Спосіб формування дискретних азотованих покриттів рівної зносостійкості

Реферат: Спосіб формування дискретних азотованих покриттів рівної зносостійкості включає лазерну обробку поверхні довгомірних сталевих виробів з наступним азотуванням в середовищі аміаку 5 8 при температурі 800-860 К із витримкою 15-20 годин. Лазерну обробку з потужністю 10 -10 2 Вт/см , діаметром фокусування променя 5 мм виконують дискретно із лінійним збільшенням площі обробки в межах 20-75 % в напрямку від менш до більш навантаженої частини виробу. UA 100638 U (12) UA 100638 U UA 100638 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області технології машинобудування і може бути використана при зміцненні деталей важконавантажених вузлів тертя та довгомірного інструменту. Зокрема пуансонів, дорнів, які під час обробки тиском піддаються високим, нерівномірно розподіленим локальним навантаженням. Відомий "Спосіб комбінованої лазерно-хіміко-термічної обробки матеріалів". [Патент № 19551 кл. С23С 9/2. Автори: Іщук Н.В., Кіндрачук М.В., Писаренко В.М., Головко Л.Ф.]. Спосіб включає обробку поверхні виробу з метою збільшення дефектів кристалічної ґратки та подальшу хіміко-термічну обробку поверхні сталевих виробів зі швидкістю лазерного випромінювання 0,5; 0,8; 1,2; 1,4 м/хв. та наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурах 800-860 К. Лазерну обробку сталей здійснювали на установці "ЛАТУС-31" за режимів: потужність випромінювання - 0,9-1,1 кВт, швидкість лазерного променя - 0,5; 0,8; 1,2; 1,4 м/хв. із витримкою 15-20 год. Було досліджено вплив попередньої лазерної обробки та кінцевого азотування на структуру, товщину, фазовий склад, мікротвердість та вміст азоту поверхневих шарів зразків на сталі У8 методами металографічного аналізу в Fe кα 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 -3 наступного азотування утворювався азотований шар більшої товщини (до 0,4610 м) і більшої мікротвердості (до 8ГПа) у порівнянні з чисто азотованими ділянками (без попередньої лазерної -3 обробки), на яких товщина дифузійного шару не перевищувала 0,1510 м, а мікротвердість 3,5 ГПа. 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 збільшення протяжності їх границь). Спосіб дозволяє пришвидшити процес азотування, отримати шари більшої товщини. Проте суцільне покриття не забезпечує високої зносостійкості. Як найближчий аналог обраний "Спосіб отримання зносостійких дискретних азотованих шарів [Патент № 25412 кл. С23С 8/02. Автори: Іщук Н.В., Кіндрачук М.В., Писаренко В.М., Головко Л.Ф., Яхья М.С.]. Відомий спосіб включає дискретну обробку поверхні сталевих виробів лазерним опромінюванням з наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурах 800-860 К із витримкою 15-20 год., де лазерну обробку виконують дискретно із площею обробки 15-25 % від 3 4 2 загальної площі сталевого виробу з потужністю 10 -10 Вт/см . Це забезпечує підвищення зносостійкості азотованих шарів сталевих виробів за рахунок зменшення напруження при терті. Показано, що локальні напруження в матеріалі в залежності від виду навантаження елементарного об'єму можуть бути прогнозовані 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 1525 %. Це обумовлено створенням такого напружено-деформованого 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 3-5 мм та розташовані на відстані -10 мм між центрами. Як матеріали, що зміцнюються, були використані сталі 18ХГТ, 40Х, 38ХМЮА. Підвищення зносостійкості при дискретній обробці, у порівнянні з суцільною, обумовлено таким напружено-деформованим станом, за якого напруження будуть мінімальними. При цьому попередня лазерна обробка інтенсифікує процес азотування. Недоліком відомого способу є те, що він не дозволяє формувати покриття із змінною щільністю зміцнених ділянок вздовж поверхонь тертя деталі (дорна), здатних сприймати і компенсувати виникаючі в парі тертя перенавантаження. