SU1618552A1 - Method of laser-plasma alloying - Google Patents

Method of laser-plasma alloying Download PDF

Info

Publication number
SU1618552A1
SU1618552A1 SU884493304A SU4493304A SU1618552A1 SU 1618552 A1 SU1618552 A1 SU 1618552A1 SU 884493304 A SU884493304 A SU 884493304A SU 4493304 A SU4493304 A SU 4493304A SU 1618552 A1 SU1618552 A1 SU 1618552A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
laser
urea
metal
dissolved
doping
Prior art date
Application number
SU884493304A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Георгиевич Горный
Виталий Александрович Лопота
Алевтина Леонтьевна Осинцева
Аркадий Матвеевич Сорока
Юрий Александрович Строфилов
Игорь Георгиевич Рудой
Александр Петрович Чекмезов
Original Assignee
Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина filed Critical Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority to SU884493304A priority Critical patent/SU1618552A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1618552A1 publication Critical patent/SU1618552A1/en

Links

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к лазерной поверхностной обработке и может быть использовано дл  упрочнени  металлов и сплавов. Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости и твёрдости поверхностного сло  металла. Способ предусматривает приготовление насыщенного раствора карбамида в воде или органических и металлоорганических растворител х, который продуваетс  гор чей струей таза , содержащего углерод, азот, кислород или водород, после чего газова  смесь ионизируетс  в плазмотроне и направл етс  на поверхность расплавленного лазерным лучом металла дл  одновременного легировани  ионами N ,С+,0+,Н . 4 з.п.ф-лы. 2 ил.The invention relates to a laser surface treatment and can be used to strengthen metals and alloys. The aim of the invention is to increase the wear resistance and hardness of the surface layer of the metal. The method involves the preparation of a saturated solution of carbamide in water or organic and organometallic solvents, which is blown with a hot stream of pelvis containing carbon, nitrogen, oxygen or hydrogen, after which the gas mixture is ionized in the plasma torch and sent to the surface of the metal melted by a laser beam to simultaneously alloy ions N, C +, 0 +, N. 4 hp ff. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к области лазерной поверхностной обработки.The invention relates to the field of laser surface treatment.

Целью изобретени   вл етс  повышение износостойкости и твёрдости поверхностного сло  металлов на заданную глубину.The aim of the invention is to increase the wear resistance and hardness of the surface layer of metals to a predetermined depth.

При предлагаемом способе в качестве источника легирующих элементов используют карбамид, который предварительно раствор ют , например, в органических, металлоорганических растворител х, воде до насыщени , затем продувают гор чей струей газа, содержащего азот, углерод, кислород, водород и полученную газовую смесь, пропуска  через плазмотрон, направл ют на поверхность жидкой ванны расплава.In the proposed method, carbamide is used as a source of alloying elements, which is previously dissolved, for example, in organic, organometallic solvents, water to saturation, and then blown with a hot gas stream containing nitrogen, carbon, oxygen, hydrogen and the resulting gas mixture. through the plasma torch, is directed to the surface of the molten liquid bath.

При продувке струей гор чего газа, содержащего азот, углерод, кислород, водород , насыщенного раствора карбамида (NHaCONhto) образуетс  парогазова  смесь, котора  направл етс  в плазмотрон. СмесьWhen flushing with a stream of hot gas containing nitrogen, carbon, oxygen, hydrogen, a saturated solution of urea (NHaCONhto), a vapor-gas mixture is formed, which is directed to the plasma torch. Mixture

подвергаетс  в плазмотроне воздействию высокой температуры (5000 - 7000°С, в зависимости от режима его работы), в результате чего происходит её диссоциаци  и ионизаци . Полученную плазменную струю, содержащую такие легирующие элементы, как азот, углерод, водород, кислород, вдувают в жидкую ванну металла, расплавленного лазерным лучом. Часть ионов раствор етс  в жидком металле, другие св зываютс  в химические соединени  - нитриды, карбиды, гидриды, оксиды. После кристаллизации структура оплавленного сло  состоит из твёрдого раствора легирующих элементов и их химических соединений, что приводит к увеличению износостойкости и твёрдости поверхностного сло  металла на заданную глубину,subjected to high temperature in the plasma torch (5000 - 7000 ° C, depending on its mode of operation), resulting in its dissociation and ionization. The resulting plasma jet containing such alloying elements as nitrogen, carbon, hydrogen, oxygen, is blown into the liquid bath of a metal melted by a laser beam. Some of the ions are dissolved in the liquid metal, while others are bound to chemical compounds — nitrides, carbides, hydrides, oxides. After crystallization, the structure of the melted layer consists of a solid solution of alloying elements and their chemical compounds, which leads to an increase in the wear resistance and hardness of the surface layer of the metal to a predetermined depth,

