СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИФФУЗИОННОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ПОЛОЙ ДЕТАЛИ ИЗ СТАЛИ Российский патент 2012 года по МПК C23C10/26 

Описание патента на изобретение RU2450084C1

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке стальных деталей.

Наиболее близким по технической сущности, выбранным в качестве прототипа является способ термической обработки стальных деталей [Патент РФ №2061089, кл. С23С 8/42, опубл. 1996], включающий нагрев до 830-1190 К, анодную поляризацию током плотностью от 0,1 до 25,0 А/дм2 в солевом расплаве со вспомогательным электродом в течение 1,5-3,0 ч и охлаждение. В результате известной термообработки на наружной поверхности детали образуется равномерный слой толщиной 80-150 мкм с повышенными микротвердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, однако на внутренней поверхности детали с полостью толщина слоя меньше в 2-3 раза, а эксплуатационные характеристики понижены.

Известной причиной, препятствующей достижению технического результата, обеспечиваемого предлагаемым изобретением, является недостаточное упрочнение и повышение коррозионной стойкости внутренней поверхности полой детали из стали, что не обеспечивает длительного ресурса полых деталей с рабочей внутренней поверхностью.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение доремонтного ресурса стальной полой детали с рабочей внутренней поверхностью.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении микротвердости и увеличении толщины защитного слоя внутренней поверхности полой детали из стали.

Указанный технический результат достигается за счет обработки полой детали из стали способом, включающим в себя герметизацию нижнего торца обрабатываемой детали, помещение внутрь детали вспомогательного электрода и загрузку солевого расплава до уровня на 2,5-3,5 мм ниже верхнего торца обрабатываемой детали, нагрев до 830-1190 К, анодную поляризацию током плотностью от 0,1 до 25,0 А/дм2 в солевом расплаве (электролите) в течение 1,5-3,0 ч со вспомогательным электродом, выливание солевого расплава и охлаждение.

В качестве солевого расплава (электролита) можно использовать, например, вакуумированный расплав тетрабората натрия с добавкой 0,2-0,5 мас.% оксида железа (II) [А.с. СССР 1761812, кл. С23С 8/10, опубл. 1992]. Возможно применение и других известных соляных расплавов, работоспособных при 830-1190 К [Смольников Е.А. Термическая и химико-термическая обработка инструментов в соляных ваннах. - М.: Машиностроение, 1989. - 312 с.].

Между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения имеется следующая причинно-следственная связь: в процессе анодной поляризации полой детали током плотностью от 0,1 до 25,0 А/дм2 в солевом расплаве при температуре 830-1190 К в течение 1,5-3,0 ч легирующие компоненты, входящие в состав стальной полой детали, направленно диффундируют именно на внутреннюю поверхность полой детали, способствуя формированию защитного слоя с увеличенной по сравнению с прототипом толщиной и повышенной микротвердостью благодаря наличию вспомогательного электрода внутри полой детали.

Перед осуществлением предлагаемого способа необходимо провести герметизацию нижнего торца обрабатываемой детали, поместить внутрь детали вспомогательный электрод и осуществить загрузку солевого расплава, являющегося электролитом, до уровня на 2,5-3,5 мм ниже верхнего торца обрабатываемой детали. Получение уровня солевого расплава менее 2,5 мм до верхнего торца детали приведет к переполнению и переливу его через верхний торец обрабатываемой детали в процессе обработки, что загрязняет установку. Понижение уровня солевого расплава более 3,5 мм до верхнего торца детали вызовет уменьшение высоты обработанной части детали, что не обеспечит максимальное увеличение ее доремонтного ресурса.

Герметизацию нижнего торца обрабатываемой детали можно провести несколькими способами: например, заглушкой с высокотемпературной замазкой из силиката натрия и порошкообразного оксида алюминия или зажимом в виде хомута, стяжки и т.п.

Введение электрода в полость анода и регулирование уровня электролита известно [Патент РФ №2080423, кл. С25D 5/14, опубл. 1997]. Однако в предлагаемом изобретении обрабатываемую деталь используют еще и в качестве емкости для солевого расплава, что исключает потребность во внешней электролитической ванне и сокращает расход солевого расплава.

Примеры осуществления предлагаемого способа электродиффузионной термообработки (ЭДТО) полой детали из стали приведены ниже.

Перед нагревом проводили герметизацию обрабатываемой детали, внутрь детали помещали вспомогательный электрод и загружали солевой расплав до уровня на 2,5-3,5 мм ниже верхнего торца обрабатываемой детали. Использовали вакуумированный расплав тетрабората натрия с добавкой 0,2-0,5 мас.% оксида железа (II). Деталь помещали в шахтную электропечь мощностью 2,5 кВт и рабочим объемом 1,6 дм3 и нагревали. По достижении необходимой температуры термообработки проводили анодную поляризацию током плотностью 0,1-25,0 А/дм2. После требуемой продолжительности анодной поляризации установку отключали, извлекали из электропечи вспомогательный электрод и деталь, выливали из детали солевой расплав и охлаждали ее с требуемой скоростью (нормализация или закалка).

После охлаждения детали проводили экспресс-испытания и изготовляли микрошлифы для определения микротвердости и толщины слоя. Режимы и результаты осуществления предлагаемого способа приведены в таблице.

