Спосіб дискретної обробки азотованих сталевих виробів

Спосіб дискретної обробки азотованих сталевих виробів, що включає лазерну обробку, який відрізняється тим, що обробку виконують після процесу азотування дискретно точками з потужніс5 8 2 тю лазерного випромінювання 10 -10 Вт/см , при оптимальному значенні площі оброблюваної поверхні сталевого виробу. (19) (21) u200906959 (22) 03.07.2009 (24) 10.11.2009 (46) 10.11.2009, Бюл.№ 21, 2009 р. (72) КІНДРАЧУК МИРОСЛАВ ВАСИЛЬОВИЧ, ДУХОТА ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, ШЕВЧЕНКО ОЛЕКСІЙ ЛЕОНІДОВИЧ, ТІСОВ ОЛЕКСАНДР ВІКТОРОВИЧ, ГОЛОВКО ЛЕОНІД ФЕДОРОВИЧ, КОРБУТ ЄВГЕН ВАЛЕНТИНОВИЧ, КІНДРАЧУК ВІТАЛІЙ МИРОСЛАВОВИЧ 3 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 структуру 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 локальні напруження при терті, що встановлено аналітичними розрахунками композиційного матеріалу. Мінімально навантажена матриця дає можливість релаксувати напруження, викликані силами тертя. Точкові зміцнюючі зони мають розміри 35 мм та розташовані на відстані ≈10 мм між центрами. В якості матеріалів, що зміцнюються, були використані сталі 18ХГТ, 40Х, 38ХМЮА. Підвищення зносостійкості при дискретній обробці, у порівнянні з суцільною обробкою, обумовлено таким напружено-деформованим станом, при якому напруження будуть мінімальними. Недоліками відомого способу є те, що дискретний азотований шар розташований на м'якій основі, мікротвердість якого для сталей 18ХГТ, 40Х і 38ХМЮА відповідно становить 1700 МПа, 2100 МПа і 2400 МПа. Зниження мікротвердості сталей, які мали мікротвердість після лазерної обробки відповідно 6500 МПа, 8200 МПа і 8900 МПа відбувається внаслідок відпуску при температурі азотування 800-860 К. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити відомий спосіб шляхом дискретної лазерної обробки попередньо азотованих або цементованих поверхонь сталевих виробів, щоб забезпечити підвищення їх зносостійкості у широкому діапазоні навантажень за рахунок підвищення твердості основи (підкладки) та зниження напруження при терті. Поставлена задача удосконалити корисну модель вирішується тим, що спосіб дискретної обробки азотованих сталевих виробів полягає в хімікотермічній обробці (азотування) в середовищі аміаку при температурі 800-860 К із витримкою 15-20 год з наступною лазерною обробкою, згідно з корисною моделлю, новим є те, що лазерну обробку виконують після азотування дискретно точками із площею обробки 20-35 % від загальної площі сталевого виробу, з потужністю 105-108 Вт/см2. 45549 4 Після дискретної обробки, на 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 структуру перехідної зони, яка виникає в результаті лазерної обробки. Експериментальним шляхом встановлено, що існує оптимальне значення площі обробки. Це обумовлено створенням такого напруженодеформованого стану, який забезпечує мінімальні напруження при терті, що встановлено аналітичними розрахунками композиційного. Мінімально навантажена матриця дає можливість релаксувати напруження, викликані силами тертя. Точкові зміцнюючі зони мають розміри до 5 мм з глибиною до 4 мм та розташовані з фіксованим кроком обробки. Мікротвердість дискретних ділянок сталей становила: 18ХГТ - 6500 МПа, 40Х - 8200 МПа, 38Х2МЮА - 8900 МПа. Підвищення зносостійкості при дискретній обробці азотованих шарів у порівнянні з азотуванням попередньо оброблених лазером сталей (див. таблицю 1), обумовлено зниженням градієнту твердості між покриттям і основою та таким напружено-деформованим станом дискретної структури, при якому напруження будуть мінімальними. Приклад реалізації способу. Спосіб використовується для зміцнення борштанг 88В-159 (матеріал сталь 40Х) та ножів для різки металу НШГ-50 (матеріал сталь ХВГ) на термогальванічному заводі, м. Київ. Азотування проводили на установці ВІПА-1 протягом 20 год, товщина отриманого азотованого шару становила 0,3 мм. Лазерну обробку виконували на установці ЛАТУС-31 при потужності лазерного випромінювання 10 Вт/см за розрахованим оптимальним значенням глибини обробки. Щільність зміцнених ділянок для борштанги та ножів становила від 20 до 40 %. Коефіцієнт підвищення зносостійкості становив: для борштанги 2,7 та для ножів 3,1. Наведений приклад підтверджує досягнення технічного результату при здійсненні заявленого способу. 5 45549 6 Таблиця 1 Зносостійкість сталі 40Х в залежності від виду та площі обробленої поверхні (Р=3 МПа, V=0,l м/с, Т=293К) Вид обробки Без обробки Прототип: Дискретна обробка: лазерна обробка + азотування (мікротвердість підкладки 2100 МПа) Корисна модель: Дискретна обробка: азотування + лазерна обробка (мікротвердість підкладки 8200 МПа) Джерела інформації: 1. «Спосіб нанесення покриттів». [Авторське свідоцтво № 677549, кл. С23С9/00, 1977. Автори: Ю.Т. Булах, В.І. Побіровський, Ю.А. Кузьма, М.С. Дигам, Б.А. Ляшенко]. 2. Vertahrenzur Hurtungvon Oberfluchen bei stahi und Gubeisen [Marci G., Lyashenko B.A., Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Площа обробленої поверхні, % 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 Знос, мг/см2 за 103 м 125,5 19,0 17,8 14,5 14,0 14,2 17,0 19,1 20,2 22,5 26,2 8,2 7,3 6,5 5,6 4,8 4,9 5,0 6,9 8,2 9,7 Rutkovski A.V. - Offeniegungstan 06.02.97 Pat. DE 19626008 A1 (BRD)., C21D1/09. «Процеси гартування сталі та чавуну»]. 3. «Спосіб отримання зносостійких дискретних азотованих шарів». [Патент № 25412 кл. С23С8/02 від 10 серпня 2007 р. Автори: Кіндрачук М.В., Іщук Н.В., Писаренко В.М., Головко Л.Ф., М.С. Яхья]. Підписне Тираж 28 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