RU2779075C1 - Способ упрочнения поверхности детали из конструкционных сталей - Google Patents
Способ упрочнения поверхности детали из конструкционных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779075C1 RU2779075C1 RU2021119300A RU2021119300A RU2779075C1 RU 2779075 C1 RU2779075 C1 RU 2779075C1 RU 2021119300 A RU2021119300 A RU 2021119300A RU 2021119300 A RU2021119300 A RU 2021119300A RU 2779075 C1 RU2779075 C1 RU 2779075C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardened
- sections
- hardening
- grooves
- forming
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 title description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002173 cutting fluid Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atoms Chemical group N* 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способам упрочнения поверхности детали. Способ включает создание чередующихся упрочненных и неупрочненных прямолинейных участков, причем упрочненные прямолинейные участки образуют путем формирования азотированного слоя при нагреве лазерным лучом в атмосфере азота, при этом упомянутые участки располагают перпендикулярно вектору силы трения, создаваемой на рабочей поверхности детали, после чего осуществляют обкатку детали с образованием в неупрочненных участках рельефа в виде канавок. Технический результат заключается в повышении износостойкости детали типа зубчатое колесо. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке поверхности материалов концентрированными источниками энергии и может быть использовано для упрочнения поверхности детали из конструкционных сталей.
Известен способ химико-термической обработки детали из легированной стали (патент РФ №2144095, МПК С23С 8/38, опубл. 10.01.2000), включающий размещение детали в рабочей камере установки, активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температур химико-термической обработки и выдержку при этих температурах до формирования необходимой толщины диффузионного слоя.
Недостатком способа является невысокая износостойкость поверхности из-за неоднородности диффузионного слоя и образования в диффузионном слое хрупких фаз, а также низкая производительность насыщения поверхностного слоя материала детали в процессе обработки.
Известен способ создания микронеоднородной структуры (патент РФ №2662518, С23С 8/36, опубл. 26.07.2018), включающий бомбардировку поверхности стальными шариками из дробеструйной установки, далее изделие подвергается ионному азотированию. В результате измельчения структуры поверхности материала повышается диффузионное насыщение, а также наблюдается увеличение глубины азотированного слоя.
Недостатками являются:
- большая трудоемкость процесса;
- сложность контролирования воздействующих процессов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ повышения износостойкости зубчатых колес (патент РФ 2516955, F16H 55/17, опубл. 09.10.2012), который заключается в нанесении на поверхность колес равномерного покрытия из износостойкого материала и выполнении на рабочей поверхности зубьев поперечных прямолинейных канавок с наполнителем. Поперечные канавки имеют форму полуокружности в поперечном сечении и выполнены на рабочих поверхностях зубьев колес без выхода на торцевую поверхность под углом к перпендикуляру. Глубина поперечных канавок равна толщине диффузионной зоны, полученной в результате термодиффузионного насыщения материала карбидообразующими элементами.
Недостатками данного способа являются:
- сложный технологический процесс;
- канавки могут служить концентраторами напряжений, что может привести к выкрашиванию части профиля зуба.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение срока эксплуатации детали типа зубчатое колесо, за счет повышения его износостойкости.
Техническим результатом является повышение износостойкости детали типа зубчатое колесо.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе упрочнения поверхности детали, по которому создают чередующиеся упрочненные и неупрочненные прямолинейные участки, причем упрочненные прямолинейные участки образуют за счет формирования азотированного слоя при нагреве лазерным лучом в атмосфере азота, при этом упомянутые участки располагают перпендикулярно вектору силы трения, создаваемой на рабочей поверхности детали, после чего осуществляют первичную обкатку детали, с образованием в неупрочненных участках рельефа в виде канавок.
В результате образованных чередующихся упрочненных и неупрочненных прямолинейных участков, после первичной обкатки детали, в неупрочненных участках образуется рельеф в виде канавок. Появившиеся канавки задерживают в себе смазочно-охлаждащую жидкость, что способствует: меньшему износу изделия в процессе работы в масляной ванне; повышению долговечности работы в условиях недостаточного количества масла, возникающей при недостаточной циркуляции, либо потери части или всей смазочно-охлаждающей жидкости, за счет снижения коэффициента трения. Упрочненные канавки же, подвергают химико-термической обработке, что подразумевает упрочнение поверхностного слоя, следовательно, улучшение свойств износостойкости рабочей поверхности детали.
Существо изобретения поясняется чертежами:
На фиг. 1 изображена схема установки для осуществления способа.
На фиг. 2 изображена схема настройки лазерного луча: при помощи передвижения рабочего стола в вертикальном направлении выставляют фокусное расстояние H, от которого зависит диаметр пятна луча - D.
На фиг. 3 представлена схема образования неоднородной поверхностной структуры в виде чередующихся упрочненных и неупрочненных участков, направленных перпендикулярно направлению движения зубьев относительно друг друга, при этом неупрочненные участки образуют канавки, в которых задерживается смазочно-охлаждающая жидкость.
Пример конкретной реализации способа
Установка осуществления способа содержит в себе: баллон с газом азота (N2) - 1, импульсный твердотельный лазер - 2, перемещаемый рабочий стол - 3, сопло для подачи газа - 4, обрабатываемую деталь - 5 (фиг.1). Деталь устанавливают на перемещаемый рабочий стол и закрепляют в приспособлении. На панели управления системы числового программного управления (ЧПУ) устанавливают параметры обработки: длительность импульса t=2 мс, частота следования импульсов f=10 Гц, пиковая мощность импульса Pпик=2,8 кВт, средняя мощность Pср=56 Вт. При помощи редукционного клапана выставляют требуемое давление рабочего газа P=0,8 МПа, включают функцию подачи газа. С помощью джойстика управления и консоли системы ЧПУ задают траекторию движения лазерного луча по поверхности обрабатываемой детали и шаг между упрочняемыми канавками F (фиг.2). Передвижением рабочего стола в вертикальном направлении выставляют фокусное расстояние H, от которого зависит диаметр пятна луча - D.