Таблица Режимы и результаты обработки полых деталей по предлагаемому способу № опыта Деталь (марка стали) Режим обработки Микротвердость внутренней поверхности, ГПа Толщина защитного слоя, мкм Доремонтный ресурс при экспресс испытаниях, ч Т, К/т, ч* плотность тока. А/дм2 исходная после ЭДТО 1 Втулка (40Х) 1073/2 0,14 6,00 9,22 153 51,2 2 Кольцо упорное (30ХГСН2А) 1073/2 0,14 6,07 9,56 160 56,3 3 Кольцо (40Х)** 1073/2 0,14 6,00 6,00-9,12 0-153 39,7 4 Кольцо (40Х)*** 1073/2 0,14 6,00 9,19 151 50,9 5 Втулка (40Х), прототип 1073/2 0,14 6,00 6,97 43 36,3 6 Кольцо упорное (30ХГСН2А), прототип 1073/2 0,14 6,07 7,05 48 37,8 Примечание. "Температура (числитель) и продолжительность (знаменатель) ЭДТО **Уровень солевого расплава был на 4 мм ниже верхнего торца обрабатываемой детали ***Уровень солевого расплава был на 2 мм ниже верхнего торца обрабатываемой детали (произошло выплескивание солевого расплава внутрь электропечи)

Приведенные в таблице данные показывают, что предлагаемый способ позволяет повысить микротвердость защитного слоя внутренней поверхности полой детали из стали в 1,5-1,6 раза. При этом толщина защитного слоя по сравнению с прототипом увеличивается в 3,3-3,5 раза, а доремонтный ресурс деталей возрастет на 40-50%.

Отклонение от рекомендованного уровня солевого расплава приводит к негативным последствиям: 1) если уровень менее 2,5 мм (опыт №4), происходит выплескивание солевого расплава; 2) если уровень более 3,5 мм (опыт №3) - уменьшается ресурс обработанной детали, происходит перекос детали при последующей эксплуатации.

Похожие патенты RU2450084C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ 1993
  • Кусков В.Н.
RU2061089C1
Способ электродиффузионного упрочнения рабочих поверхностей сегментных ножей и установка для его осуществления 2021
  • Паульс Вячеслав Юрьевич
  • Ставицкий Алексей Владимирович
RU2769781C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ 2003
  • Кусков В.Н.
  • Паульс В.Ю.
  • Смолин Н.И.
  • Ковенский И.М.
RU2241783C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ 2008
  • Кусков Виктор Николаевич
  • Паульс Вячеслав Юрьевич
  • Смолин Николай Иванович
  • Романов Евгений Владимирович
RU2383420C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ 2007
  • Кусков Виктор Николаевич
  • Паульс Вячеслав Юрьевич
RU2351692C2
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ 1992
  • Кусков В.Н.
RU2005810C1
Способ получения электрохимическим оксидированием покрытий на вентильных металлах или сплавах 2019
  • Никифоров Алексей Александрович
  • Федоров Владимир Ефимович
RU2718820C1
Способ термической обработки стали, легированной хромом и/или алюминием, и окислительная среда для его осуществления 1990
  • Кусков Виктор Николаевич
SU1761812A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛИ 2009
  • Гнеденков Сергей Васильевич
  • Хрисанфова Ольга Алексеевна
  • Завидная Александра Григорьевна
  • Синебрюхов Сергей Леонидович
  • Егоркин Владимир Сергеевич
  • Герасименко Андрей Владимирович
RU2392360C1
Способ химико-термической обработки стальных изделий 1990
  • Кусков Виктор Николаевич
  • Бурмасов Сергей Петрович
SU1788083A1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИФФУЗИОННОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ПОЛОЙ ДЕТАЛИ ИЗ СТАЛИ

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке стальных деталей. Проводят герметизацию нижнего торца обрабатываемой детали, внутрь детали помещают вспомогательный электрод и загружают солевой расплав до уровня на 2,5-3,5 мм ниже верхнего торца обрабатываемой детали. Нагрев детали осуществляют до 830-1190 К, анодную поляризацию проводят током плотностью от 0,1 до 25,0 А/дм2 в солевом расплаве, являющемся электролитом, в течение 1,5-3,0 ч со вспомогательным электродом. После анодной поляризации солевой расплав выливают и охлаждают деталь. Повышается микротвердость и увеличивается толщина защитного слоя внутренней поверхности полых деталей. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 450 084 C1

Способ электродиффузионной термообработки полой детали из стали, включающий нагрев до 830-1190 К, анодную поляризацию током плотностью от 0,1 до 25,0 А/дм2 в солевом расплаве, являющемся электролитом, в течение 1,5-3,0 ч со вспомогательным электродом и охлаждение, отличающийся тем, что предварительно проводят герметизацию нижнего торца обрабатываемой детали, внутрь детали помещают вспомогательный электрод и осуществляют загрузку солевого расплава, являющегося электролитом, до уровня на 2,5-3,5 мм ниже верхнего торца обрабатываемой детали, а после обработки солевой расплав выливают.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2450084C1

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ 1993
  • Кусков В.Н.
RU2061089C1
Способ химико-термической обработки 1980
  • Новокрещенов Юрий Васильевич
  • Косицын Ювеналий Николаевич
  • Бакуменко Сергей Пантелеевич
SU1027282A1
Способ химико-термической обработки стальных изделий 1990
  • Кусков Виктор Николаевич
  • Бурмасов Сергей Петрович
SU1788083A1
Подводный дюкер 1976
  • Моркин Глеб Иванович
SU623041A2
Емкость для хранения сельскохозяйственной продукции 1987
  • Стаховский Александр Михайлович
  • Рукавишников Анатолий Михайлович
  • Стрельцов Борис Никодимович
  • Кравцов Сергей Алексеевич
SU1414353A1
ОТРЕЗНОЙ ПУАНСОН 0
SU248466A1

RU 2 450 084 C1

Авторы

Паульс Вячеслав Юрьевич

Кусков Виктор Николаевич

Жданович Михаил Францевич

Смолин Николай Иванович

Даты

2012-05-10Публикация

2010-08-25Подача