close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16111

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.08.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 21D 7/13
(2006.01)
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ
КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ
(21) Номер заявки: a 20071177
(22) 2007.09.28
(43) 2009.04.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Овчинников Владимир
Ильич; Шмурадко Валерий Трофимович; Киршина Наталья Васильевна; Казаневская Ирина Николаевна (BY)
BY 16111 C1 2012.08.30
BY (11) 16111
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) УШЕРЕНКО С.М. Особенности взаимодействия потока микрочастиц с металлами и создание процесса объемного упрочнения инструментальных
материалов: Автореферат диссертации. - Минск, 1998. - С. 12.
Изменения в материалах, возникающие в условиях импульсных нагрузок.
Коллективная монография. - Минск,
2000. - С. 22-27.
ПОЛЯК М.С. Технология упрочнения,
т. 2. - Москва: Машиностроение, Л.В.М. СКРИПТ,1995. - С. 553-573.
RU 2142023 C1, 1999.
BY 3847 U, 2007.
RU 2040555 C1, 1995.
(57)
Способ поверхностного упрочнения изделия из конструкционной стали с образованием защитного слоя, включающий обработку поверхности изделия кумулятивной струей из
продуктов детонации и легирующего порошка, сформированной путем обжатия кумулятивной воронки с легирующим порошком энергией взрыва заряда бризантного взрывчатого вещества, отличающийся тем, что обрабатываемую поверхность изделия размещают
вне фокуса кумулятивной струи и на эффективном расстоянии от кумулятивной воронки,
равном 3-4 диаметрам ее основания.
Фиг. 2
BY 16111 C1 2012.08.30
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для
получения материалов с повышенным уровнем физико-механических характеристик.
Известен способ объемного легирования изделий путем запрессовки в пресс-форме
легирующего порошка при 1000-2000 °С под давлением 15-350 атм [1]. Однако известный
способ является малопроизводительным и требует наличия дорогостоящего оборудования.
Наиболее близким к известному изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ объемного легирования изделий, включающий обжатие конусной воронки с легирующим порошком энергией взрыва заряда
бризантного взрывчатого вещества (БВВ), формирование при этом кумулятивной струи,
состоящей из продуктов детонации (ПД), легирующего вещества (порошка), и введение
его в обрабатываемые изделия, что приводит к осадке и разрушению поверхности в виде
кратеров [2], при этом фокус кумулятивной струи расположен на обрабатываемой и
упрочняемой поверхности изделия.
Недостатком является то, что фокус кумулятивной струи и потока микрочастиц находится на поверхности обрабатываемой детали, что соответствует расстоянию двух диаметров основания кумулятивной воронки [3]. На этом расстоянии кумулятивная струя
имеет максимальные плотность, давление и скорость, что приводит к прониканию частиц
в глубь обрабатываемой детали, объемному легированию и упрочнению и в то же время
приводит к повреждению поверхности за счет образования кратера и микротрещин
(фиг. 1), в дальнейшем эта часть детали обрезается или удаляется механической обработкой. Дополнительная обработка увеличивает технологический цикл, стоимость работ и
стоимость самого изделия.
Задача изобретения - повышение твердости, износостойкости поверхности изделий
без ее разрушения и технологичности.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе поверхностного упрочнения изделия из конструкционной стали с образованием защитного слоя, включающем
обработку поверхности изделия кумулятивной струей из продуктов детонации (ПД) и легирующего порошка, сформированной путем обжатия кумулятивной воронки с легирующим порошком энергией взрыва заряда бризантного взрывчатого вещества, обрабатываемую поверхность изделия размещают вне фокуса кумулятивной струи и на эффективном
расстоянии от кумулятивной воронки, равном 3-4 диаметрам ее основания.
Фиг. 2: ДТ - детонатор; ВВ - взрывчатые вещества; 1 - кумулятивный заряд; 2 - продукты детонации; 3 - кумулятивная воронка (линза); 4 - направление обжатия; 5 - частицы
порошка; d - диаметр воронки; НС - направление струи; О - оптическая ось; И - изделие;
F1, F2, F3 - фокусные расстояния, равные 2d, 3d, 4d соответственно. Регулировка расстояния от основания кумулятивной воронки до обрабатываемой поверхности детали осуществляется с помощью цилиндрической опоры, на которую устанавливается
кумулятивная воронка. Высота опоры и определяет расстояние.
Результат выражается в том, что на расстоянии, превосходящем фокусное, т.е. более
двух диаметров основания кумулятивной воронки, кумулятивная струя расфокусируется,
снижаются плотность, давление и скорость и при размещении поверхности изделия на
расстоянии, равном 3-4 диаметрам основания кумулятивной воронки, снижается проникающая способность частиц, отсутствует повреждение поверхности изделия, кумулятивная струя и поток частиц распределяются более равномерно и на поверхности образуется
защитный слой (фиг. 3).
Способ осуществляется следующим образом. Упрочняемое изделие помещают во
взрывную камеру на предметный стол и с помощью взрывного ускорителя, состоящего из
конусной воронки, заполненной внутри легирующим порошком, снаружи - зарядом
взрывчатого вещества (ВВ), путем ее обжатия энергией взрыва формируют гетерофазную
струю, состоящую из легирующих частиц порошка и неидеально ионизированной плазмы,
2
BY 16111 C1 2012.08.30
имеющей температуру ~3000 °С и скорость 800-1200 м/с. За счет кумуляции взрыва и обжатия конусного контейнера с легирующим веществом и органической газовой средой с
высоким содержанием C, O2, и N создаются необходимые условия для равномерного распределения потока неидеальной ионизированной плазмы и его взаимодействия с обрабатываемой поверхностью, исключая ее повреждение. Такая обработка позволяет изменить
микроструктуру поверхностного слоя до 50 мкм (вплоть до аморфизации) и обеспечить ее
упрочнение (твердость, износостойкость) или антифрикционные свойства в зависимости
от легирующего состава.
