UA116116U - Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів - Google Patents

Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів Download PDF

Info

Publication number
UA116116U
UA116116U UAU201611442U UAU201611442U UA116116U UA 116116 U UA116116 U UA 116116U UA U201611442 U UAU201611442 U UA U201611442U UA U201611442 U UAU201611442 U UA U201611442U UA 116116 U UA116116 U UA 116116U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
obtaining
treatment
hard coating
steel
steel products
Prior art date
Application number
UAU201611442U
Other languages
English (en)
Inventor
Алаа Фадил І Ідан
Олег Вікторович Акімов
Катерина Олександрівна Костик
Вікторія Олегівна Костик
Original Assignee
Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
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 Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут" filed Critical Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority to UAU201611442U priority Critical patent/UA116116U/uk
Publication of UA116116U publication Critical patent/UA116116U/uk

Links

Abstract

Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів включає попередню обробку поверхні матеріалу та борування. Проводять попередню лазерну обробку поверхні матеріалу з наступним боруванням в середовищі полібориду магнію, активаторами: фтористий натрій і фтористий літій.

Description

Корисна модель належить до металургії і машинобудування, а саме до комбінованих способів поверхневого зміцнення металів методами хіміко-термічної обробки, зокрема процесами дифузійного насичення атомарним бором сталевих виробів, і може бути використана в багатьох галузях машинобудування для підвищення терміну служби деталей оснащення, експлуатаційних властивостей (твердості, міцності, зносостійкості, корозійної стійкості та ін.) поверхневих дифузійних шарів інструментів, штампувального і пресового обладнання, різних сопел, мундштуків і насадок. Особливістю способу є попередня лазерна обробка поверхні металевих виробів з їх наступною хіміко-термічною обробкою.
Відомий "Спосіб отримання твердого покриття з підвищеним опором втомному руйнуванню на поверхні металевого виробу" (1| включає попередню підготовку поверхні виробу інтенсивною пластичною деформацією і подальше нанесення покриття. Інтенсивну пластичну деформацію поверхні виробу здійснюють дискретно за сітчасто-стільниковою схемою з кроком 1-3 мм методом поверхневої пластичної деформації роликом. В основу корисної моделі поставлено задачу зміцнення захисного покриття на поверхні металевих виробів, зокрема виготовлених з м'яких металів або сплавів, при збереженні фізичних і механічних властивостей об'єму металу, шляхом проведення попередньої інтенсивної пластичної деформації зміцненням поверхні дискретним наклепуванням до дисперсного наноструктурного стану. Інтенсивну пластичну деформацію поверхні виробу здійснюють методом поверхневої пластичної деформації роликом (ППДР), а нанесення покриття здійснюють методом вакуумного катодно-дугового осадження.
Недоліком способу є те, що він не дозволяє одержати зносостійкий шар на сталевих виробах, а придатний лише для металевих виробів, виготовлених з м'яких металів або сплавів.
Окрім цього, здійснення поверхневої пластичної деформації роликом дискретно за сітчасто- стільниковою схемою ускладнює і подовжує за часом технологічний процес, що призводить до додаткової витрати електроенергії.
Відомий "Спосіб отримання твердого покриття на поверхні металевого виробу" включає попередню підготовку поверхні виробу шляхом інтенсивної пластичної деформації методом ультразвукової ударної обробки, а покриття наносять після формування зміцненого нанокристалічного стану поверхні виробу методом вакуумного катоднодугового осадження (21.
Такий процес, без нагріву об'єму металу, дозволяє створювати міцні покриття на поверхні м'яких легкоплавких металів та сплавів, наприклад на основі алюмінію і магнію, хімічними або фізичними методами осадження.
Недоліком способу є те, що він не дозволяє одержати виріб з високою контактною і втомною міцністю поверхні в умовах жорсткого трибосилового навантаження, що обумовлено недостатньою товщиною наклепаного шару підкладки, розподілом напружень в ній, а також він не дозволяє одержати достатньої товщини зносостійкий шар на сталевих виробах. Окрім цього, здійснення попередньої підготовки поверхні виробів шляхом інтенсивної пластичної деформації методом ультразвукової ударної обробки призводить до додаткової витрати електроенергії і наявності додаткового дорогого обладнання.
Найбільш близьким до заявленого по технічній суті і призначенню є "Способ борирования углеродистой стали" ІЗ). Відомий спосіб включає формування боридного шару при температурі 940 "С тривалістю З години в контейнері з плавким затвором з насичуючою сумішшю, яка складається з 9795 ВАС і 395 КВЕ:. Перед боруванням проводять попередню обробку електронним пучком в вакуумі (Р-2-103 Па) протягом 30 с при питомій потужності (4--5)-107
