Способ упрочнения металлических изделий

Способ упрочнения металлических изделий

Реферат

Изобретение относится к металлургии, к способам покрытия металлических материалов, конкретнее к их упрочнению с использованием неорганических порошков с использованием давления и за счет осаждения концентрированной энергии частиц порошка, и может быть использовано для увеличения срока службы металлических деталей в любых областях промышленности.

Известны способы упрочнения металлических изделий, заключающиеся в их бомбардировке потоком частиц (Ушеренко СМ. Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов. // Автореферат дис. д.т.н. - Минск: НИИ импульсных процессов, 1998. - 209 с., Кирсанов Р.Г. Исследование кинетики процессов, структуры и свойств металлов, подвергнутых ударно-волновому воздействию потока дискретных частиц в режиме сверхглубокого проникания. // Автореф. дис. к.ф.-м.н. - Самара: СГТУ, 1997. - 23 с), разогнанных продуктами детонации заряда взрывчатого вещества, при этом наблюдается эффект сверхглубокого проникания частиц размерами 10-100 мкм на глубину порядка десятков мм, что превышает их диаметр в тысячи раз. Каналы, образующиеся при движении частиц в образцах, как правило, схлопываются и имеют вид нитевидных треков, состоящих из смеси легирующего вещества и материала матрицы. В конце трека находится остановившаяся частица, причем уменьшенная в несколько раз.

Недостатками данных способов являются сложность технологического процесса, низкая износостойкость, неравномерность нанесения легирующего элемента, а значит, низкая легирующая способность порошка.

Известен способ упрочнения металлических изделий цилиндрической формы, заключающийся в воздействии концентрированными источниками энергии высокоскоростными струями. Воздействие осуществляют посредством метания высокоскоростных струй легирующего элемента, разогнанных с помощью ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, расположенного вокруг обрабатываемой детали на расстоянии R, которое находится в пределах 0<R<0,414R₁, где R₁ - радиус детали, причем метание производят однократно с боковой поверхности заряда (Патент РФ №2142023, МПК: С23С 24/04, Способ упрочнения металлических поверхностей цилиндрической формы, авторы: Кирсанов Р.Г., Кривченко А.Л. и др., опубл. 27.11.1999 г.).

К недостаткам данного способа следует отнести низкую легирующую способность (от 3% до 5% общей массы порошка проникает в мишень), сыпучесть порошка затрудняет его равномерное распределение над поверхностью мишени, что приводит к неоднородной обработке изделия.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение износостойкости за счет увеличения равномерности нанесения легирующего элемента и увеличение легирующей способности.

Технический результат достигается тем, что в способ упрочнения металлических изделий, включающий воздействие концентрированными источниками энергии посредством метания высокоскоростных струй легирующего элемента, разогнанного с помощью ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, расположенного вокруг обрабатываемой детали на расстояние R, которое находится в пределах 0<R<0,414R₁, где R₁ - радиус детали, причем метание производят однократно с боковой поверхности заряда, дополнительно введен сополимер, содержащий от четырех до девяти атомов углерода, который растворяют во фракции легких углеводородов, наносят его на металлическую поверхность в качестве связующего и на металлическое изделие напыляют метанием высокоскоростными струями легирующий порошок до полной полимеризации растворенного сополимера с последующей обработкой поверхности металлического изделия. В качестве связующего сополимера используют эластичный бутилкаучук.

Воздействие высокоскоростными струями легирующего элемента осуществляют однократно с помощью заряда взрывчатого вещества, который расположен над обрабатываемой деталью, причем для равномерного распределения порошка над поверхностью мишени и увеличения количества легирующего элемента используют порошок и эластичное связующее, например бутилкаучук, который растворен в легких углеводородах и нанесен на поверхность заряда, обращенную к обрабатываемой детали, что дает равномерность нанесения порошка, причем расстояние от детали до заряда ВВ для цилиндрических деталей должно находиться в пределах от 0 до 0,414R₁ (R₁ - радиус детали), а радиус кольца заряда ВВ от R₁ до 0,414R₁ так как при выходе из этих границ не проходит проникание легирующего элемента в материал детали.

Пример:

1) Заготовки из стали 3X3М3Ф диаметром 220 мм и толщиной 60 мм упрочнялись по цилиндрической поверхности высокоскоростными струями карбида титана, нанесенным эластичным связующим (битулкаучук) на боковую поверхность заряда и разогнанными продуктами детонации. После обработки не наблюдалось сколов и выкрашивания поверхностного слоя образцов. Из поверхностного слоя обработанной заготовки вырезались образцы, которые подвергались испытаниям на износостойкость. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ опыта	Расстояние от ВВ до обрабатываемой поверхности, мм	Глубина проработки, мм	Износостойкость	Примечания
1	40	36	1,55	Прототип
2	50	29	1,60	Прототип
3	40	36	1,82	Заявляемый
4	50	29	1,85	Заявляемый

2) Заготовки из стали У8, выполненные в виде цилиндров высотой 30 мм и диаметром 20 мм, обрабатывались потоком частиц вольфрама (разогнанных взрывом гексогена) по плоской поверхности. Падение струй из частиц вольфрама осуществлялось перпендикулярно основанию цилиндрической заготовки. Образцы разрезались в плоскости, параллельной плоскости обработки, и проводились испытания на микротвердость. Полученные данные приведены в таблице 2.

Таблица 2
Способ обработки	Глубина, мм	Микротвердость, HV
Только ударной волной	5	335
10	315
Струями легирующего элемента	5	310
10	340

Предлагаемый способ упрочнения металлических изделий позволяет повысить легирующую способность изделия на 5-10%, повысить износостойкость, повысить ресурс металлических изделий в любой отрасли промышленности, которые подвержены быстрому износу.

1. Способ упрочнения поверхности металлического изделия цилиндрической формы, включающий нанесение легирующего порошка на поверхность ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, размещение заряда вокруг обрабатываемого изделия на расстоянии R, которое находится в пределах 0<R<0,414R₁, где R₁ - радиус изделия, и воздействие на изделие метанием высокоскоростных струй легирующего порошка с боковой поверхности заряда при его взрыве, отличающийся тем, что на боковую поверхность заряда дополнительно наносят связующее, в качестве которого используют сополимер, содержащий от четырех до девяти атомов углерода и растворенный во фракции легких углеводородов, а метание высокоскоростных струй осуществляют до полной полимеризации сополимера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сополимера используют эластичный бутилкаучук.