При импульсной высокоэнергетической ударно-волновой обработке металлических
материалов происходит локализация кинетической энергии удара частиц в узких контактных зонах, формируемых в процессе нагружения за счет подъема давления ~10 ГПа во
фронте ударной волны в течение 10-8-10-10 с. В таких условиях достигаются потеря структурной устойчивости и образование необходимых метастабильных микрокристаллических
и аморфных фаз в структуре упрочняемого материала [4, 5]. Наличие таких зон в объеме
полиметаллического тела возможно только при взрывном легировании и качественно отличает его от аналогичного материала, полученного статической обработкой, что закономерно приводит к изменению физико-механических свойств и практическому их
повышению.
Карбонитридная поверхностная зона сталей, обработанных неидеальной ионизированной плазмой, не склонна к схватыванию в паре с контактируемой необработанной поверхностью, имеет низкий коэффициент трения, высокие противозадирные свойства, что
повышает износостойкость поверхностного слоя обработанной стали в 1,1-1,2 раза.
Результат достигается тем, что под действием потока неидеальной ионизированной
плазмы, формирующего ударные волны на поверхности преграды, происходит перестройка структуры поверхностного слоя материала на глубине ~50-100 мкм приповерхностной
части обрабатываемой детали. Перестройка структуры осуществляется на атомарном
уровне, что становится возможным при давлениях 1-10 ГПа и ударно-волновом воздействии на упрочняемое изделие с изменением структуры поверхностного слоя и образованием аморфизированной прослойки (фиг. 4). Уровень структурной кристаллической и
атомарной перестройки кристаллической решетки зависит от параметров ударной волны
(давление, время), нагружающей границу контакта, физико-механических характеристик
материалов, обрабатывающего потока частиц, плазмы и изделия, их состояния перед взаимодействием.
Полученная структура поверхностного слоя, формирующаяся при обработке потоком
неидеальной плазмы взрыва, состоит из двух зон: подповерхностной - бесструктурной
(аморфизированной) в виде белой нетравящейся полосы и диффузионного подслоя с выделениями в объеме зерен игл нитридов Fe4N (фиг. 5).
Таким образом, для всех конструкционных сталей, обработанных высокоскоростными
потоками неидеальной плазмы взрыва, отмечены общие характерные структурные изменения: аморфизация материала изделия в приповерхностном слое, пластическая деформация, увеличение плотности дислокаций, фрагментации и образования ячеистой структуры,
что повышает свойства материалов.
В процессе обработки в результате одновременной динамической диффузии в сталь
азота и углерода образуется слой с фазовым составом карбонитридного характера. Зарегистрированы фазы: ε-Fe2-3 (N, C), γ- и γ'-фазы, Fe3C, Fe3N. При этом увеличиваются твердость и износостойкость изделия, химическая стойкость. Этот способ применяли для
обработки готовых изделий: пар трения (например, плунжерных насосов высокого давления и погружных насосов), деталей сложной формы, изготовленных из стали аустенитного класса типа нержавеющей 1Х18Н9Т, применяемой в насосах, работающих в
агрессивных средах, содержащих абразивные частицы, примеси, соли и пр. Упрочнение
металлов предлагаемым способом с использованием взрывных веществ (неидеальной
3
BY 16111 C1 2012.08.30
плазмы взрыва) является перспективным для повышения свойств изделий из марганцовистых сталей типа Г13Л. Твердость поверхностного слоя изделий из стали Г13Л повышается от 175-180 до 400 НВ, причем сталь, упрочненная взрывом, обладает большей
пластичностью, чем после холодной прокатки, это характерно и для других сталей. Преимущество и положительный эффект способа:
позволяет проводить модифицирование поверхности и структуры получением аморфизированной прослойки, переходящей в нано- (100-200 нм), ультра- (0,1-1мкм) и микродисперсные (1-10 мкм) композиции;
исключает ряд технологических операций, необходимых для организации в материалах указанных структур;
обеспечивает поверхностное упрочнение детали, расширяет технологические возможности, позволяет обработку деталей сложной формы.
Источники информации:
1. Патент США 3719479, МПК B 30B 11/02, B 22F 3/14, C 04B 35/645, 1973.
2. Ушеренко С.М. Особенности взаимодействия потока микрочастиц с металлами и
создание процесса объемного упрочнения инструментальных материалов: Автореферат
диссертации. - Минск, 1998. - С. 12.
3. Покровский Г.И. Взрыв. - М.: Недра, 1980. - С. 48-54.
4. Алексенцева С.Е., Исаев Д.В., Кирсанов Р.Г., Кривченко А.Л. Обработка стали
3Х3М3Ф энергией взрыва. // Эволюция дефектных структур в кондесированных средах.
Тез. докл. III международной школе семинара. - Барнаул, 27 авг. - 2 сент. 1996. - С. 39.
5. Алексенцева С.Е., Калашников В.В., Кривченко А.Л., Цивинская Л.В. Системное
взаимодействие направленного потока с металлической матрицей // Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии: Тез. докл. симпозиума. М., 12-14 ноября 1996. - С. 24-25.
Фиг. 1
Фиг. 3
4
BY 16111 C1 2012.08.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
981 Кб
Теги
патент, by16111
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа