СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF SURFACE HARDENING OF METAL ARTICLES

Изобретение относится к металлургии, к способам покрытия металлических материалов, конкретнее к их упрочнению с использованием неорганических порошков с использованием давления и за счет осаждения концентрированной энергии частиц порошка, и может быть использовано для увеличения срока службы металлических деталей в любых областях промышленности.
Известны способы упрочнения металлических изделий, заключающиеся в их бомбардировке потоком частиц (Ушеренко СМ. Сверхглубокое проникание частиц в преграды и создание композиционных материалов. // Автореферат дис. д.т.н. - Минск: НИИ импульсных процессов, 1998. - 209 с., Кирсанов Р.Г. Исследование кинетики процессов, структуры и свойств металлов, подвергнутых ударно-волновому воздействию потока дискретных частиц в режиме сверхглубокого проникания. // Автореф. дис. к.ф.-м.н. - Самара: СГТУ, 1997. - 23 с), разогнанных продуктами детонации заряда взрывчатого вещества, при этом наблюдается эффект сверхглубокого проникания частиц размерами 10-100 мкм на глубину порядка десятков мм, что превышает их диаметр в тысячи раз. Каналы, образующиеся при движении частиц в образцах, как правило, схлопываются и имеют вид нитевидных треков, состоящих из смеси легирующего вещества и материала матрицы. В конце трека находится остановившаяся частица, причем уменьшенная в несколько раз.
Недостатками данных способов являются сложность технологического процесса, низкая износостойкость, неравномерность нанесения легирующего элемента, а значит, низкая легирующая способность порошка.
1
1
Известен способ упрочнения металлических изделий цилиндрической формы, заключающийся в воздействии концентрированными источниками энергии высокоскоростными струями. Воздействие осуществляют посредством метания высокоскоростных струй легирующего элемента, разогнанных с помощью ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, расположенного вокруг обрабатываемой детали на расстоянии R, которое находится в пределах 0<R<0,414R, где R - радиус детали, причем метание производят однократно с боковой поверхности заряда (Патент РФ №2142023, МПК: С23С 24/04, Способ упрочнения металлических поверхностей цилиндрической формы, авторы: Кирсанов Р.Г., Кривченко А.Л. и др., опубл. 27.11.1999 г.).
К недостаткам данного способа следует отнести низкую легирующую способность (от 3% до 5% общей массы порошка проникает в мишень), сыпучесть порошка затрудняет его равномерное распределение над поверхностью мишени, что приводит к неоднородной обработке изделия.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение износостойкости за счет увеличения равномерности нанесения легирующего элемента и увеличение легирующей способности.
1
1
Технический результат достигается тем, что в способ упрочнения металлических изделий, включающий воздействие концентрированными источниками энергии посредством метания высокоскоростных струй легирующего элемента, разогнанного с помощью ленточного заряда взрывчатого вещества кольцевой формы, расположенного вокруг обрабатываемой детали на расстояние R, которое находится в пределах 0<R<0,414R, где R - радиус детали, причем метание производят однократно с боковой поверхности заряда, дополнительно введен сополимер, содержащий от четырех до девяти атомов углерода, который растворяют во фракции легких углеводородов, наносят его на металлическую поверхность в качестве связующего и на металлическое изделие напыляют метанием высокоскоростными струями легирующий порошок до полной полимеризации растворенного сополимера с последующей обработкой поверхности металлического изделия. В качестве связующего сополимера используют эластичный бутилкаучук.
1
1
1
1
Воздействие высокоскоростными струями легирующего элемента осуществляют однократно с помощью заряда взрывчатого вещества, который расположен над обрабатываемой деталью, причем для равномерного распределения порошка над поверхностью мишени и увеличения количества легирующего элемента используют порошок и эластичное связующее, например бутилкаучук, который растворен в легких углеводородах и нанесен на поверхность заряда, обращенную к обрабатываемой детали, что дает равномерность нанесения порошка, причем расстояние от детали до заряда ВВ для цилиндрических деталей должно находиться в пределах от 0 до 0,414R (R - радиус детали), а радиус кольца заряда ВВ от R до 0,414R так как при выходе из этих границ не проходит проникание легирующего элемента в материал детали.
Пример:
1) Заготовки из стали 3X3М3Ф диаметром 220 мм и толщиной 60 мм упрочнялись по цилиндрической поверхности высокоскоростными струями карбида титана, нанесенным эластичным связующим (битулкаучук) на боковую поверхность заряда и разогнанными продуктами детонации. После обработки не наблюдалось сколов и выкрашивания поверхностного слоя образцов. Из поверхностного слоя обработанной заготовки вырезались образцы, которые подвергались испытаниям на износостойкость. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
№ опыта
Расстояние от ВВ до обрабатываемой поверхности, мм
Глубина проработки, мм
Износостойкость
Примечания
1
40
36
1,55
Прототип
2
50
29
1,60
Прототип
3
40
36
1,82
Заявляемый
4
50
29
1,85
Заявляемый
2) Заготовки из стали У8, выполненные в виде цилиндров высотой 30 мм и диаметром 20 мм, обрабатывались потоком частиц вольфрама (разогнанных взрывом гексогена) по плоской поверхности. Падение струй из частиц вольфрама осуществлялось перпендикулярно основанию цилиндрической заготовки. Образцы разрезались в плоскости, параллельной плоскости обработки, и проводились испытания на микротвердость. Полученные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2
Способ обработки
Глубина, мм
Микротвердость, HV
Только ударной волной
5
335
10
315
Струями легирующего элемента
5
310
10
340
Предлагаемый способ упрочнения металлических изделий позволяет повысить легирующую способность изделия на 5-10%, повысить износостойкость, повысить ресурс металлических изделий в любой отрасли промышленности, которые подвержены быстрому износу.