Состав для лазерного легирования стальных деталей Советский патент 1991 года по МПК C23C10/52 

Изобретение относится к химико- термической обработке металлов и сплавов, а именно к лазерному легированию, и может быть использовано для поверхностного упрочнения стальных деталей, работающих примущественно в условиях воздействия контактных нагрузок динамического характера в машиностроительной, металлургической, автомобильной и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение динамической износостойкости стальных деталей.

Состав для лазерного легирования, включающий бор и кремний, дополнительно содержит двуокись титана и окись хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний14-22

Двуокись титана 8-12

Окись хрома 6-10 КорОстальное

Бор В является основным упрочняющим компонентом. Он представляет собой порошок бурого цвета с т.пл. 2075°С, При температурах свыше 1000°С бор активно вступает в реакцию с металлами и кремнием с образованием боридов и боросилицидов, обладающих высокой твердостью и прочностью.

Кремний Si вводится в состав в виде мелкодисперсного порошка «20 мкм) с т.пло 1415°С. В расплаве повышает жидкотекучесть, а соответственно, и равномерность распределения легирующих элементов по упрочняемой зоне. Кремний взаимодействует с бором с образованием боросилицидов различного стехиометрического состава, обеспечивающих при определенной

О

ел

о

4 СЛ

вязкости повышенную твердость. Содержание кремния менее 14% оказывается недостаточным для образования боро- силицидов, а свыше 22% приводит к значительному снижению твердости ле гированной поверхности за счет снижения концентрации основного упрочняющего компонента - бора.

Двуокись титана Ti02 - порошок светло-желтого цвета с т„пло 1870°С. Вводится в состав как добавка, обеспечивающая уменьшение различий коэффициентов объемного расширения материалов основы и легирующих элементов. За счет этого снижаются остаточные термические напряжения в покры

тии, что увеличивает его динамическую износостойкость.

Содержание двуокиси титана в составе менее 8% не оказывает существенного влияния на процесс образования покрытия, а свыше 12% приводит к разупрочнению покрытия и снижению его твердости.

Окись хрома , вводимая в состав, представляет собой порошок темно-зеленого цвета с т.пл„ 2334°С, который при лазерной обработке взаимодействует бором до образования боридов хрома, обладающих высокой объемной прочностью.

Композиция боридов хрома и боро- силицидов в вязкой железотитановой матрице обеспечивает повышение динамической износостойкости упрочненных поверхностей при контактном ударно- циклическом нагружении. Содержание окиси хрома более 10% приводит к увелиению количества образующихся боридов хрома, которое нарушает соотношение последних с более пластичными боросилицидами, что отрицательно сказывается на деформационной стойкости упрочненной поверхности. Менее 6% окиси хрома в составе не оказывает влияния на процесс формирования покрытия.

Указанные свойства компонентов, вводимых в состав в предлагаемом соотношении, обеспечивают получение на поверхности стали при лазерной обработке упрочненного слоя, обладающего высокой динамической износостойкостью при контактном ударно- циклическом нагружениио

Состав приготавливают механическим смешением компонентов в связующем (20%-ный раствор клея БФ-2 в ацетоне) и слой толщиной 0,2 мм наносят на торцовую поверхность (,5 мкм) образцов из стали 45, термосбработанных до HRC 54 - 55.

Лазерную обработку образцов с нанесенным составом проводят на установке Квант-18М при следующих режимах:

5 длина волны 1,06 мкм, энергия импульса 22 - 25 Дж, длительность импульса 8 мс, форма лазерного пучка - прямоугольник 1, мм. Микротвердость измеряют на приборе ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н„

В качеств величины износа принимается остаточная контактная деформация (диаметр отпечатка индентора) , полученная на базе испытаний в один и десять

5 килоциклов. Диаметр остаточного отпечатка измеряют на микроскопе МВС-2.ГЬв- торность всех экспериментов трехкратная .

В таблице представлены полученные

0 свойства образцов, легированных из обмазок на основе предлагаемого состава с различным соотношением ингредиентов, а также известного состава.

Упрочнение с применением предлагаемого состава обеспечивает значительное повышение износостойкости,

Формула изобретения

Состав для лазерного легирования стальных деталей, включающий бор и кремний, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической износостойкости стальных деталей, он дополнительно содержит двуокись титана и окись хрома при следующем соотношении компонентов, мае„%:

Кремний14-22

Двуокись титана 8-12

Окись хрома6-10

БорОстальное

Кремний АО, бор 60

(известный состав)13-21 1 01 1 4S

Двуокись титана 8; окись

хрома 6; кремний 14; бор остальное ;16-25 0,76 0,96

Двуокись титана 10; окись хро-,

ма 8; кремний 18; бор - остальН0е16 - 25 0,75 0 96

Двуокись титана 12; окись хро-

ма 10; кремний 22; бор - осталь- Н0е16 - 25 0,76 0,96

Изобретение относится к химико- термической обработке, в частности к лазерному легированию поверхности стальных деталей. Целью изобретения является повышение динамической износостойкости стальных деталей. Состав содержит следующие компоненты, мас.%: кремний 14 - 22; двуокись титана 8 - 12; окись хрома 6-10; бор - остальное. Применение состава позволяет повысить износостойкость деталей при ударных контактных нагрузках. 1 табл.