Спосіб отримання зносостійких дискретних азотованих шарів

Спосіб отримання зносостійких азотованих шарів, що включає лазерну обробку поверхні сталевих виробів з наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурі 800-860 К із витримкою 15-20 годин, який відрізняється тим, що лазерну обробку виконують дискретно із площею обробки 15-25% від загальної площі сталевого виробу з потужністю 103-104 Вт/см 2. (19) (21) u200703002 (22) 22.03.2007 (24) 10.08.2007 (46) 10.08.2007, Бюл. № 12, 2007 р. (72) Кіндрачук Мирослав Васильович, Іщук Наталія Володимирівна, Писаренко Володимир Миколайович, Головко Леонід Федорович, Мутхі Собхі Яхья, IQ (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" 3 25412 дослідження є процес місцевого гартування сталі та чавун у за рахунок імпульсного та послідовного багаточисельного одиничного внесення енергії. Було отримано невпорядковане за розташуванням острівців покриття. Даний винахід полягає в гартуванні поверхні деталей зі сталей та чавунів електроіскровим методом з наступним охолодженням. Дозволяє отримати поверхневі загартовані шари, що мають малий рівень макроскопічних напружень через локальність поверхневої обробки у порівнянні з іншими способами гартування. Найбільш близьким до способу, що заявляється є „ Спосіб комбінованої лазерно-хімікотермічної обробки матеріалів". [Патент №19551 кл. С23С9/2. Автори: Іщук Н.В., Кіндрачук М.В., Писаренко В.М., Головко Л.Ф.]. Спосіб включає обробку поверхні виробу з метою збільшення дефектів кристалічної грати та подальшу хіміко-термічну обробку поверхні сталевих виробів зі швидкістю лазерного випромінювання 0,5; 0,8; 1,2; 1,4м/хв. та наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурах 800-860К. Лазерну обробку сталей здійснювали на установці „ЛАТУС-31" за режимів: потужність випромінювання - 0,9-1,1кВт, швидкість лазерного променя -0,5; 0,8; 1,2; 1,4м/хв. Із витримкою 15-20год. Було досліджено вплив попередньої лазерної обробки та кінцевого азотування на структур у, товщину, фазовий склад, мікротвердість та вміст азоту поверхневих шарів зразків на сталі У8 методами металографічного аналізу в Feк a випромінюванні, дюрометричного та газового аналізів 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 мало місце подрібнення зеренної структури поверхневих шарів сталі У8, а після наступного азотування утворювався азотований шар більшої товщини (до 0,46×10-3м) 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. Такий ефект пояснювався полегшенням дифузії атомів азоту і підвищенням його розчинності внаслідок утворення більш дефектної структури металу після лазерного опромінювання (підвищення густини дислокацій, подрібнення зерен і збільшен 4 ня протяжності їх границь). Аналогічний вплив попередньої лазерної обробки фіксували при азотуванні та цементації сталей ОХ18Н10Т та 40Х13. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити відомий спосіб шляхом дискретної лазерної обробки, що забезпечує підвищення зносостійкості азотованих шарів сталевих виробів за рахунок зниження напруження при терті. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання зносостійких азотованих шарів виробів, що включає лазерну обробку з наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурі 800-860К із витримкою 15-20год, згідно з корисною моделлю, новим є те, що лазерну обробку виконують дискретною із площею обробки 15-25% від загальної площі сталевого виробу, з потужністю випромінювання 103-104Вт/см 2. Наш спосіб також включає дискретну обробку поверхні лазерним опромінюванням з наступним азотуванням з метою підвищення зносостійкості. На дискретно обробленому матеріалі, в якому між зміцненою ділянкою і матрицею є кільцева перехідна зона з відомим законом зміни в ній механічних властивостей, досліджено характер напруженого стану, що виникає в умовах навантаження силами тертя ковзання. Показано, що локальні напруження в матеріалі в залежності від виду навантаження елементарного об'єму можуть бути спрогнозовані і розраховані зважаючи на механічні властивості, вигляд і структур у перехідної зони, яка виникає в результаті лазерної обробки. Експериментальними дослідженнями встановлено, що площа обробки повинна бути 15-25%. Це обумовлено створенням такого напруженодеформованого стану, який забезпечує мінімальні напруження при терті, що встановлено аналітичними розрахунками композиційного матеріалу, а також підтверджено експериментально. Мінімально навантажена матриця дає можливість релаксувати напруження, викликані силами тертя. Точкові зміцнюючі зони мають розміри 3-5мм та розташовані на відстані »10мм між центрами. В якості матеріалів, що зміцнюються, були використані сталі 18ХГТ, 40Х, 38Х2 М10А. Підвищення зносостійкості при дискретній обробці, у порівнянні з суцільною обробкою (див. таблицю), обумовлено таким напружено-деформованим станом, при якому напруження будуть мінімальними. 5 25412 6 Таблиця Зносостійкість сталі 40Х в залежності від виду та площі обробленої поверхні Вид обробки Без обробки Азотування Дискретна обробка лазером Дискретна обробка: „лазерна обробка + азотування” Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко Площа обробленої поверхні, % 100% 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 Підписне Зношування, м 2/см 2 за 103м 125,5 35,0 18,5 14,7 11,0 10,2 10,5 12,4 14,5 17,8 19,2 21,0 9,0 7,8 4,5 4,0 4,2 7,0 9,1 10,2 12,5 16,2 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601