Вт/сме, що дозволяє збільшити швидкість формування боридного шару і отримати більшу товщину шару за рахунок збільшення кількості дефектів кристалічної будови в тонкому поверхневому шарі при обробці поверхні електронним пучком.
Основним і суттєвим недоліком найближчого аналога є висока температура борування 940 С і тривалість процесу до З годин, що збільшує енергоємність, при цьому отримане покриття має недостатню товщину (до 110-115 мкм на зразках зі сталі Ст3 та 90-95 мкм на зразках зі сталі 45), що не забезпечує високі експлуатаційні властивості виробів.
Задача корисної моделі полягає в удосконаленні відомого способу обробки виробів в наступному боруванні таким чином, щоб, уникнувши деформування виробів, інтенсифікувати процес ХТО, отримати покриття більшої товщини і з кращими показниками експлуатаційних властивостей сталевих виробів, зниження трудомісткості процесу і поліпшення умов праці при насичені поверхні деталей бором.
Поставлена задача вирішується тим, що за відомим способом ХТО виробів, що включає обробку поверхні виробів та подальшу ХТО, згідно з корисною моделлю, проводять попередню лазерну обробку поверхні сталевих виробів з потужністю лазерного випромінювання 1,0--0,1 кВт, швидкістю пересування лазерного променю 0,5-1,5 м/хв та наступним боруванням в бо порошкоподібній суміші, яка містить поліборид магнію 80-86 95, активатори фтористий натрій
(Маг) 7-10 95, фтористий літій (Гі) 7-10 95. Борування здійснювали в камерній печі при температурах від 850 "С до 950 "С залежно від марки сталі і витримували 30-90 хвилин.
Наш спосіб включає попередню лазерну обробку, яка не змінює розміри виробу та якість його поверхні.
Інтенсифікувати процес хіміко-термічної обробки при скороченні витримки та спрощенні процесу зі зменшенням енерговитрат, тобто пришвидшити дифузію атомів бору вглиб матеріалу і отримати ті ж параметри покриттів (їх товщину, мікротвердість та ін.), що досягається збільшенням дефектності кристалічної будови матеріалу, а саме збільшенням густини дислокацій, подрібненням зерен і, відповідно, збільшенням протяжності їх границь.
Технічний результат забезпечується тим, що в даному способі, що заявляється, пропонується зробити за допомогою попередньої обробки поверхні матеріалу лазерним випромінюванням. При цьому температура поверхневого шару для сталі повинна перевищувати
Асз (температуру кінця перетворення фериту в аустеніт), але не бути вищою температури плавлення. Температура борування вибиралася відповідно температури гартування сталі для поєднання двох технологічних процесів, що скорочує час ХТО і тим самим дозволяє суттєво зменшити витрати на технологічний процес. Попередню лазерну обробку сталей здійснювали на установці "ЛАТУС-31" за режимами: потужність випромінювання - 1,0-0,1 кВт, діаметр ділянки фокусування променю - 5 мм, швидкість пересування лазерного променю - 0,5-1,5 м/хв.
Від прототипу спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів, що заявляється, відрізняється тим, що борування проводили в середовищі порошкоподібної суміші, яка містить поліборид магнію 80-86 95, активатори фтористий натрій (Має) 7-10 95, фтористий літій (іє) 7-10 95 при температурі 850-950 "С протягом 60 хвилин. Процес борування проводили в камерній печі без складного спеціального устаткування, без застосування захисних атмосфер.
Позитивний ефект пояснюється наступним призначенням компонентів, що вводяться.
Введення фтористого натрію і фтористого літію при нагріві до температур насичення приводить до їх взаємодії з бором і киснем, що утворюють захисну оболонку типу МагВаО; і І і2В407, яка не дозволяє розтікатися суміші і забезпечує захист від кисню. Літій і натрій є лужними металами, які виступають енергійними відновниками, що легко згорають (МагО, І 20) при нагріві по формулах:
Коо) 4Маг-ьОг--2МагО--2 Ге»; (1)
А іЕО2--21 і2гО-2 ГЕ». (2)
Фтористий натрій і фтористий літій є активаторами дифузійного процесу борування. Крім того, фтористий натрій і фтористий літій є постачальниками фтору Ег, який взаємодіє з поліборидом магнію (МотВи), утворюючи ВЕ: по загальній формулі:
МдтВа--Р2-2ВЕз--Ма. (3)
Реакція 3, в результаті якої утворюється атомарний бор, проходить в основному з участю сполуки ВЕз. Утворена хімічна сполука ВЕз частково дисоціює з утворенням атомарного бору, а також частково взаємодіє з нагрітою поверхнею заліза з утворенням атомарного бору по формулах 4 і 5: 2ВЕз-2Ва3Е»; (4)
ВЕзяБе-»Ренз-В. (5)
Продуктом реакції 5 є сполука Рез, яка є хімічно нестійкою і відразу ж розпадається з утворенням вільного фтору. Фтор знову взаємодіє з поліборидом магнію, утворюючи ВЕз, після чого знову повторюється процес отримання атомарного бору. Ці реакції носять замкнутий цикл і діють безперервно весь період насичення, що забезпечує доставку на поверхню сталевого виробу все нових і нових порцій атомарного бору.
Таким чином, транспортером атомів бору від боровмісних сполук до поверхні насичення є вільний фтор в сполуці ВЕз.
