Спосіб отримання покриттів з високою припрацьовуваністю і зносостійкістю

Реферат: Спосіб отримання покриттів з високою припрацьовуваністю і зносостійкістю включає лазерну обробку поверхні сталевих виробів з наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурі 800-860 K. Лазерну обробку виконують дискретно при оптимальному значенні площі оброблюваної поверхні сталевого виробу із витримкою при азотуванні 0,5-1 год. UA 75933 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ ПОКРИТТІВ З ВИСОКОЮ ПРИПРАЦЬОВУВАНІСТЮ І ЗНОСОСТІЙКІСТЮ UA 75933 U UA 75933 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до області технології машинобудування і може бути використана при зміцненні деталей важконавантажених вузлів тертя та інструменту, які працюють при високих локальних навантаженнях. Суттєвим недоліком практично всіх видів хіміко-термічної обробки, в тому числі і азотування, є необхідність нагрівання виробів до високих температур та тривала витримка при цих температурах і відносно великі енерговитрати. Крім того, після азотування в системі "покриття основа" утворюються залишкові напруження розтягування, які негативно впливають на працездатність виробу. Такі покриття не можуть працювати у важконавантажених вузлах тертя. При високих локальних навантаженнях азотований шар, що містить на поверхні крихку -фазу, викришується. Особливо схильні до викришування після азотування швидкорізальні інструментальні сталі з високим вмістом вольфраму. Відомо "Спосіб нанесення покриттів" [Авторське свідоцтво № 677549, кл. С23С9/00, 1977. Автори: Ю.Т. Булах, В.В. Побіровський, Ю.А. Кузьма, М.С. Дигам, Б. А. Ляшенко]. Винахід належить до електрофізичних та електрохімічних методів обробки, зокрема до методів електроерозійного легування. Метою винаходу було підвищення стійкості легованої поверхні ріжучого інструменту шляхом вибору оптимальної щільності розташування острівців покриття. Ця задача вирішувалася за рахунок того, що щільність острівців покриття вибирають рівною 7580 % від площини поверхні ріжучого інструменту, що зміцнюється (легується). Якщо щільність острівців на ріжучій частині інструменту вибрати менше 75 %, то при цьому залишаються незміцнені ділянки на ріжучій кромці. Якщо ж щільність розподілу острівців збільшити вище 80 %, то острівці покриття на ріжучій кромці починають перекривати одне одного і покриття наближається до суцільного з усіма недоліками суцільного покриття. Також відомий "Спосіб комбінованої лазерно-хіміко-термічної обробки матеріалів". [Патент № 19551 кл. С23С9/2, 2006. Автори: Іщук Н.В., Кіндрачук М.В., Писаренко В.М., Головко Л.Ф.]. Спосіб включає обробку поверхні вибору з метою збільшення дефектів кристалічної грати та подальшу хіміко-термічну обробку поверхні сталевих виробів зі швидкістю лазерного випромінювання 0,5; 0,8; 1,2; 1,4 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 пересування 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, рентгенографічного аналізу в Feк випромінюванні, дюрометричного та газового аналізів з використанням відповідно металографічного мікроскопа "Heophot 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 зернистої структури поверхневих шарів сталі У8, а після -3 наступного азотування утворювався азотований шар більшої товщини (до 0,46∙10 м) і більшої мікротвердості (до 8 ГПа) у порівнянні з чисто азотованими ділянками (без попередньої -3 лазерної 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). Аналогічний вплив попередньої лазерної обробки фіксували при азотуванні та цементації сталей ОХ18Н10Т та 40×13. Недоліком відомого способу є те, що при азотуванні протягом 15-20 год. утворюється суцільно азотований шар з крихкою -фазою. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є "Спосіб отримання зносостійких дискретних азотованих шарів" [Патент № 25412 кл. С23С8/02, 2007. Автори: Кіндрачук М.В., Іщук Н.В., Писаренко В.М., Головко Л.Ф., Мутхі Собі Яхья.]. Поставлена задача вирішувалася тим, що в способі отримання зносостійких азотованих шарів виробів, що включає лазерну обробку з наступним азотуванням в середовищі аміаку при температурі 800-860 К із витримкою 15-20 год., 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 3 4 2 10 -10 Вт/см . Спосіб також включає дискретну обробку поверхні лазерним опромінюванням з наступним азотуванням з метою підвищення зносостійкості. На дискретно оброблюваному 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 1 UA 75933 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 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 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 3-5 мм та розташовані на відстані  10 мм між центрами. Як матеріали, що зміцнюються, були використані сталі 18ХГТ, 40Х, 38X2МЮА. Отримували комбіноване покриття: на ділянках з попередньою лазерною обробкою точкові азотовані зони товщиною 0,3-0,6 мм і покриття на ділянках без лазерної обробки товщиною 0,15-0,2 мм, що містять -фазу. Підвищення зносостійкості при дискретній обробці у порівнянні з суцільною обробкою обумовлено таким напружено-деформованим станом, при якому напруження є мінімальними. Однак, недоліком вищеописаного способу є також те, що азотований шар на не зміцненій попередньо лазером поверхні, який містить крихку -фазу в процесі припрацювання швидко зношується, не виконавши функцію екранування безпосереднього контакту матеріалів трибоспряження. Час існування покриття значно менший тривалості процесу припрацювання (tпок