СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2021 года по МПК C23C8/70 

Изобретение относится к покрытиям металлических материалов и сплавов, и может быть использовано при производстве управляющих клапанов форсунок Common Rail.

Известен способ упрочнения стальных деталей, заключающийся в том, на поверхность детали наносят предварительно разведенную в воде до пастообразного состояния обмазку, содержащую следующие компоненты, мас.%: диборид титана - от 20 до 25, карбид бора - от 50 до 60, мелкодисперсный графит - от 10 до 14, бентонит - от 5 до 7, фторид натрия - от 3 до 5, проводят сушку на воздухе до получения твердой корки, затем осуществляют насыщение из обмазки при нагреве детали от 1050°С до 1150°С в течение (4-6) ч. Затем проводят низкий отпуск при температуре от 180°С до 200°С в течение 2 ч. (пат. RU 2345175, опубл. 27.01.2009. Бюл. №4).

К недостаткам известного решения относится длительность процесса.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом предлагаемого изобретения - является способ борирования стальных деталей под давлением, включающий нагрев и выдержку контейнера с обрабатываемой деталью и борирующей шихтой, причем нагрев и выдержка осуществляют в контейнере под давлением от 600 МПа до 1200 МПа за счет газов, выделяющихся из нагреваемой шихты, а давление регулируется плавким затвором, изготовленным конструктивно в виде канала, заполненного смесью в количестве на (20-30)% больше объема реакционной зоны контейнера, которая плавится при температуре (800-1150)°С и соединяет внутренний объем контейнера с воздушной атмосферой, а далее в процессе остывания затвердевает, обеспечивая запирание контейнера и создание требуемого избыточного давления (пат. RU 2714267, опубл. 13.02.2020. Бюл. №5). По известному решению, насыщающий состав наносят на деталь через трафарет, саму деталь укладывают в контейнер на асбестовый лист, а вокруг детали насыпают кварцевый песок. Нагрев контейнера с деталью и выдержка составляют от 90 до 120 с.

К недостаткам известного решения относятся повышенные энергетические затраты, связанные с необходимостью длительной выдержки упрочняемой детали в печи при высоких температурах, повышенная ресурсоемкость вследствие большого расхода насыщающей среды. Кроме того, применение в процессе давлений от 600 МПа до 1200 МПа связано с дополнительными рисками и требует специальных мероприятий как для обеспечения безопасности персонала, так и для обеспечения целостности технологической оснастки и оборудования. Необходимость использования трафарета для нанесения насыщающей смеси на каждую деталь в условиях крупносерийного и массового производства может создавать существенные трудности.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение ресурсоемкости процесса, повышение безопасности и упрощение технологической оснастки за счет исключения из процесса давлений от 600 МПа до 1200 МПа и необходимости использования трафарета для подготовки деталей перед выполнением химико-термической обработки.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе химико-термической обработки деталей топливной аппаратуры, в тигель слоем от 15 до 25 мм насыпают порошковую борирующую шихту следующего состава: оксид алюминия - 20-25, карбид бора - 70-75, гексафтороалюминат натрия - 3-7. Обрабатываемые детали подвешивают в тигле на расстоянии от борирующей среды от 5 до 7 мм путем подвешивания. Тигель помещают в вакуумную печи. Создают в печи абсолютное давление от 5 до 20 Па и температуру от 1000°С до 1050°С. Насыщение проводят при выдержке в печи в течение от 1,0 до 1,5 ч. По окончании процесса печь охлаждают, снимают вакуумирование, тигель извлекают из печи и вынимают обработанные детали.

Повышение стойкости упрочненных деталей обеспечивается повышением коррозионной стойкости и снижением хрупкости вследствие формирования на поверхности упрочняемой детали сплошного слоя боридов толщиной 15-75 мкм в зависимости от химического состава стали. Изменение размеров упрочняемой детали составляет не более 1 мкм на слой, что позволяет производить упрочнение прецизионных, окончательно обработанных, деталей. Шероховатость поверхности детали после химико-термической обработки по предлагаемому способу не превышает Ra0,63 мкм. Поверхностная микротвердость боридного слоя достигает 3200 HV.

