Комбінований склад середовища для лазерного легування корозійностійких сталей

Комбінований склад середовища для лазерного легування корозійностійких сталей, що містить суміш порошків зі зв'язуючими та газоподібний азот, який відрізняється тим, що як інгредієнти суміші використовують порошки Ni, В, Si, Fe, а як зв'язуюче - рідке скло за наступним співвідношенням інгредієнтів, % мас: Ni 35-45 В 25-35 Si 5-15 Fe 15-25 рідке 0,2-0,3 скло від загального об'єму суміші порошків. (19) (21) u200906184 (22) 15.06.2009 (24) 25.11.2009 (46) 25.11.2009, Бюл.№ 22, 2009 р. (72) ДУРЯГІНА ЗОЯ АНТОНІВНА, АЛІМОВ ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, ЛАЗЬКО ГАЛИНА ВІКТОРІВНА, ЩЕРБОВСЬКИХ НАТАЛЯ ВАЛЕНТИНІВНА, ГЕОРГІАДУ МАРІЯ ВІКТОРІВНА (73) ДУРЯГІНА ЗОЯ АНТОНІВНА, АЛІМОВ ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ, ЛАЗЬКО ГАЛИНА ВІКТОРІВНА, ЩЕРБОВСЬКИХ НАТАЛЯ ВАЛЕНТИНІВНА, ГЕОРГІАДУ МАРІЯ ВІКТОРІВНА 3 % мас: Ni 35-45 В 25-35 Si 5-15 Fe 15-25 рідке 0,2-0,3 скло від загального об'єму суміші порошків. Завдяки новим ознакам змінюються якісні та кількісні ознаки співвідношення фаз в легованому шарі: збільшується кількість нітридів типу TiN, Fe4N, B2N, присутні бориди та силіциди, вміщується менше карбідів типу Сr7С3, Сr23С6 - все це забезпечує підвищення зносостійкості та корозійної стійкості виробів з корозійностійких сталей. Добавка рідкого скла у вказаній кількості забезпечує консистентність обмазки та її якісне утримання на поверхні виробів при дії лазерного променя крізь газоподібний азот. При вмісті хоча б одного з інгредієнтів нижче межі, що заявляється (% мас: Ni25) порушується оптимальне співвідношення фаз та їх склад, що призводить до зниження зносостійкості та корозійної стійкості виробів зі зносостійких сталей. При вмісті рідкого скла менше 0,2%мас. консистентність обмазки недостатня і вона осипається з виробу. При вмісті рідкого скла більше 0,3%мас. обмазка частково стікає з поверхні виробу і ефект лазерного легування знижується. Комбінований склад середовища для лазерного легування корозійностійких сталей готують та користуються ним наступним способом. Газоподібний азот готують в балонному варіанті. Порошки інгредієнтів в кількості (% мас.) - Ni: 35-45, В: 25-35, Si: 5-15, Fe: 15-25 змішують, додають рідке скло в кількості 0,2-0,3%мас. від загального об'єму суміші порошків і консистентну обмазку наносять на поверхню виробів з корозійностійкої сталі. Потім на поверхню обмазаного виробу діють лазерним променем в середовищі газоподібного азоту. Для лазерного легування в обмазці та в умовах продувки азотом використовують CO2 - лазер потужністю 6,5кВт неперервної дії фірми "TRUMPF" з системою сегментних дзеркал для трансформації форми лазерного променя з круглої в прямокутну, довжиною хвилі випромінювання 10,6мкм, швидкістю сканування променя по поверхні зразка 990-1990мм/хв. При суміщенні процесів нагріву поверхні лазером до температур, що перевищують температуру ліквідує з одночасним введенням в розплав легувальних елементів, створюється можливість керувати гідродинамічними і теплофізичними процесами, що протікають в розплаві при урахуванні теплофізичних властивостей матеріалу. В процесі лазерного легування ефективно збуджуються дрібно і великомасштабні течії, які викликають більш ефективне перемішування легувальних елементів у розплаві. Крім того, висока густина потужності лазерного випромінювання сприяє утворенню потужної ударної хвилі, яка, поширюючись за ванною 45796 4 розплаву, розосереджує