Способ лазерной химико-термической обработки

Способ лазерной химико-термической обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к лазерной химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных преимущественно из углеродистых сталей. Цель изобретения - повышение поверхностной микротвердости обработанных изделий и равномерности ее распределения до упрочненной поверхности. Способ лазерной химико-термической обработки включает смешивание легирующего порошка с размером частиц 30-50 мкм с тетраэтоксисиланом, последующий домол полученной смеси до размера частиц легирующего порошка 3-5 мкм, смешивание со связующим, нанесение обмазки на обрабатываемую поверхность и лазерный нагрев. Использование данного способа обеспечивает повышение поверхностной микротвердости обработанных изделий в 1,2-1,5 раза при одновременном повышении равномерности ее распределения по упрочненной поверхности в 2,5-3 раза. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (Я)5 С» С 1О/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4440562/31-02 (22) 13.06.88 (46) 30. 12.90. Бюл . У 48 (71) Брянский институт транспортного машиностроения (72) Ю.В.Колесников (53) 02 ° 669 ° 14 018 ° 251:621 9(088.8) (56) Технология и организация производства, 1988, Р 1, с. 46-47. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ХИМИКО-ТЕРИИЧКСКОЙ ОБРАБОТКИ (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к лазерной химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных преимущественно из углеродистых сталей; Цель изобреИзобретение относится к металлургии, в частности лазерной химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных преимущественно из углеродистых сталей.

Цель изобретения — повышение поверхностной микротвердости обработанных изделий и равномерности ее распределения по упрочненной поверхности-.

Способ осуществляется следующим образом.

Легирующий порошок смешивают с тетраэтоксисиланом (ТЭКС) до получения пастообразного состояния, измельчают в полученной смеси, затем смешивают со свяэуюп;им.

2 тения — повышение поверхностной микротвердости обработанных изделий и равномерности ее распределения по упрочненной поверхности. Способ лазерной химико-термической обработки включает смешивание легирующего порошка с размером частиц 30-50 мкм с тетраэтоксисиланом, последующий домол полученной смеси до размера частиц легирующего порошка 3-5 мкм, смешивание со связующим, нанесение обмаэки на обрабатываемую поверхность и лазерный нагрев. Использование данного способа обесгечивает повышение поверхностной микротвердости обработанных изделий в 1,2-1,5 раза при одновременном повышении равномерности ее распределе- @ ния по упрочненной поверхности в 2,5-, 3 раза. 2 табл.

Установлено, что среди известных способов нанесения легирующего состава на поверхность перед обработкой лучами лазера для лазерного легирования поверхностного слоя материала нанесение обмаэки является наиболее выгодным и технологически рациональным.

При этом известны такие оптимальные составы связующих, которые обладают минимальным газовыделением при выгорании и практически не влияют на процесс легирования. Однако сам способ приготовления обмаэки является неэффективным, особенно в том случае, если порошок легирующего состава представляет собой смесь двух и более компонентов. Как правило, средняя дисперсность частиц легирующих по1617048 рошков составляет примерно. 50 мкм.

Толщина же наносимого покрытия, обрабатываемого лучом лазера, колеблется от 50 до 300 мкм. Очевидно, что частицы с размерами 50 мкм являются: :крупными для целей лазерного легирования и ведут к образованию неравномерного по своим свойствам слоя. Многочисленными экспериментами исследо- ð ватели установили, что оптимальные размеры частиц разных порошков должны находиться в пределах от I до ?О мкм.

Хотя такие размеры частиц технически достижимы, перемешивание порошков раз- 5 личного состава при подготовке обмазки приводит к улетучиванию или распылению наиболее мелких, зачастую важных компонентов.

Измельчение частиц компонентов до требуемой величины дисперсности в растворителях, в частности входящих в состав связующих, является крайне неэАфективньп ввиду их быстрого уле-! тучивания. Использование для этих це- 25 ! ! лей других жидкостей, в том числе и воды, не приводит к желаемому результату по причине сворачивания обмазки

;в одних случаях и вспучивания нанесенного на поверхность покрытия — в других.

