СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2011 года по МПК C23C24/04 C23C4/12 

Изобретение относится к металлургии, к способам покрытия металлических материалов, конкретнее к их упрочнению с использованием неорганических порошков с использованием давления и за счет осаждения концентрированной энергии частиц порошка, и может быть использовано для увеличения срока службы металлических деталей в любых областях промышленности.

Известны способы упрочнения металлических изделий, заключающиеся в их бомбардировке потоком частиц (Ушеренко СМ. Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов. // Автореферат дис. д.т.н. - Минск: НИИ импульсных процессов, 1998. - 209 с., Кирсанов Р.Г. Исследование кинетики процессов, структуры и свойств металлов, подвергнутых ударно-волновому воздействию потока дискретных частиц в режиме сверхглубокого проникания. // Автореф. дис. к.ф.-м.н. - Самара: СГТУ, 1997. - 23 с), разогнанных продуктами детонации заряда взрывчатого вещества, при этом наблюдается эффект сверхглубокого проникания частиц размерами 10-100 мкм на глубину порядка десятков мм, что превышает их диаметр в тысячи раз. Каналы, образующиеся при движении частиц в образцах, как правило, схлопываются и имеют вид нитевидных треков, состоящих из смеси легирующего вещества и материала матрицы. В конце трека находится остановившаяся частица, причем уменьшенная в несколько раз.

Недостатками данных способов являются сложность технологического процесса, низкая износостойкость, неравномерность нанесения легирующего элемента, а значит, низкая легирующая способность порошка.

Известен способ упрочнения металлических изделий цилиндрической формы, заключающийся в воздействии концентрированными источниками энергии высокоскоростными струями. Воздействие осуществляют посредством метания высокоскоростных струй легирующего элемента, разогнанных с помощью ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, расположенного вокруг обрабатываемой детали на расстоянии R, которое находится в пределах 0<R<0,414R₁, где R₁ - радиус детали, причем метание производят однократно с боковой поверхности заряда (Патент РФ №2142023, МПК: С23С 24/04, Способ упрочнения металлических поверхностей цилиндрической формы, авторы: Кирсанов Р.Г., Кривченко А.Л. и др., опубл. 27.11.1999 г.).

К недостаткам данного способа следует отнести низкую легирующую способность (от 3% до 5% общей массы порошка проникает в мишень), сыпучесть порошка затрудняет его равномерное распределение над поверхностью мишени, что приводит к неоднородной обработке изделия.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение износостойкости за счет увеличения равномерности нанесения легирующего элемента и увеличение легирующей способности.

Технический результат достигается тем, что в способ упрочнения металлических изделий, включающий воздействие концентрированными источниками энергии посредством метания высокоскоростных струй легирующего элемента, разогнанного с помощью ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, расположенного вокруг обрабатываемой детали на расстояние R, которое находится в пределах 0<R<0,414R₁, где R₁ - радиус детали, причем метание производят однократно с боковой поверхности заряда, дополнительно введен сополимер, содержащий от четырех до девяти атомов углерода, который растворяют во фракции легких углеводородов, наносят его на металлическую поверхность в качестве связующего и на металлическое изделие напыляют метанием высокоскоростными струями легирующий порошок до полной полимеризации растворенного сополимера с последующей обработкой поверхности металлического изделия. В качестве связующего сополимера используют эластичный бутилкаучук.

Воздействие высокоскоростными струями легирующего элемента осуществляют однократно с помощью заряда взрывчатого вещества, который расположен над обрабатываемой деталью, причем для равномерного распределения порошка над поверхностью мишени и увеличения количества легирующего элемента используют порошок и эластичное связующее, например бутилкаучук, который растворен в легких углеводородах и нанесен на поверхность заряда, обращенную к обрабатываемой детали, что дает равномерность нанесения порошка, причем расстояние от детали до заряда ВВ для цилиндрических деталей должно находиться в пределах от 0 до 0,414R₁ (R₁ - радиус детали), а радиус кольца заряда ВВ от R₁ до 0,414R₁ так как при выходе из этих границ не проходит проникание легирующего элемента в материал детали.

Пример:

1) Заготовки из стали 3X3М3Ф диаметром 220 мм и толщиной 60 мм упрочнялись по цилиндрической поверхности высокоскоростными струями карбида титана, нанесенным эластичным связующим (битулкаучук) на боковую поверхность заряда и разогнанными продуктами детонации. После обработки не наблюдалось сколов и выкрашивания поверхностного слоя образцов. Из поверхностного слоя обработанной заготовки вырезались образцы, которые подвергались испытаниям на износостойкость. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 № опыта Расстояние от ВВ до обрабатываемой поверхности, мм Глубина проработки, мм Износостойкость Примечания 1 40 36 1,55 Прототип 2 50 29 1,60 Прототип 3 40 36 1,82 Заявляемый 4 50 29 1,85 Заявляемый

2) Заготовки из стали У8, выполненные в виде цилиндров высотой 30 мм и диаметром 20 мм, обрабатывались потоком частиц вольфрама (разогнанных взрывом гексогена) по плоской поверхности. Падение струй из частиц вольфрама осуществлялось перпендикулярно основанию цилиндрической заготовки. Образцы разрезались в плоскости, параллельной плоскости обработки, и проводились испытания на микротвердость. Полученные данные приведены в таблице 2.

Таблица 2 Способ обработки Глубина, мм Микротвердость, HV Только ударной волной 5 335 10 315 Струями легирующего элемента 5 310 10 340

Предлагаемый способ упрочнения металлических изделий позволяет повысить легирующую способность изделия на 5-10%, повысить износостойкость, повысить ресурс металлических изделий в любой отрасли промышленности, которые подвержены быстрому износу.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам упрочнения металлических изделий с использованием неорганических порошков, и может быть использовано для увеличения срока службы изделий в любых областях промышленности. Способ включает нанесение легирующего порошка на поверхность ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы и размещение заряда вокруг обрабатываемого изделия на расстоянии R, которое находится в пределах 0<R<0,414R₁, где R₁ - радиус изделия. После чего осуществляют воздействие на изделие метанием высокоскоростных струй легирующего порошка с боковой поверхности заряда при его взрыве. При этом на боковую поверхность заряда дополнительно наносят связующее. В качестве связующего используют сополимер, растворенный во фракции легких углеводородов и содержащий от четырех до девяти атомов углерода. Причем метание высокоскоростных струй осуществляют до полной полимеризации сополимера. Технический результат - повышение легирующей способности изделия, повышение его износостойкости и ресурса работы. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ упрочнения поверхности металлического изделия цилиндрической формы, включающий нанесение легирующего порошка на поверхность ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, размещение заряда вокруг обрабатываемого изделия на расстоянии R, которое находится в пределах 0<R<0,414R₁, где R₁ - радиус изделия, и воздействие на изделие метанием высокоскоростных струй легирующего порошка с боковой поверхности заряда при его взрыве, отличающийся тем, что на боковую поверхность заряда дополнительно наносят связующее, в качестве которого используют сополимер, содержащий от четырех до девяти атомов углерода и растворенный во фракции легких углеводородов, а метание высокоскоростных струй осуществляют до полной полимеризации сополимера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сополимера используют эластичный бутилкаучук.