Снижение ресурсоемкости процесса упрочнения достигается за счет снижения расхода борирующей шихты. Проведение процесса насыщения в вакууме приводит к реализации процесса газового насыщения упрочняемой детали бором без окисления насыщающей среды и образующихся борирующих газов.

Пример осуществления способа

Предлагаемый в качестве настоящего изобретения способ химико-термической обработки деталей топливной аппаратуры применяли при изготовлении плунжерных пар деталей топливного насоса высокого давления системы Common Rail.

На дно тигля слоем 20 мм насыпали борирующую шихту, содержащую (в мас.%): оксид алюминия - 20-25, карбид бора - 70-75, гексафтороалюминат натрия - 3-7. На расстоянии 5-7 мм от поверхности борирующей шихты закрепляли обрабатываемые детали. Тигель располагали в вакуумной печи, которую затем вакуумировали до абсолютного давления от 5-20 Па и нагревали до температур от 1000°С до 1050°С с выдержкой в течение от 1,0 ч до 1,5 ч. По окончании выдержки печь охлаждали, снимали вакуум, тигель извлекали из печи, охлаждали до комнатной температуры и извлекали из него упрочненные детали.

Металлографическое исследование показало, что на поверхности детали образовался диффузионный слой боридов толщиной 15-75 мкм с микротвердостью 2800-3200 HV.

После окончания обработки установили в топливный насос высокого давления и провели стендовые испытания на безотказность.

В таблице приведены результаты испытаний топливных насосов высокого давления, укомплектованных деталями, обработанными по предлагаемому способу и по способу, предлагаемых в известных решениях, принятых за аналог и прототип.

Как следует из приведенных в таблице данных, при осуществлении способа, предлагаемого в качестве настоящего изобретения, стойкость деталей возросла в среднем в 1,77 раза.

Техническим результатом применения предлагаемого способа является повышение надежности компонентов топливной аппаратуры, повышение энергоэффективности производственного процесса и уменьшение его ресурсоемкости. Предлагаемый способ может быть применен на любом металлообрабатывающем предприятии, имеющем вакуумные термические печи.

Изобретение относится к способу борирования деталей плунжерных пар топливного насоса высокого давления. Проводят нагрев и выдержку контейнера с обрабатываемыми деталями и борирующей шихтой. В качестве контейнера для деталей используют тигель. В качестве борирующей шихты - шихту следующего состава, мас.%: оксид алюминия от 20 до 25, карбид бора от 70 до 75 и гексафтороалюминат натрия от 3 до 7. Борирующую шихту насыпают на дно тигля слоем толщиной от 15 до 25 мм. Обрабатываемые детали располагают в тигле на расстоянии от 5 до 7 мм до борирующей шихты без непосредственного контакта с ней. Тигель с обрабатываемыми деталями помещают в вакуумную печь, которую вакуумируют до давления от 5 до 20 Па. Нагрев проводят при температуре от 1000°С до 1050°С с выдержкой в течение от 1,0 до 1,5 ч. Затем печь охлаждают, снимают вакуумирование, тигель извлекают из вакуумной печи, после чего из тигля извлекают детали. Обеспечивается повышение надежности компонентов топливной аппаратуры, повышение энергоэффективности производственного процесса и уменьшение его ресурсоемкости. 1 табл., 1 пр.

Способ борирования деталей плунжерных пар топливного насоса высокого давления, включающий нагрев и выдержку контейнера с обрабатываемыми деталями и борирующей шихтой, отличающийся тем, что в качестве контейнера для деталей используют тигель, а в качестве борирующей шихты - шихту следующего состава, мас.%: оксид алюминия от 20 до 25, карбид бора от 70 до 75 и гексафтороалюминат натрия от 3 до 7, при этом борирующую шихту насыпают на дно тигля слоем толщиной от 15 до 25 мм, обрабатываемые детали располагают в тигле на расстоянии от 5 до 7 мм до борирующей шихты без непосредственного контакта с ней, тигель с обрабатываемыми деталями помещают в вакуумную печь, которую вакуумируют до давления от 5 до 20 Па, нагрев проводят при температуре от 1000°С до 1050°С с выдержкой в течение от 1,0 до 1,5 ч, затем печь охлаждают, снимают вакуумирование, тигель извлекают из вакуумной печи, после чего из тигля извлекают детали.