Спосіб насичення вуглецем металевих виробів

УКРАЇНА (19) UA (11) 47034 (51) 6 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (13) A C23C8/20 в идається під в ідпов ідальність в ласника патенту (54) СПОСІБ НАСИЧЕННЯ ВУГЛЕЦ ЕМ МЕТАЛЕВИХ ВИРОБІВ 1 2 (13) 47034 (11) газу й необхідність в додатковому обладнанні для здійснення цього способу. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб насичення вуглецем металевих виробів, в якому за рахунок оптимізації технологічних параметрів відбувалася б стабілізація товщини насиченого вуглецем шару. Поставлена задача, вирішується тим, що в способі насичення вуглецем металевих виробів, який включає вплив на поверхню виробу електродуговим розрядом відповідно до винаходу електричний розряд збуджують між вуглеграфітовим електродом й поверхнею виробу, а вуглеграфі товий електрод встановлюють від поверхні виробу на відстані, яка визначається із співвідношення: L = - 3,299 + 0,017 * І + 1,707 * t - 0,066 * t2(мм), де І міцність струму (А), t - тривалість обробки елементарної ділянки (с). При відстані L менш ніж розрахункова при інших незмінних параметрах спостерігається утворення кратерів та розбризкування металу. При відстані L більш ніж розрахункова при інших незмінних параметрах спостерігається з'явлення не зміцнених ділянок. Спосіб насичення вуглецем металевих виробів здійснюють наступним чином. Вуглеграфітовий електрод встановлюють на відстані, визначеної із співвідношення L = - 3,299 + 0,017 * І + 1,707 * t 0,066 * t2. Після запалення розряду здійснюється обробка поверхні зі швидкістю, що забезпечує тривалість обробки елементарної ділянки (що за розмірами дорівнюється приблизно діаметру елек UA Виріб відноситься до хіміко-термічної обробки й може бути використаний при виробництві деталей, які працюють в умовах зносу, а також ріжучого інструмента, з використанням висококонцентрованих джерел енергії. Є відомим спосіб насичування вуглецем поверхні сталевих виробів, який складається з нагріву деталі у контакті з графітовим електродом шляхом пропускання електричного струму, насичування вуглецем до концентрації, що забезпечує утворення рідкої фази, охолодження зі швидкістю 5000°С/с й дифузійного відпалу при 800 - 1000°С/с на протязі 5 - 10 годин (А. с. СРСР №1650765, Кл. С23СС8/20; опубл. 23.05.91). Недоліком цього способу є коливання товщини насиченого шару, дискретність зміцнених ділянок й необхідність послідуючої термообробки, яка включає дифузійний відпал. Є відомим також спосіб цементації сталевих виробів, що включає нагрів за допомогою електродугового розряду в потоці плазмоутворюючого газу з вмістом вуглецю 30 - 92,3%, при міцності струму 5 - 300А й швидкості переміщення виробу відносно дуги 0,1 - 25мм/с (А. с. СРСР №1509409, Кл. С23С8/32; Опубл. 23.09.89). Цей спосіб є найбільш близьким за технічною сутністю до заявленого й тому приймається як прототип. Недоліком цього способу є те, що при обробці з не оптимальною довжиною дуги виникає нестабільність розряду, яка виявляється у вигляді кратерів або не оброблених ділянках. Ін шими недоліками є необхідність подачі плазмоутворюючого A (57) Спосіб насичення вуглецем металевих виробів, який включає вплив на поверхню виробу електродуговим розрядом, який відрізняється тим, що електродуговий розряд збуджують між вуглеграфітовим електродом та поверхнею виробу, а вуглеграфітовий електрод встановлюють від поверхні виробу на відстані, яку визначають за формулою: L= -3,299+0,017 ´ І+1,707 ´ t -0,066 ´ t 2 (мм), де І - міцність струму (А), t - тривалість обробки елементарної ділянки (с). (19) (21) 2001064372 (22) 22.06.2001 (24) 17.06.2002 (46) 17.06.2002, Бюл. № 6, 2002 р. (72) Алімов Валерій Іванович, Єгоров Микола Тимофійович, Кримов Віталій Миколайович, Штихно Алла Петрівна, Хребтов Андрій Олександрович (73) ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 