Пример. Образцы из стали 25ХГСНМА толщиной 1.3 мм обрабатывались на лазерной установке ХЕБР-1А. Мощность лазерО 00Example. Samples of steel 25HGSNMA 1.3 mm thick were processed on a laser HEBR-1A. Laser power 00

ел елate

N3N3

ного излучени  1,3 кВт; скорость перемещени  детали относительно лазерного луча 25 мм/с; диаметр луча в фокусе 0,4 мм;фокус- ное рассто ние линзы 107 мм; фокус был заглублен под поверхность на 3 мм ;.в качестве рабочего газа использовали углекислый газ. Им же, предварительно нагрев в трубчатой печи до 100°С, продуваю т насыщенный раствор карбамида в воде под давлением 2 атм. Во втором случае дл  этих целей использовали азот, а карбамид раствор ли в ацетоне. Полученную парогазо- вую смесь направл ли в плазмотрон дл  её диссоциации и ионизации под воздействием температуры в дуге 5000 - 7000°С и далее на поверхность жидкой ванны расплава. Плазмотрон работал на пр мой пол рности (минус подавалс  на гафниевый электрод), напр жение 21 В, ток 50 А, питание осуществл лось от строчного источника ВДЦ- 504.1.3 kW; the speed of movement of the part relative to the laser beam is 25 mm / s; beam diameter at focus 0.4 mm; lens focal length 107 mm; the focus was buried under the surface by 3 mm; carbon dioxide was used as the working gas. He also, preheating in a tubular furnace to 100 ° C, blows a saturated solution of urea in water under a pressure of 2 atm. In the second case, nitrogen was used for these purposes, and urea was dissolved in acetone. The resulting vapor-gas mixture was sent to the plasma torch for its dissociation and ionization under the influence of a temperature in the arc of 5000–7000 ° C and further to the surface of the molten bath. The plasma torch operated in direct polarity (minus was applied to the hafnium electrode), voltage 21 V, current 50 A, power was supplied from a line source VDC-504.

На фиг.1 приведён график распределени  микротвёрдости по глубине зоны оплав- лени  поверхности детали из стали 25ХГСНМА; на фиг.2 - график распределени  микротвёрдости по ширине зоны оглавлени  на рассто нии 1 мм от поверхности.Figure 1 shows a graph of the microhardness distribution over the depth of the melting zone of the surface of a part made of steel 25HGSMA; Fig. 2 is a graph of the microhardness distribution across the width of the table of contents at a distance of 1 mm from the surface.

Измерени  проводились на приборе ПМТ-3 при нагрузке 100 г. Кривые 1 и 2 отображают два варианта предлагаемого способа, кривые 3 - базовый способ, описанный в прототипе.The measurements were carried out on a PMT-3 device with a load of 100 g. Curves 1 and 2 show two variants of the proposed method, curves 3 are the basic method described in the prototype.

Как следует из фиг.1 и 2, микротвёрдость оплавленной зоны по предлагаемому способу в среднем на 30% больше, чем по прототипу.As follows from figures 1 and 2, the microhardness of the melted zone of the proposed method, on average, 30% more than the prototype.

Испытани  на изнашивание проводились на. машине 77МТ-1. Схема контакта: палец - плоскость. Испытани  проводились в услови х сухого трени . Степень износа определ лась по уменьшению массы пальца . В качестве образца использовали цилиндр диаметром 8 мм из стали 25ХГСНМА.Wear tests were conducted on. machine 77MT-1. Contact scheme: finger - plane. Tests were conducted under dry friction conditions. The degree of wear was determined by reducing the weight of the finger. As a sample, a cylinder with a diameter of 8 mm from steel 25HGSMA was used.

Обработанный торец цилиндра под давлением 0,8 МПа скользил по ответному телу - диску из стали ШХ15. Степень износа определ ли после 3-15 оборотов диска поThe treated end of the cylinder under pressure of 0.8 MPa slid over the response body - a disk made of ShKh15 steel. The degree of wear is determined after 3-15 disk speeds

уменьшению массы пальца. При обработке по технологии, выбранной за прототип, средний износ за три испытани  составил 28,1 мг. При обработке по предлагаемому способу износ составил в первом вариантеdecrease the weight of the finger. When processed according to the technology chosen for the prototype, the average wear per three trials was 28.1 mg. When processing by the proposed method, the wear was in the first embodiment

9,3-11,2 мг; во втором 10,1 -12,2 мг. Взвешивание проводили на весах ВЛА-200. Таким образом, рост износостойкости составл ет по отношению к протот :пу в 2,5- 3 раза при обработке по первому варианту9.3-11.2 mg; in the second 10.1 -12.2 mg. Weighing was performed on a VLA-200 scale. Thus, the increase in wear resistance is in relation to the prototype: pu 2.5-3 times during the treatment according to the first embodiment.

предлагаемого способа и в 2,3-2,8 раза при обработке по второму варианту.the proposed method and 2.3-2.8 times in the processing according to the second variant.

