Способ упрочнения поверхности изделий Советский патент 1991 года по МПК C21D5/00 C23C8/00 

со

,и я

,-.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для упрочнения рабочих поверхностей стальных и чугунных изделий. Цель изобретения - увеличение толщины и твердости упрочненного слоя и снижение шероховатости поверхности. Способ заключается в нагреве поверхности обрабатываемой детали трением до диффузионно-активных температур и ее насыщении, причем нагрев осуществляют вращающимся контртелом, изготовленным из титана или его сплавов, а в зону обработки подают полимерную техноло ическую среду, содержащую отходы полиэтилена типа Г, беназол, противозсщирную присадку - хлор- парафин, антиизносную присадку - мродук: хлорсульфидирования монохлористой серой полибутена мол м. 6СО-900 и минерал - ное масло при определенном соотношении компонентов. 2 ил., 2 тзбл

Изобретение относится к машиностроению, в частности к поверхностному упрочнению стальных и чугунных изделий трением с одновременным пластическим деформированием и насыщением поверхностных слоев легирующими элементами.

Цель изобретения - увеличение толщины и твердости упрочненного слоя и снижение шероховатости поверхности.

Предлагаемый способ поверхностной обработки стальных и чугунных изделий заключается в нагреве поверхности обрабатываемой детали за счет трения до диффузионно-активных температур и ее диффузионном насыщении, причем нагрев осуществляют вращающимся контртелом, изготовленным из титана и его сплавов, а в зону обработки подают полимерную технологическую среду, содержащую отходы полиэтилена типа Г, беназол (II), противозадирную присадку - хлорпарафин, антиизносную присадку - продукт хлорсульфидирования монохлормстой серой полибутена мол.м. 600-900 (ОПИБ-2) и минеральное масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отходы полиэтилена типа Г 2-18 Беназол (II)1-1,5

Хлорпарафин10-25

Продукт хлорсульфидирования моно- хлористой серой полибутена мол.м. 600-900 (ОПИБ-2)5-20

Минеральное масло И-5А Остальное (до 100%)

Применение титана, обладающего высоким коэффициентом трения, в качестве контртела позволяет генерировать к зоне фрикционного контакта тепловой поток, распространяющийся на большую глубину, и обеспечивать толщину упрочненного слоя 300-600 мкм. Применять титан в качестве материала, упрочняющего инструмента,

i-xl

:оо

можно только в совокупности с приведенной выше технологической средой, содержащей антиизносную и противозадирную присадки, которые обеспечивают высокую стойкость инструмента и шероховатость поверхности Ra 0,30 мкм.

Отходы полиэтилена типа Г в полимерной среде являются диффузантом углерода. Содержание в технологической среде полиэтилена менее 2% не обеспечивает ускоренного интенсивного диффузионного насыщения упрочняемой поверхности углеродом и соответственно улучшения физико- механических свойств упрочняемой поверхности. Введение в композицию полиэтилена более 18% повышает вязкость системы что затрудняет подачу среды в зону обработки.

Беназол (II) в полимерной среде является диффузантом азота и представляет собой порошок белого цвета. Процентное соотношение 1-1,5% беназола (II) подобрано экс- периментальноТ

Содержание в технологической полимерной соеде хлорпарафина в указанных пределах предотвращает схватывание в зоне фрикционного контакта упрочняемой поверхности и контртела.

Антиизносная присадка - продукт хлор- сульфидирования монохлористой серой полибутена мол.м. 600-900 (ОПИБ-2) в пределах 5-20% повышает стойкость упрочняющего инструмента и шероховатость упрочняемой поверхности.

Иизковязкое минеральное масло И 5А служит основой для приготовления полимерной среды, так как не требует высоких температур и длительного времени для растворения полиэтилена и беназола, а также обладает хорошими смазочными свойствами.

На фиг.1 изображена схема процесса поверхностной обработки деталей типа тел вращения: на фиг.2 - то же, плоских поверхностей.