После нажатия кнопки активации через сопло включается подача газа азота, создавая при этом атмосферу с высокой концентрацией над обрабатываемой площадью. Далее с помощью импульсного твердотельного лазера осуществляется локальный нагрев поверхности до температуры 950-1050°С. В результате такого воздействия на отдельном участке обрабатываемой детали происходит адсорбция атомов азота материалом с последующей диффузией и формированием упрочненного слоя. Далее, перемещением обрабатываемой детали относительно луча по заданной траектории, на поверхности создается линейная область, легированная азотом, которая в то же время подвергается быстрому охлаждению потоком газа, что в свою очередь приводит к закалке материала. Затем происходит выключение лазера и остановка потока газа для последующего перемещения на следующий необработанный участок, расположенный на расстоянии F - повторяется предыдущий процесс. В процессе образования неоднородной поверхностной структуры в виде чередующихся упрочненных и неупрочненных участков, направленных перпендикулярно направлению движения зубьев относительно друг друга, (фиг.3) неупрочненные участки образуют канавки, в которых задерживается смазочно-охлаждающая жидкость.
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить износостойкость и увеличить срок эксплуатации детали из конструкционных сталей типа зубчатое колесо.
Claims (1)
- Способ упрочнения поверхности детали, включающий создание чередующихся упрочненных и неупрочненных прямолинейных участков, причем упрочненные прямолинейные участки образуют путем формирования азотированного слоя при нагреве лазерным лучом в атмосфере азота, при этом упомянутые участки располагают перпендикулярно вектору силы трения, создаваемой на рабочей поверхности детали, после чего осуществляют обкатку детали с образованием в неупрочненных участках рельефа в виде канавок.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779075C1 true RU2779075C1 (ru) | 2022-08-31 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2144095C1 (ru) * | 1998-04-06 | 2000-01-10 | Кубанский государственный технологический университет | Способ повышения износостойкости штампов из азотируемых сталей |
| CN101967646B (zh) * | 2009-07-27 | 2012-01-25 | 中国北车集团大同电力机车有限责任公司 | 提高柴油机组合活塞钢顶环槽耐磨性的方法 |
| RU2534697C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании |
| RU2662518C2 (ru) * | 2017-01-09 | 2018-07-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ создания макронеоднородной структуры на поверхности материалов |
| RU2748775C1 (ru) * | 2018-01-31 | 2021-05-31 | Ниппон Стил Корпорейшн | Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2144095C1 (ru) * | 1998-04-06 | 2000-01-10 | Кубанский государственный технологический университет | Способ повышения износостойкости штампов из азотируемых сталей |
| CN101967646B (zh) * | 2009-07-27 | 2012-01-25 | 中国北车集团大同电力机车有限责任公司 | 提高柴油机组合活塞钢顶环槽耐磨性的方法 |
| RU2534697C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании |
| RU2662518C2 (ru) * | 2017-01-09 | 2018-07-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ создания макронеоднородной структуры на поверхности материалов |
| RU2748775C1 (ru) * | 2018-01-31 | 2021-05-31 | Ниппон Стил Корпорейшн | Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jae-Ho et al. | Laser surface hardening of AISI H13 tool steel | |
| US10619222B2 (en) | High fatigue strength components requiring areas of high hardness | |
| Sharipov et al. | Increasing the resistance of the cutting tool during heat treatment and coating | |
| Kulka et al. | The effects of laser surface modification on the microstructure and properties of gas-nitrided 42CrMo4 steel | |
| US11584969B2 (en) | High fatigue strength components requiring areas of high hardness | |
| RU2779075C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности детали из конструкционных сталей | |
| JP4087349B2 (ja) | パルスレーザ表面処理方法 | |
| CN115176039A (zh) | 用于制造氮化钢零件的方法 | |
| Rakhimov et al. | Analysis of the impact of informative heat treatment parameters on the properties of hardening of the surface layers | |
| Van Huy et al. | Developing installation to increase cylindrical part surface hardness | |
| Mednikov et al. | Metallographic studies results of 20kH13 steel samples with textured relief, modified surface and protective coating | |
| Marinin et al. | The capability of pulsed laser radiation for cutting band saws hardening | |
| RU2634400C1 (ru) | Способ ионного азотирования режущего инструмента из легированной стали | |
| CZ29590U1 (cs) | Nástroj z nástrojové oceli se zvýšenou životností | |
| RU2640516C1 (ru) | Способ лазерного упрочнения полой металлической заготовки | |
| RU2559606C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| CN103343187A (zh) | 一种铸铁凸轮激光复合处理方法 | |
| Grum | Residual stresses in induction hardened steels | |
| Kim et al. | Effect analysis in Laser Metal Deposition of SKD61 using AISI M2 power | |
| DesForges | Laser heat treatment | |
| RU2677908C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| RU2637437C2 (ru) | Способ формирования волокнистого композиционного покрытия | |
| RU2801624C1 (ru) | Способ азотирования заготовок из сталей | |
| Marinin et al. | Increasing the intensity of cementation process of tool low-alloy steels by surface laser treatment | |
| SU1475975A1 (ru) | Способ лазерной химико-термической обработки стальных изделий |