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити відомий спосіб шляхом формування азотованого покриття із збільшенням щільності (площі) дискретної обробки по мірі віддалення від менш навантажених ділянок робочих поверхонь деталі (дорна) і наближення до більш навантажених ділянок, що забезпечує підвищення їх зносостійкості і довговічності за рахунок прояву ефекту рівної зносостійкості. Поставлена задача вирішується тим, що в способі формування дискретних азотованих покриттів рівної зносостійкості, що включає дискретну лазерну обробку з наступним азотуванням в середовищі аміаку за температури 800-860 К із витримкою 15-20 год., згідно з корисною моделлю, лазерну обробку виконують дискретно із збільшенням площі обробки по 5 8 2 довжині виробу від 20 до 75 % від загальної площі виробу з потужністю 10 -10 Вт/см , та 1 UA 100638 U 5 10 15 20 25 діаметром фокусування променя 5 мм, по мірі віддалення від менш навантажених ділянок робочої поверхні і наближення до важконавантажених ділянок. Спосіб здійснюють наступним чином: довговимірний виріб (дорн), що складається з трьох робочих частин, піддають дискретній лазерній обробці по довжині виробу в напрямку збільшення величини інтенсивності зношування, а саме по частинах: калібрувальна - 25 % (3), формуюча - 50 % (2), вхідна - 75 % (1) (креслення). Експериментальним шляхом встановлено, що площа обробки повинна лінійно збільшуватися по довжині виробу від менш навантажених до більш навантажених ділянок і знаходитися в межах 20-75 %. Підвищення зносостійкості і довговічності виробів за такої схеми зміцнення (див. таблицю) обумовлено наявністю в покритті ділянок, здатних сприймати і компенсувати, виникаючі в парі тертя перенавантаження і зводити до мінімуму нерівномірність зношування робочих поверхонь, виключати перекоси і поломки. Мінімальна площа обробки 2030 % менш навантаженої частини виробу забезпечує антифрикційність, а мінімальна 50-75 % більш навантаженої частини - зносостійкість і несучу здатність за номінального і допустимого навантаження відповідно. Приклад реалізації способу. Спосіб формування дискретних азотованих покриттів рівної зносостійкості використовується для зміцнення дорнів (матеріал сталь 3X2В8Ф) на термогальванічному заводі, м. Київ. Азотування проводили на установці ВІПА-1 протягом 20 год., товщина азотованого шару 0,2 мм. Лазерну обробку виконували на установці ЛАТУС-31 при потужності лазерного 5 2 випромінювання 10 Вт/см за двома схемами. За першою схемою попередню дискретну обробку лазером проводили з однаковою площею 20-35 % по всій робочій поверхні. За другою схемою формували дискретно азотоване покриття рівної зносостійкості: площу попередньої лазерної обробки лінійно збільшували від монтажної частини дорну до вхідної в межах 20-75 %. Результати досліджень наведені в таблиці. Таблиця Зносостійкість дискретно азотованого дорну (вхідної, формуючої та калібрувальної частини) в залежності від площі попередньої лазерної обробки при 100 циклах дорнування № п/п 1 2 3 30 35 Ділянки дорну Вхідна Формуюча Калібрувальна 10 15,2 13,8 6,4 Знос, мкм, при площі обробки, % 25* 50 75 11,0 7,0 4,0 8,0 4,0 5,0 3,8 3,7 3,7 90 7,5 7,0 4,2 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб формування дискретних азотованих покриттів рівної зносостійкості, що включає лазерну обробку поверхні довгомірних сталевих виробів з наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурі 800-860 К із витримкою 15-20 годин, який відрізняється тим, що лазерну 5 8 2 обробку з потужністю 10 -10 Вт/см , діаметром фокусування променя 5 мм виконують дискретно із лінійним збільшенням площі обробки в межах 20-75 % в напрямку від менш до більш навантаженої частини виробу. 2 UA 100638 U Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3