Спосіб комбінованої лазеро-хіміко-термічної обробки матеріалів

Спосіб лазеро-хіміко-термічної обробки сталевих виробів, що включає азотування в середовищі аміаку при температурах 800-860 К або цементацію, який відрізняється тим, що проводять попередню лазерну обробку поверхні сталевих виробів з потужністю лазерного випромінювання 0,9-1,1кВт, швидкістю пересування лазерного променя 0,5; 0,8; 1,2; 1,4м/хв. (19) (21) u200607450 (22) 04.07.2006 (24) 15.12.2006 (46) 15.12.2006, Бюл. №12, 2006р. (72) Іщук Наталія Володимирівна, Писаренко Володимир Миколайович, Кіндрачук Мирослав Васильович, Головко Леонід Федорович (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" 3 19551 Попередню пластичну деформацію зразків (ППД) здійснювали шляхом прокатки у паралельних валках зі ступенями деформації від 5 до 30% з дискретністю 5%. Насичення проводили при тем4 пературі 853К протягом 1,44*10 с (4год) у середовищі аміаку з пропан-бутаном. Кількість пропанбутану в газовій суміші змінювали від 10 до 90% за об’ємом, а також проводили азотування та цементацію. Однак, недоліками вищеописаного способу ППД з наступним азотуванням та цементацією є те, що прокатку здійснювали у паралельних валках, хоча більшість виробів - вироби готової форми, які деформувати вже не можна тому, що вони втрачають свої розміри, форму та якість поверхні. Задача корисної моделі полягає в удосконаленні відомого способу обробки виробів в наступному азотуванні або цементацією таким чином, щоб, уникнувши деформування виробів, інтенсифікувати процес ХТО, при стандартних режимах насичення отримати покриття більшої товщини і з кращими показниками мікротвердості та зносостійкості. Поставлена задача вирішується тим, що за відомим способом ХТО виробів, що включає обробку поверхні виробів та подальшу ХТО, згідно з корисною моделлю, проводять попередню лазерну обробку поверхні сталевих виробів з потужністю лазерного випромінювання 0,9-1,1кВт, швидкістю пересування лазерного променя 0,5; 0,8; 1,2; 1,4м/хв та наступним азотуванням в середовищі 4 аміаку при температурах 800-860К або цементацією. Наш спосіб включає попередню лазерну обробку, яка не змінює розміри виробу та якість його поверхні. Інтенсифікувати процес хіміко-термічної обробки, тобто пришвидшити дифузію атомів азоту, вуглецю та інших елементів вглиб матеріалу і отримати ті ж параметри покриттів (їх товщину, мікротвердість та ін.) при менших температурах та витримках (а значить при менших енерговитратах) або при стандартних режимах насичення отримати покриття більшої товщини і з кращими показниками мікротвердості і зносостійкості, можна за рахунок збільшення дефектності кристалічної будови матеріалу, а саме збільшення густини дислокацій, подрібнення зерен і, відповідно, збільшення протяжності їх границь. В даному способі, що заявляється, це пропонується зробити за допомогою попередньої обробки поверхні матеріалу лазерним випромінюванням. При цьому температура поверхневого шару для сталі повинна перевищувати Ас3 (температуру кінця перетворення фериту в аустеніт), але не бути вищою, ніж температура плавлення. Лазерну обробку сталей здійснювали на установці «ЛАТУС-31» за режимів: потужність випромінювання - 0,9-1,1кВт, діаметр ділянки фокусування променя - 5мм, швидкість пересування лазерного променя - 0,5; 0,8; 1,2; 1,4м/хв. Азотування проводили в середовищі аміаку при температурі 800860К. Таблиця Параметри поверхневих шарів Товщина шару, мм Вид обробки Азотування без лазерної обробки Азотування після лазерної обробки при швидкості пересування лазерного променя, м/хв 0,115 Поверхнева Вміст Азомікро-вердість, ту, % ГПа 3,5 0,071 0,5 0,632/0,461* 7,3 0,158 0,8 1,2 0,580/0,200 0,192/0,190 8,7 7,3 0,124/0,120 7,0 0,143 -Fe2O3, -Fe2O3, Fe2O3, FeC, FeS, Fе3С, FeO, Fе3N, Fe2N, Fe4N, -Fe FeS2, Fe3О4, Fe2О3, FeO, -Fe2O3, Fe2O3, FеО, Fe2С, Fе3С, FеС, Fe2N, Fе3N, Fe4N, FeS, -Fe, -Fe 0,150 0,143 1,4 Фазовий склад дифузійного шару FeS, FеО, Fе2O3, -Fе2O3, -Fе2O3, FeC, Fe2N, Fe4N, Fе3С, Fe5C2, -Fe, Fe *- в чисельнику- товщина обробленого лазером шару, - в знаменнику- товщина азотованого шару. Час витримки - 15-20год. Було досліджено вплив попередньої лазерної обробки та кінцевого азотування і цементації на структуру, товщину, фазовий склад, мікротвердість та вміст азоту поверхневих шарів зразків на сталі У8 методами металографічного аналізу в FеK випромінюванні, дюрометричного аналізу та газового аналізу з використанням відповідно металографічного мікроскопу «Neophot-21» з цифровою приставкою, ДРОН-3, ПМТ-3 та аналізатора фірми «Леко» ТМ-114. Аналіз отриманих результатів показав, що після лазерної обробки має місце подрібнення зеренної структури поверхневих шарів сталі У8, а після наступного, наприклад, азотування отримаємо азотований шар більшої товщини (до 0,46.103 м) і більшої мікротвердості (до 8ГПа) у порівнянні з чисто азотованими ділянками (без попередньої лазерної обробки), на яких товщина дифузійного шару не перевищувала 0,15.10-3м, а мікротвердість -3,5Гпа (Таблиця). Це пояснюється полегшенням дифузії атомів азоту і підвищенням його 5 19551 розчинності, внаслідок утворення більш дефектної структури металу після лазерного опромінювання (підвищення густини дислокацій, подрібнення зерен і збільшення протяжності їх границь). Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 Аналогічний вплив попередньої лазерної обробки фіксували при азотуванні та цементації сталей 0Х18Н10Т та 40Х13. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601