Порошок полібориду магнію, або аморфний бор марки "В", є сумішшю бору аморфної модифікації до 85 мас. 95, бориду магнію (МодтВи) зі змістом магнію до 10 мас. 95. Мінімальний розмір частинок, що становлять основу порошку, досягає 10 нанометрів. Це дозволяє інтенсифікувати хімічні і дифузійні процеси за рахунок великої активної площі зіткнення частинок між компонентами порошку і поверхнею виробу. В порівнянні з іншими боровмісними речовинами поліборид магнію є найбільш дешевою сировиною з високим вмістом бору.
Порошок полібориду магнію, окрім постачальника атомарного бору, також служить для видалення з поверхні сталевого виробу оксидів і створення безокисного середовища в реакційному об'ємі при дифузійному насиченні сталі бором. Оскільки магній володіє великою спорідненістю до кисню, то він відновлює поверхню сталевого виробу і насичуючого порошку, а також зв'язує кисень повітря, що знаходиться в реакційному просторі, і при цьому не дифундує в бо залізо. Введення магнію в реакційний простір повністю забезпечує безокисне середовище в даному об'ємі. Крім того, магній, що знаходиться в насичуючій суміші, після окислення (Мода) служить інертним додатком, який оберігає порошок від спікання, дозволяє інтенсифікувати процес насичення, підвищити його насичуючу здатність, а також виключити налипання суміші на поверхню борованих виробів.
Приклад реалізації способу.
Було досліджено вплив попередньої лазерної обробки та кінцевого борування на структуру, товщину, фазовий склад, мікротвердість поверхневих шарів зразків на сталі 38 х 2МЮА методами металографічного аналізу з використанням металографічного мікроскопу МИМ-7 з цифровою приставкою, ДРОН-3, ПМТ-3. Результати досліджень наведені в таблиці.
Таблиця
Параметри поверхневих шарів лазерного променю, м/хв| лазером шару, мм шару, мм
Борування без пезерюіоврови |0007001000700000000ооюют
Борування після лазерної обробки при швидкості пересування лазерного променю
Аналіз отриманих результатів показав, що після лазерної обробки має місце подрібнення зеренної структури поверхневих шарів сталі 38 х 2МЮА, а після наступного борування отримаємо боридний шар більшої товщини (до 0,140 мм) і більшої мікротвердості (до 22,5 ГПа) у порівнянні з чисто борованими ділянками (без попередньої лазерної обробки), на яких товщина дифузійного шару не перевищувала 0,070-0,073 мм, а мікротвердість - 18-20 ГПа (Таблиця). Це пояснюється полегшенням дифузії атомів бору і підвищенням його розчинності, внаслідок утворення більш дефектної структури металу після лазерного опромінювання (підвищення густини дислокацій, подрібнення зерен і збільшення протяжності їх границь, отримання ультрадисперсних розорієнтованих зерен).
Аналогічний вплив попередньої лазерної обробки фіксували при боруванні сталей 40, 40Х та 18ХІТ.
Рентгеноструктурний фазовий аналіз досліджуваних сталей виявив наявність боридів та а-
Ее.
З приведених результатів витікає, що запропонований спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів забезпечує у порівнянні з відомими такі переваги: - Збільшує швидкість отримання дифузійних шарів в 2-3 рази; - підвищує експлуатаційні властивості сталевих виробів; - суттєво знижує трудомісткість процесу при значній економії електроенергії за рахунок
Зо виключення використання додаткового дорогого термічного обладнання; - можливість проведення процесу борування в звичайній окислювальній атмосфері без спеціального устаткування і без герметизації, без застосування захисних атмосфер; - підвищує технологічність і поліпшення умов праці.
Застосування технології борування сталевих виробів, що пропонується, дозволить суміщати хіміко-термічну обробку (борування) з операцією термообробки (гартування), що підвищить термін служби деталей оснащення, експлуатаційних властивостей дифузійних шарів інструментів, штампувального і пресового устаткування.
У сукупності ці переваги заявленого способу отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів забезпечують значний екологічний, соціальний та економічний ефекти.
Джерела інформації: 1. Пат. 98452 Україна, МПК С23С 14/00. Спосіб отримання твердого покриття з підвищеним опором втомному руйнуванню на поверхні металевого виробу /Кіндрачук М.В., Духота О..,
Кудрін А.П., Тісов О.В., Мікосянчик О.0О., Науменко 1.0. - Мо и201412654; заяв. 25.11.2014; опубл. 27.04.2015, Бюл. Мо 8. 2. Пат. 75866 України, МПК С23С 14/00, С23С 14/02. Спосіб отримання твердого покриття на поверхні металевого виробу /Васильєв М.О., Панарін В.С., Сидоренко С.І., Волошко С.М.,
Бурмак А.П. - Мо и201208822; заявл. 17.07.2012; опубл. 10.12.2012, Бюл. Мо 23.
3. Пат. 2293789 Российская Федерация, МПК С23С 8/70, С23С 8/02. Способ борирования углеродистой стали /Сизов И.Г., Прусаков Б.А., Новакова А.А., Корнилова А.А.; заявитель патентообладатель Государственноеє образовательное учреждение вьсшего профессионального образования Восточно-Сибирский государственньій технологический университет. -Мо 2005123677/02; заявл. 25.07.2005; опубл. 20.02.2007, Бюл.
Мо 5.