В процессе трения быстровращающе- гося титанового диска 1 и детали 2 в зоне их контакта происходит локальный импульсный нагрев приповерхностных слоев детали до 1100-1300 К одновременно с их пластическим деформированием. Материал приповерхностного слоя детали 2 нагревается в зоне контакта и охлаждается при выходе из него за счет теплоотвода генерируемого теплового потока в диск, деталь и технологическую среду. Подаваемая в зону обра- бот ки техноло ическая среда под действием высоких температур разлагается с образованием атомарного углерода и азота, диффундирующих в зоне контакта в

приповс-рхнос ные слои упрочняемой детали На обогащенной углеродом и азотом по- веохности детали образуются мелкодисперсные структуры белых слабо- травящихся слоев, обладающих повышенной микротвердостью и износостойкостью, глубиной 260.. 600 мкм. Микротвердость упрочненного слоя(белой зоны)составляет 8- 10 ГПа (HRC 62-68) у поверхности с 0 постепенным понижением по глубине до твердости исходного металла. Шероховатость упрочненной поверхности Ra 0,30- 0,80 мкм. При этом минимальное значение шероховатости соответствует нижним зна- 5 чениям подач.

Полиэтилен типа Г является отходами при производстве высокомолекулярного полиэтилена и представляет собой вязкую массу светло-серого цвета мол м. 500-1500 0 у.е. Он обладает хорошими антифрикционными свойствами,растворяется в минеральном масле, обеспечивает повышение эффективности технологической среды не только как источник диффузанта, но и спо- 5 собствует образованию активных продуктов деструкции в очаге деформирования. Последние адсорбируются на обрабатываемой поверхности, что приводит к снижению уровня поверхностной энергии и, в конеч- 0 ном итоге, к облегчению процесса деформирования упрочняемого металла. Создаются благоприятные условия для ускоренной диффузии углерода а приповерхностные 5 слои упрочняемого металла.

Беназол (И) представляет собой порошок белого цвета, содержащий до 28% азота.

Хлорпарафин ХП-470 марки А выполня- 0 ет в данной композиции функции противо- задирной присадки, представляет собой прозрачную маслянистую жидкость без механических примесей, плотность при 20°С 1,185-1,235 г/см, содержание хлора в пре- 5 делах 45-49%.

ОПИБ-2 - это продукт хлорсульфидиро- вания монохлористой серой полибутена представляет собой однородную прозрачную жидкость темно-коричневого цвета, ки- 0 нематическая вязкость при 100°С 30-70 сСт, содержание среды 12-16%, содержание хлора 3-5%.

Приготовление технологической среды осуществляют растворением полиэтилена и 5 беназола в смеси хлорпарафина с минеральным маслом при 90 ±5°С и постоянном перемешивании в течение 10-20 ч. В охлажденный до 50 ± 5°С раствор полимера вводят рассчитанное количество ОПИБ-2, продолжая перемешивание до получения

гомогенного раствора темно-коричневого цвета.

Результаты выполнения способа с граничными и средним значениями компонентов технологической среды, а также известной среды приведены в табл.1; значения глубины упрочненного слоя (дсп), микротвердости ( Н) и шероховатость поверхности (Ra) - в табл.2.

При всех значениях компонентов пред- лагаемой технологической среды и применении предлагаемого материала упрочняющего инструмента из титанового сплава физико-механические свойства упрочненной поверхности лучше в сравнении с известным способом.

Формула изобретения

Способ упрочнения поверхности изделий включающий нагрев поверхности дета- ли трением обрабатывающим инструментом до диффузионно-активных

12

1,3

15

2

1,0

10

18

1,5

25

8520

Осталь-Остапь-Oc i альное (доное (докое (до

100%)100%)100%)

температур и подаче полимерной технологической среды в зону контакта изделия и инструмента, отличающийся тем, что, с целью увеличения толщины и твердости упрочненного слоя и снижения шероховатости поверхности, в качестве инструмента используют быстровращающийся диск из титана или его сплавов, полимерную среду составляют из отходов полиэтилена типа Г, беназола(II), хлорпарафина, продукта хлор- сульфидирования монохлористой серой полибутена мол.м. 600-900 и минерального масла И-5А при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отходы полиэтилена типа Г 2-18 Беназол(П)1-1,5

Хлорпарафин10-25

Продукт хлорсульфидиоования монохлористой серой полибутена мол.м.600-900 5-20 Минеральное масло И-5А Остальное

Таблица 1

18

1,5

25

10%-ный раствор полиэтилена низкого давления Б 5%-ном водном растворе эмульсола

/777/.

Составитель А. Скверчкова Редактор Н. ГулькоТехред М.МоргенталКорректор Н. Король

Таблица 2

Фиг 2