3 предложенном способе в качестве жидкости, обеспечивающей измельчение

;компонентов легирующего порошка и их равномерное распределение в обмазке, выбран тетраэтоксисилан (ТЭКС). Тетра этоксисилан (С Н 0) Si представляет, собой эАир ортокремниевой кислоты.

Это — бесцветная малолетучая жидкость, растворимая практически во всех. известных органических растворителях и обладает большой реакционной способностью, легко вступая в реакцию с различными органическими я неорганическими соединениями содержа 45 щими в своем составе активные Аункциональные группы. Данное обстоятельство способствует не только образова" нию равномерной механической смеси при перемешивании легирующих порош" ков и ТЭКС, но и образованию в большинстве случаев высокомолекулярных кремнийорганических полимеров.

Кроме того, ТЭКС, с одной стороны, способствует хорошему растеканию клеев, лаков и смол, с другой — обеспечивает их хорошую адгезию к материалу.

Покрытие, полученное на поверхности из обмазки, включающей ТЭКС, обладает также хорошей поглощательной способностью лазерной энергии — этому спо" собствует частичное выделение при высыхании диоксида кремния SiO . Образующиеся в процессе лазерной плазмохимической реакции относительно пластичные силициды благоприятно действуют на формирование однородного легирования слоя. Кремнийорганические соединения образуются при любой степени дисперсности частиц, однако наиболее эффективно этот процесс происходит при увеличении свободной поверхности соприкосновения частиц с ТЭКС.

Из экспериментов следует, что оптимальным является размер частиц по-* сле домола 3 — 5 мкм. Для достижения такого размера твердых частиц в обмазке и сокращения времени перемалывания достаточным является исходный размер частиц порядка 50 мкм. Такой размер легко получается при просеивании порошка люббй дисперсности через стандартный ситон с размером пропускающей ячейки 0,05 мм.

Ускорению процесса измельчения при указанных условиях способствует также и то, что ТЭКС выполчяет дополнительно функции поверхностно активного вещества, способствующего фрагментации (разрушению) твердых частиц. Все это вместе взятое позволяет получить однородную смесь, а затем после смешивания со связующи f9 СОО l В BTcTBGHHo ф и обмазку для лазерного легнрования.

Изобретение иллюстрируется следующим образом.

Б качестве легирующих составов использовались следующие композиции: металл + металл — 40% феррохрома Фх70+

+60% ферротитана ФТ45; металл + неметалл — 60% феррохрома ФХ70+40% Аерробора ФБ20 и 60% феррохрома ФХ70+40% карбида титана TiC; неметалл+неметалл — 25% окиси хрома. Cr О +75% оки2 9 си титана TiA>. Использовалась также обмазка для диффузионного насыщения

ТВЧ, представляющая смесь порошка из

50% карбида бора и 50% криолита с гидролизованным этилсиликатом . Б легирующий порошок вводили алкилсиликат (С Н О) Si — ТЭКС, Смесь перемешивалась до получения пастообразного состояния и подвергалась перетиранию в мельнице до получения частиц размером

3-5 мкм. Дисперсность частиц контролировалась под микроскопом.

5 161 704

В качестве связующего была исполь- зована смесь цапонлака и ацетона в соотношении 1:2, которая смешивалась с пастообразной смесью легируюцего

5 порошка и тетраэтоксисиляна из расчета 1 ч. порошкового состава и 4 мп жидкого связуюцего. Полученная лазерная обмазка наносилась на поверхность изделия из конструкционной стали 45 с толщиной покрытия 0,2 мм.

При нанесении более тонкого покрытия с толщиной до О, 1 мм готовится менее вязкая обмазка — суспензия, в которой HB. 1 ч. порошкового состава до-,бавляется до 7 мп связуюцего.

После просушивания поверхностей на воздухе в течение 20 мин проводилась обработка их лучами лазера на лазерной технологической установке 20

"Квант 18". Резям обработки: энергия облучения 34 Дж, длительность импульса 8 мс, пятно — прямоугольное, размером 1,5х4 мм.