Claims (1)

  1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів, що включає попередню обробку поверхні матеріалу та борування, який відрізняється тим, що проводять попередню лазерну обробку поверхні матеріалу з потужністю лазерного випромінювання - 1,05-40,1 кВт, швидкістю пересування лазерного променю - 0,5-1,5 м/хв з наступним боруванням в середовищі полібориду магнію - 80-86 95, активаторами: фтористий натрій (Маг) 7-10 95, фтористий літій (СР) 7-10 95, при температурах 850-950 "С протягом 30-90 хвилин.
UAU201611442U 2016-11-11 2016-11-11 Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів UA116116U (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201611442U UA116116U (uk) 2016-11-11 2016-11-11 Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201611442U UA116116U (uk) 2016-11-11 2016-11-11 Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA116116U true UA116116U (uk) 2017-05-10

Family

ID=74306505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201611442U UA116116U (uk) 2016-11-11 2016-11-11 Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA116116U (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kulka et al. Current trends in boriding
Gunes et al. Plasma paste boronizing of AISI 8620, 52100 and 440C steels
JP2013147748A (ja) 高速電気分解プロセスを用いた被覆のホウ素化のための方法
Plotnikova et al. Perspective of high energy heating implementation for steel surface saturation with carbon
Biró Trends of nitriding processes
CN109468581A (zh) 一种固体粉末多元复合渗剂及复合渗工艺
Ortiz-Domínguez et al. Characterization of coatings obtained by dehydrated paste-pack boriding process formed on AISI A36 carbon and 304 alloy steels
UA116116U (uk) Спосіб отримання твердого покриття на поверхні сталевих виробів
Mirjani et al. Plasma and gaseous nitrocarburizing of C60W steel for tribological applications
Skakov et al. Modification of structure and properties of steel Р6М5 at electrolyte plasma treatment
RU2415965C2 (ru) Способ плазменного борирования
Mikhalev et al. Structure, morphology, and elemental-phase composition of j02002 steel as a result of electrolytic-plasma processing
Yu et al. Laser and plasma nitriding of titanium using CW-CO2 laser in the atmosphere
JP2006206959A (ja) アルミニウム合金の窒化方法
Idan et al. Surface hardening of steel parts
JPS61291962A (ja) 鉄合金材料の表面処理方法
Marinin et al. Experimental evaluation of the methods of laser cementation of low-alloy tool steels
RU2463381C1 (ru) Способ карбонитрирования деталей из высокохромистых сталей
RU2622502C1 (ru) Способ скоростного борирования стальной детали
KR100641064B1 (ko) 블래이드의 표면처리방법 및 그 블래이드
CZ289443B6 (cs) Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru
UA116178U (uk) Спосіб поверхневого зміцнення сталевих виробів
Mashovets Analysis of the influence of nitriding in a glow discharge on the properties of a titanium alloy.
UA117770U (uk) Спосіб поверхневого зміцнення титанових сплавів
RU2460826C1 (ru) Способ поверхностного упрочнения деталей из сплавов на основе титана