Спосіб армування сталей

Изобретение относится к металлургии, конкретно к способам армирования сталей, именно делегированных и низколегированных. Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ, включающий закалку, отпуск и локальное воздействие лазера до образования чередующихся в заданной последовательности мартенситных ферромагнитных с высокой твердостью и аустенитных парамагнитных пластичных структур. Существенное влияние на износостойкость оказывает химический состав упрочняемого материала. При использовании в качестве основы нелегированных и низколегированных сталей не обеспечивается необходимое повышение износостойкости, что исключает применение данного способа для деталей, работающих в условиях интенсивного износа. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа армирования сталей, в котором наличие дополнительных операций позволило бы получить локальные участки с повышенной износостойкостью при любой основе упрочняемого материала, что позволит увеличить срок эксплуатации деталей. Поставленная задача решается за счет того, что в способе армирования сталей, включающем общую закалку, отпуск и локальный нагрев упрочняемой поверхности источником концентрированной энергии, согласно изобретению, перед закалкой на поверхности стали выполняют углубления и помещают в них высокоизносостойкий материал, который расплавляют с использованием источника концентрированной энергии. Поставленная техническая задача решается за счет того, что при использовании предлагаемого способа происходит армирование стали любой основы (например, нелегированных и низколегированных) износостойкими вставками. При этом, в отличие от прототипа, где локальное упрочнение проводится без присадки износостойкого материала и зависит, главным образом, от режима упрочнения, в предлагаемом способе, в зависимости от требований, предъявляемых к конкретным деталям, подвергаемым упрочнению, можно легировать локальные участки различными износостойкими материалами. В качестве высокоизносостойкого материала, обеспечивающего армирование сталей, применяют порошки или смеси порошков, содержащих бор, хром, чугуны, а также отделы инструмента из высокоизносостойких сплавов, например Р6М5, Ρ18, Х12Мит. д. Размеры углублений для помещения в них армирующих вставок зависят от требований, предъявляемых к конкретным деталям, и от мощности источника концентрированной энергии. Следует обеспечить проплавление армирующей вставки по всей глубине и ее прочное соединение с основным металлом. В отличие от аналогов, в которых расплавляют сталь, являющуюся основой детали или инструмента, и заливают ею армирующие вставки, остающиеся в твердом состойнии, в предложенном способе, наоборот, расплавляют с использованием источников концентрированной энергии армирующий материал. Это отличие является принципиальным, так как существенно сокращает расход электроэнергии и не требует изготовления литейной оснастки. Способ осуществляется следующим образом. На поверхности нелегированных или низколегированных сталей выполняют углубления сверлением, фрезерованием или другим способом, в которые помещают высокоизносостойкий материал, гранулы, порошок, отходы в виде обрезков и т. д. и расплавляют данный материал, обеспечивая его проплавление на всю глубину источником концентрированной энергии, в качестве которого используют, например, электронный, лазерный луч. После кристаллизации расплавленного материала осуществляется объемная термообработка, включающая закалку и отпуск по режимам, применяемым для основы. Расплавленный металл в углублениях образует армирующие вставки. Завершающей операцией является термообработка армированных участков локальным нагревом без оплавления. Пример 1. На поверхности образца из стали 45 делают сверления на глубину 3-8 мм диаметром 2-7 мм, располагают их в шахматном порядке на расстоянии 5 мм друг от друга. Из отходов сверл стали Р6М5 соответствующего диаметра отрезают армирующие вставки и устанавливают в углубления. Затем их расплавляют электронным лучом по режиму: напряжение 60 кВ, ток луча 100 мА, скорость обработки 40 м/ч. После охлаждения на спокойном воздухе проводят общую закалку с 860°С, отпуск на 200°С. Затем армированные участки обрабатывают источником концентрированной энергии по режиму: напряжение 30 кВ, ток луча 60 мА, скорость обработки 40 м/ч. В результате такой обработки армированные участки имеют структуру мартенсита отпуска, карбидов и остаточного аустенита, а основной металл - мартенсита отпуска. Микротвердость первых составляет Η«0.980 - 9000-11000 МПа, а вторых Ноо.980-5300-5600 МПа. Пример 2. На образце стали 45 фрезеруют канавки сечением 3 χ 3 мм на расстоянии 3 мм друг от друга. В них помещают смесь порошков феррохрома (20%) и серого чугуна (80%). Расплавление порошков проводят электронным лучом по режиму: напряжение 60 кВ, ток луча 100 мА, скорость обработки 40 м/ч. После расплавления и охлаждения на воздухе проводят общую закалку с 860°С и отпуск при 200°С. Завершающей операцией является электронно-лучевая обработка по режиму: напряжение 30 кВ, ток луча 30 мА, скорость обработки 40 м/ч. После такой обработки получена армированная поверхность, представляющая собой чередование участков с микротвердостью Η à0,980 = 5200-5600 МПа и Η à0.980 = 8000-9000 МПа. Применение способа позволит получать чередующиеся структуры в нелегированных и низколегированных сталях и повысить их износостойкость