Спосіб поверхневого комплексного зміцнення титанових сплавів

Реферат: Спосіб поверхневого комплексного зміцнення титанових сплавів, що включає завантаження -1 виробів в герметичну реакційну камеру, вакуумування до тиску 10 мм рт.ст., нагрів до -1 необхідної температури насичення 900 °C, наступне вакуумування до тиску 10 мм рт.ст., введення технічно чистого азоту, ізотермічну витримку при температурі насичення та охолодження разом з установкою, причому перед хіміко-термічною обробкою проводять магнітно-абразивну обробку за режимом: швидкість обробки 2 м/с; швидкість осциляції 8,33 Гц; магнітна індукція 0,2 Тл; час обробки 120 с; порошок ПР Р6М5 (315/200 мкм), а ізотермічну витримку при температурі насичення проводять протягом 2-2,5 годин. UA 78509 U (54) СПОСІБ ПОВЕРХНЕВОГО КОМПЛЕКСНОГО ЗМІЦНЕННЯ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ UA 78509 U UA 78509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі хіміко-термічної обробки та може широко використовуватись в машинобудуванні, приладобудуванні для підвищення експлуатаційних характеристик виробів. Відомий спосіб хіміко-термічної обробки в азотовмісному середовищі, що включає -1 завантаження виробів в герметичну реакційну камеру, вакуумування до тиску 10 мм рт.ст., -1 нагрів до температури насичення 900-950 °C, наступне вакуумування до тиску 10 мм рт.ст., введення технічно чистого азоту, ізотермічну витримку протягом 5-15 годин при температурі насичення, та наступним охолодженням разом з установкою [1]. Недоліком наведеного вище способу є те, що отриманий поверхневий шар нітриду має недостатню твердість та товщину. В результаті чого в процесі експлуатації шар може сколотись або викришитись. Також має невисокі показники абразивної стійкості [2,3]. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб поверхневої зміцнюючої обробки деталей, який дозволить підвищити показники механічних властивостей, а саме твердість, зносостійкість, товщину покриття. Поставлена задача вирішується за допомогою комбінування двох обробок: хіміко-термічної (ХТО) та магнітно-абразивної (МАО). Поєднання ХТО та МАО забезпечить необхідні експлуатаційні властивості дифузійного покриття. Обробка абразивним порошком у магнітному полі включає в себе одночасну дію двох позитивних факторів, які забезпечують процес зміцнення поверхневого шару: - перемагнічування деталей, яке виникає за рахунок обертання деталей у постійному магнітному полі; - пластичне деформування поверхневого шару, яке виникає під час контактування частинок магнітно-абразивного порошку з поверхнею деталі, що обробляється [4,5]. Перший фактор позитивно впливає за рахунок магнітно-стрікційних ефектів, які виникають під час перемагнічування і призводять до подрібнення структури і формування напруженого стану в матеріалі. Другий фактор позитивно впливає за рахунок формування в поверхневому шарі залишкових стискаючих напружень на глибині до 10 мкм величиною 600-900 МПа. Активація поверхні МАО була досягнута за рахунок отримання в поверхневих шарах високої щільності дефектів кристалічної ґратки в процесі обробки абразивним порошком у магнітному полі, що призвело до прискорення дифузійних процесів під час нанесення покриттів [5]. Товщина отриманого покриття збільшується майже в два рази та утворюється досить широка область з мікротвердістю, що наближається до мікротвердості самого покриття, і плавно переходить до мікротвердості основи. На фігурі 1 показано мікроструктуру титанового сплаву ВТ8 після азотування, а на фігурі 2 показано мікроструктуру титанового сплаву ВТ8 після МАО+азотування. Спосіб здійснюють наступним чином: перед початком процесу дифузійного насичення