47034 4 троду) t. чення І, і t в математичне співвідношення отримуУ кратері анодної плями електрода (якщо елевали L. Для обраної глибини насиченого шару в ктрод є анодом) відбувається інтенсивне випаро1мм параметри обробки приймали значення: І = вування вуглецю з утворенням анодного струменя 250A, L = 1,8мм, t = 0,5с L = 1 ,8мм (варіант 1). вуглецевого пару. Пар частково осаджується на Також проводили обробку при значеннях L 1 і поверхні, що зміцнюється, і при її розплавленні під 3мм, тобто менших та більших розрахункових при впливом теплового потоку розряду відбувається незмінних інших параметрах (варіанти 2 та 3). насичення вуглецем поверхневого шару за рахуДля обробки зразка за способом зазначеним в нок його конвективного премішування, викликаного прототипі використовували мідний електрод з понеоднорідністю сил поверхневого натягу та градієдачею пропан-бутанової суміші в зону обробки. нтом температури по глибині розплаву. Після заОбробку проводили при слідуючих параметрах: І = кінчення впливу розряду відбувається кристаліза250А, швидкість переміщення електроду 10мм/с, ція за рахунок відводу тепла в холодну серцевину витрата газу 1,5м 3/г, відстань від електроду до виробу. поверхні зразка підтримували в діапазоні 2 - 3мм Приклад. Поверхневій обробці підлягали зразлише для забезпечування горіння дуги (варіант 4). ки розміром 10 x 10 x 70мм виготовлені зі сталі з Поверхня зразка, зміцненого за заявляємим 0,18%С, 0,51%Mn, 0,25%Si. Зразки перед обробспособом при розрахункових параметрах, уявляє кою відпалювали при 880 - 900°С й шліфували собою рівну "доріжку" з відсутністю напливів та наждачним каменем з розміром зерна 800мкм. кратерів. Зміцнена поверхня зразків оброблених Обробку проводили на змінному струмі вуглепри параметрах, відрізняючись від розрахункових графітовими електродами діаметром 6мм. З почата за способом прототипу, містить кратери, наплитку проводили пробну обробку, під час якої виміви, або не зміцнені ділянки. рювали силу струм у дуги й тривалість обробки На мікрошліфах, виготовлених за звичайною елементарної ділянки, розмір якої встановлювали методикою, площина яких є перпендикулярною в залежності від потрібної глибини насиченого поверхні та проходить уздовж "доріжки", зміцнений шару і визначали як частку загальної тривалості шар уявляє собою однорідну за товщиною смужку. обробки (обробки "доріжки") до кількості елеменНа шліфа х вимірювали глибину насиченого тарних ділянок, уміщуючись у довжині "доріжки" шару через 5мм. Отриманий ряд значень наведе(вважаючи, що діаметр ділянки дорівнюється діаний таблиці. метру електроду). Постановляючи отримані знаВідстань уздовж обробленої "доріжки", мм Варіант обробки 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Межи зміни глибини шару, мм 1 0,90 0,95 1,05 1,1 0,85 0,90 0,80 0,95 1,05 0,95 0,85 - 1,1 2 0,85 1,2 1,5 -* -* 1,8 0,95 0,7 1,8 -* 0,7 - 1,8 3 0,50 0,65 0,30 0,35 -** 0,30 0,70 0,75 0,70 0,45 0,30 - 0,75 4 (прототип) 0,95 1,1 0,85 0,70 0,90 1,3 0,85 0,80 0,65 0,80 0,65 - 1,1 *- кратер; ** - не зміцнена ділянка Як видно з таблиці, глибина насиченого шару, отриманого за заявляємим способом при розрахункових параметрах обробки відрізняється високою стабільністю і складає 0,95 ± 0,07мм. Глибина зміцненого шару, отриманого при обробці за параметрами не зв'язаними математичним співвідношен ням характеризується неоднорідністю, наявністю кратерів, які з'явилися внаслідок розбризкування металу, або наявністю не зміцнених ділянок. Крім того, в зміцненому шарі, отриманому за варіантом 4 (прототип) спостерігалися ділянки з різним вмістом вуглецю. ДП «Український інститут промислов ої в ласності» (Укрпатент) вул. Сім’ї Хохлов их, 15, м. Київ , 04119, Україна (044) 456 – 20 – 90 ТОВ “Міжнародний науков ий коміт ет” вул. Артема, 77, м. Київ , 04050, Україна (044) 216 – 32 – 71