турбулентні потоки та додатково сприяє диспергуванню структури. Це своєю чергою позитивно впливає на рівень функціональних властивостей поверхневих шарів в результаті оптимізації процесу їх структуроутворення на стадії кристалізації з рідиннометалевого стану. Приклад. Запропонований комбінований склад лазерного легування виробів з корозійностійких сталей аустенітного класу реалізований наступним чином. На поверхню зразків із нержавіючої сталі аустенітного класу 12Х18Н10Т наносили обмазки на основі рідкого скла, у які додавали дисперсні порошки наступного складу: (Fe, Ni, В, Si) (суміш 1) та 100% Nb (суміш 2 - за найближчим аналогом) тонким шаром товщиною 15-20мкм. Наявність рідкого скла в обмазці сприяє максимальному використанню енергії випромінювання лазера, оскільки при довжині хвилі 10,6мкм коефіцієнт відбиття традиційної графітової обмазки становить 22,7%, а рідкого скла — 2,8%. Крім того, використання рідкого скла дозволило створювати квазіметалокерамічні покриття, металева матриця яких зміцнена керамічними частинками, що додатково підвищує їх працездатність. Проводили легування СО2 — лазером потужністю 6,5кВт неперервної дії фірми "TRUMPF" з системою сегментних дзеркал для трансформації форми лазерного променя з круглої в прямокутну, довжиною хвилі випромінювання 10,6мкм, швидкістю сканування променя по поверхні зразка 990-1990мм/хв. 100% продувка азотом при лазерному легуванні дозволила використовувати атоми азоту як додатковий легувальний елемент, який подається з газової фази. При використанні СО2 - лазера потужністю 6,5кВт неперервної дії при надшвидкому охолоджені високолегованого аустеніту формуються структурні бар'єри, мікротопологія яких дозволяє оптимізувати рівень властивостей. Спільна ударна дія лазерного променя і термокапілярного ефекту сприяє утворенню в приповерхневих шарах напруження тиску. Для вивчення структури приповерхневих шарів сталі 12Х18Н10Т провели металографічний аналіз за стандартною методикою на установці "Neofot - 21" з приставкою для вимірювання мікротвердості. Виявили, що сформовані структурні бар'єри складаються з двох шарів: верхній являє собою дифузійну зону, що має зернисту будову коміркового типу, нижній - будову механічної суміші зерен g - твердого розчину із дисперсними включеннями вторинних фаз (Сr7С3, TiC, NbC0,5, Cr3C2, Cr4C, Fe3C, SiN4, TiN, BN, Cr2N, CrN, Fe4N, Тi2В, CrB2). Мікротвердість сформованих шарів на декілька порядків вища, ніж у основного металу та складає порядку 8Гпа, а потім стрибкоподібно знижується до мікротвердості основи. Переваги запропонованого комбінованого складу середовища для лазерного легування виробів з корозійностійкої сталі аустенітного класу в порівнянні з відомим складом можна побачити з таблиці. 5 45796 6 Таблиця Вміст, % мас. № складу 1 2 3 4 5 6 7 8 доля рідкого скла 40 30 10 20 0,25 35 25 15 25 0,27 45 35 5 15 0,24 45 20 10 25 0,25 50 40 5 5 0,26 39 31 11 19 0,15 38 32 12 18 0,40 По найближчому аналогу; Nb + графіт Ni В Si Fe Відносна зносостійкість та відносна корозійна стійкість для найближчого аналогу умовно прийняті за одиницю. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Кількість азо- Відносна зно- Відносна короту, % состійкість зійна стійкість 100 100 100 100 100 100 100 100 2,5 2 2,2 1,8 2,4 2,1 1,6 1,4 1,7 1,5 Обмазка осипається Обмазка осипається 1 1 З таблиці можна побачити, що найбільший ефект досягається при використанні комбінованого складу в межах, що заявляються. 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