проводиться магнітно-абразивна обробка, за режимом: швидкість обробки (2-3) м/с; магнітна індукція 0,2 Тл; час обробки (120-240) с; порошок ПР Р6М5 (315/200 мкм). Після магнітно-абразивної обробки вироби завантажують в герметичну реакційну камеру, -1 проводять вакуумування до тиску 10 мм рт. ст., нагрівають до температури 900 °C, ще раз -1 вакуумують до тиску 10 мм рт. ст., відключають насос, вводять технічно чистий азот із 2 розрахунку 0,55 л/м робочої поверхні та здійснюють витримку протягом 2 годин. Після закінчення процесу нанесення покриття виріб разом з камерою охолоджують до кімнатної температури. Приклад 1 Вироби з титанового сплаву ВТ8 піддають попередній магнітно-абразивній обробці за режимом: швидкість обробки 2 м/с; магнітна індукція 0,2 Тл; час обробки 120 с; порошок ПР Р6М5 (315/200 мкм). Потім ці вироби розміщують в реакційну камеру. Камеру герметизують, -1 вакуумують до тиску 10 мм.рт.ст., нагрівають до температури 900 °C, повторно вакуумують до -1 2 тиску 10 мм.рт.ст., відключають насос, вводять технічно чистий азот із розрахунку 0,55 л/м , та здійснюють витримку протягом 2 годин. Після закінчення процесу насичення вироби охолоджують разом з камерою до кімнатної температури. 1 UA 78509 U Таблиця Характеристики покриття на титановому сплаві ВТ8 після відомого та пропонованого способу обробки Спосіб обробки відомий пропонований 5 10 15 Твердість поверхні, ГПа 13,5 16,0 Товщина нітриду титану, мкм 1,0 5-6 Товщина твердого розчину азоту в титані, мкм 40-50 60-70 Втрата маси при абразивному зношуванні, 2 кг/м с 6,5 2,3 Показники шорсткості поверхні, Ra, мкм 0,4-0,5 0,16-0,2 В результаті на поверхні виробів виготовлених з титанового сплаву ВТ8 товщина нітридної зони після попередньої активації поверхні магнітно-абразивною обробкою збільшилася до (5-6) мкм (фіг. 2). Без активації товщина нітридного шару складала (1,0-1,2) мкм (фіг. 1). Збільшилась і мікротвердість ( + )-твердого розчину азоту в титані від 8,43 ГПа одразу під нітридним шаром на неактивованих поверхнях до 10 ГПа після азотування лопаток, підданих МАО. Відповідно збільшилась товщина зони твердого розчину з 40 мкм до 60-70 мкм (табл.). Джерела інформації: 1. Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1990 2. Титановые сплавы в машиностроении / Под ред. Г.И. Капырша. - Л.: Машиностроение, 1977; 3. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Азотування титану та його сплавів. - Київ: Наукова думка, 1995; Обработка поверхности и надежность материалов: Пер. с англ… / Под ред. Дж. Бурке, Ф. Вайса. - М.: Мир, 1984 4. Технология абразивной обработки в магнитном поле [Текст]: навч. посіб. / [Ю. М. Барон]. Л.: Машиностроение, 1975.-128 с. 5. Майборода B.C. Магнитно-абразивная обработка специальных деталей (на примере лопаток компрессоров ГТД) [Текст]: автореф. дис… канд. техн.наук. - К., 1988.-19 с. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб поверхневого комплексного зміцнення титанових сплавів, що включає завантаження -1 виробів в герметичну реакційну камеру, вакуумування до тиску 10 мм рт. ст., нагрів до -1 необхідної температури насичення 900 °C, наступне вакуумування до тиску 10 мм рт. ст., введення технічно чистого азоту, ізотермічну витримку при температурі насичення та охолодження разом з установкою, який відрізняється тим, що перед хіміко-термічною обробкою проводять магнітно-абразивну обробку за режимом: швидкість обробки 2 м/с; швидкість осциляції 8,33 Гц; магнітна індукція 0,2 Тл; час обробки 120 с; порошок ПР Р6М5 (315/200 мкм), а ізотермічну витримку при температурі насичення проводять протягом 2-2,5 годин. 2 UA 78509 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3