Испытания на микротвердость обработанных поверхностей проводили ня микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке

0,5 Н. Распределение микротвердостн по поверхности облученных образцов замеряли с шагом О, i мм в направлении перемецения луча лазера на б- .зовой длине 5 мм по линии центров оси лазерного воздействия (50 измерений на каждую исследуемую поверхность). Определяли минимальное Н, д, максимальное

Н 61Ки среднее значение Н величины микротвердости при п=50 испытаниях. Г

Кроме того, вычисляли среднее квадратичное отклонение микротвердости по р .поверхности облучен1-ых образцов

Таблица1 в в составах,. мас.X производится перемени состава

З1,2 гз,о

7,5

30 5

18,2

6 5

24,2

16,7

6,3

26,3

17,З

7 5

t0,7

12,3

15,2

14,1

15,2

t9,9

14,3

15 2

16,5

t2,2

f2,7

1З,1

9,6

10,4

13,8

12,5

14,3

18,5

11,4

1г,з

1592

10,8

11,0

1г,о

3 8

3,0

1,7

6 3

3,5

t,5

3,5

2 8

1,8

5,7

4 5 г,з

8,4

13 5

8,0. t3i4

17,9

9,4

tO,7

14,1

715

10,4

11,4

84 62 34

6,7

i1,4

1 (40 феррохром+60 ферротитан)

2 (40 феррохром+60 ферротитан)+кремний

3 (40 феррохром+60 ферротитан)+ТЭКС

4 (60 феррохром+40 ферробор)

5 (60 феррохром+40 ферробор)+кремний

6 . (60 феррохром+40 ферробор)+ТЭКС

7 (60 феррохром+40 карбид титана)

8 - (60 феррохром+40 карбид титана)+кремний

9 (60 феррохром+40 карбид титана)+ТЭКС .10 (25 окись хрома+75 окись титана)

11 (25 окись хрома+75 окись титана)+кремний

12 (25 окись хрома+75 окись титана)+ТЗКО

13 . (50 карбид бора+50 криолит)+гидролизованжй втилсиликат с1 6 и коэффициент вариации по среднему квадратичном) отклонению г

Ь

f0=.— 100ã.„ где Н, — теку:.;ее значение микротвердости (микротвердость каждого в .Тыгания} и. — HHc!! Q HcITbITRHHA (и — 50) в

Результаты обработки приведены в табл. 1.

В табл. 2 прив ",.ены результаты по лазерному легнровянню с применением обмазки 6 (табл. 1) при рззличных содержаниях ). ЗЬ.С

Иэ данных, приведенных в табл. 1 и 2, следует что использование пред- . ложенного спо"оба обеспечивает повышение поверхнос .гной микротвердости обработанных изпелий в 1,2 — 1,5 раза при одновременном повышении равномерности ее распределения по упрочненной поверхности в 2,5-3 раза.

Формула изобретения

Способ лазерной химико-термической обработки, преимущественно изделий из углеродистых сталей, включающий приготовление легируюцей обмаэки путем перемешивания легирующего порошка с размером частиц 30-50 мкм и связующего, последующее нанесение ее на обрабатываемую поверхность и нагрев лучом лазера, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения поверхностной 1икротвердости обработанных изделий и равномерности ее распределения по упрочненной поверхности, легирующий порошок предварительно пеемешивают с тетраэтоксисиланом ((C>H>O)< Si), после чего полученную смесь домялывают до размера частиц легируюцего порошка 3-5 мкм.

1617048

ТвЬлица2!!икротвердость, Illa

Содериаиие кеаоиеитою в обнваквх коеФФ пжеит вариации, Т макси- средкяя ивлаиая

Составитель А.Булгач

Техред M,Äèäûê Корректор М.Самборская

Редактор М.Келемеш

Заказ 4100 Тираж 811 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

11 II

Производственно-издательский комбинат Патент, r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101

1, 1 г еоетваа + 0 Iol ТЭСС + 4 м свявки (ивиест аяй) 7,95

2 1 и состава + 0,5 иа ТЭСС + 4 ws связки 10, 06

3 1 т состава + 1. ил ТЭСС + 4 ил свяэки 17,88

4 . 1 г составе + 1,5 wr INC + 4 а связки 8,91

Средиее кийдрв» . тичиое отклоиеиие, П1в

14 э! 3 12 ° 50 6132

15, 24 14,20 5, 13 !

9,Â7 18,50 1,54

15,24 13,80 5,83

30„5

24,5

6 5

22,5