
| RU2777807C1 (en) | Method for increasing the strength of a coated part | |
| Ethiraj et al. | Comparative study on conventional and underwater friction stir welding of copper plates | |
| Bellmann et al. | Effects of reactive interlayers in magnetic pulse welding | |
| Tzeng et al. | Effects of Operating Parameters on the Static Properties ofPulsed Laser Welded Zinc-Coated Steel. | |
| RU2710246C1 (en) | Method of obtaining coating on part surface from steel | |
| RU2710094C1 (en) | Method of obtaining coating on part surface from nonferrous metals | |
| CN111098029A (en) | Metal double-laser-beam impact forging low-stress welding device and method | |
| RU2679787C1 (en) | HIGH-STRENGTH ALUMINUM-LITHIUM ALLOYS OF THE Al-Cu-Li SYSTEM BUTT JOINTS FRICTION WITH MIXING WELDING METHOD |