2020

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula 1. Способ лазерно-плазменного легировани , включающий расплавление металла лазерным лучом, подачу легирующего вещества, его ионизацию и легирование зоны расплавлени , отличающийс  тем, что с целью повышени  износостойкости и твёрдости поверхностного сло  на заданную глубину, в качестве легирующего вещества используют насыщенный раствор1. A method of laser-plasma doping, including melting a metal with a laser beam, feeding a doping substance, ionizing it and doping a melting zone, characterized in that in order to increase the wear resistance and hardness of the surface layer to a given depth, a saturated solution is used as the doping substance карбамида, через который пропускают струю гор чего газа, а ионизацию осуществл ют в плазмотроне,.carbamide, through which a stream of hot gas is passed, and ionization is carried out in a plasmatron ,. 2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что карбамид раствор ют в воде. 3. Способ по п.1, отличающийс  тем, что карбамид раствор ют в органических растворител х.2. A process according to claim 1, characterized in that the urea is dissolved in water. 3. A process according to claim 1, characterized in that the urea is dissolved in organic solvents. А. Способ по пп. 1 и 3, о т л и ч.а ю щ и й- с   тем, что карбамид раствор ют в металло- органических растворител х.A. The method according to PP. 1 and 3, that is, tol and h.and y and y, so that the urea is dissolved in metal-organic solvents. 5. Способ по nil, отличающийс   тем.что в качестве газа используют5. The method according to nil, characterized by the fact that as the gas used газ, выбранный из группы, содержащейgas selected from the group containing двуокись углерода, азот, кислород и водород .carbon dioxide, nitrogen, oxygen and hydrogen. fffoj. fffoj. a a ЈJ ss O 0,4 0,2 S,2 16 Z& 2 2& 4O 0.4 0.2 S, 2 16 Z & 2 2 & 4 Риг. /Rig. /
SU884493304A 1988-09-12 1988-09-12 Method of laser-plasma alloying SU1618552A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884493304A SU1618552A1 (en) 1988-09-12 1988-09-12 Method of laser-plasma alloying

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884493304A SU1618552A1 (en) 1988-09-12 1988-09-12 Method of laser-plasma alloying

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1618552A1 true SU1618552A1 (en) 1991-01-07

Family

ID=21403817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884493304A SU1618552A1 (en) 1988-09-12 1988-09-12 Method of laser-plasma alloying

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1618552A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4125801A1 (en) * 1991-08-03 1993-02-04 Messer Griesheim Gmbh Increased absorption of carbon-di:oxide laser radiation by workpiece - involves using nitrogen@ gas blanket and focussed pulsed laser simultaneously with the continuous high power laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
За вка JP №60-50154, кл. С 22 F 1/18,1985. Патент US №4167662, кл. В 23 К 9/00, 1979. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4125801A1 (en) * 1991-08-03 1993-02-04 Messer Griesheim Gmbh Increased absorption of carbon-di:oxide laser radiation by workpiece - involves using nitrogen@ gas blanket and focussed pulsed laser simultaneously with the continuous high power laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tibbetts Role of nitrogen atoms in``ion‐nitriding''
US5356674A (en) Process for applying ceramic coatings using a plasma jet carrying a free form non-metallic element
IL111664A (en) Methods and apparatus for altering material using ion beams
RU2002123919A (en) PLASMA-ARC REACTOR AND METHOD FOR PRODUCING THIN POWDERS
KR880012791A (en) Diamond deposition apparatus and method
JPH0633451B2 (en) Surface treatment method of work piece
EP0432528A3 (en) Process for the production of hard carbon layers and apparatus for carrying out the process
GB1220205A (en) Devices for plasma-arc treatment of materials
Tereshin et al. Pulsed plasma accelerators of different gas ions for surface modification
SU1618552A1 (en) Method of laser-plasma alloying
CA2032172C (en) Process for applying ceramic coating using a plasma jet carrying a free form non-metallic element
Kulka et al. Trends in physical techniques of boriding
RU2144096C1 (en) Method of treatment of surfaces of articles by arc discharge in vacuum
Sun et al. Nitridation of iron by CW-CO2 laser nitriding technologies
Dayal Laser surface modification for improving localised corrosion resistance of austenitic stainless steels
Sone et al. Application of ion nitriding to wire-electrical-discharge-machined blanking dies
RU2086698C1 (en) Method of surface treatment of metal carrier
RU2093604C1 (en) Method for chemical and heat treatment of instrumental steel
SU1125115A1 (en) Material of electrode-tool for electric discharge alloying
SU1509409A1 (en) Method of carburizing steel articles
SU576350A1 (en) Method of chemical-heat treatment of tools
JPS61572A (en) Cementing method of steel
SU1534092A1 (en) Method of chemical and thermal treatment of metals and alloys
RU2339734C2 (en) Method for coating and facility for its implementation
SU771187A1 (en) Steel cyaniding medium