×
10.01.2015
216.013.1e14

СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО БОРИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТАЛИ 40

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам поверхностного упрочнения деталей из стали 40. Первоначально проводят предварительное поверхностное локальное борирование с использованием лазерного нагрева из обмазки, содержащей бор или его соединения. Затем осуществляют процесс термодиффузионного насыщения бором при нагреве до температуры Т=850-950°С с выдержкой в течение 3-4 часов. Обеспечивается снижение хрупкости борированных слоев, сокращение длительности и снижение температуры процесса термодиффузионного насыщения поверхности деталей при сохранении высокой твердости. 1 табл.
Основные результаты: Способ поверхностного борирования деталей из стали 40, включающий термодиффузионное насыщение бором поверхностей деталей путем нанесения на их поверхность обмазки, содержащей бор или его соединения, нагрева подготовленных деталей до заданной температуры, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что первоначально проводят процесс предварительного поверхностного локального борирования с использованием лазерного нагрева из упомянутой обмазки, а последующее термодиффузионное насыщение ведут при нагреве до температуры Т=850-950°С с выдержкой в течение 3-4 часов.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам поверхностного упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания в агрессивных средах, а также деталей, подвергающихся в процессе эксплуатации агрессивному воздействию внешней среды.

Известен способ лазерного легирования поверхности низкоуглеродистых и среднеуглеродистых легированных сталей бором. Насыщение поверхности бором проводят с помощью лазерного нагрева, сущность которого заключается в расплавлении участка поверхности стали вместе с шликером, содержащим бор, предварительно нанесенным на обрабатываемый участок (см. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. «Лазерная обработка материалов». -М.: «Машиностроение», 1975 г., с.296).

Способ позволяет путем варьирования вариантов, режимов обработки и толщины обмазки можно получать легированные слои с различным фазовым составом и структурой, а следовательно, и с различными свойствами. Для повышения износостойкости целесообразно проводить обработку без перекрытия, что создает морфологию поверхности, удовлетворяющую принципу Шарпи. Для достижения коррозионной стойкости поверхностного слоя необходимо проводить обработку с перекрытием, что связано с дополнительными временными и энергетическими затратами и не всегда экономически оправдано.

Недостатком известного способа является повышенная хрупкость упрочненного слоя из-за высокой твердости боридов железа.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является принятый в качестве прототипа способ борирования стальных деталей путем термодиффузионного насыщения поверхности бором, который заключается в нанесении на поверхность детали обмазки, содержащей легирующий элемент, и выдержке в печи при температуре Т=950-1150°С в течение 6-10 часов с последующим охлаждением в печи (см. Л.Г. Ворошнин. «Борирование промышленных сталей и чугунов».- Минск : «Беларусь», 1981 г., С.19-21).

Недостатком этого способа является длительность процесса, высокие температуры, при этом борированные слои получаются хрупкими.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является уменьшение хрупкости диффузионного слоя, сокращение длительности и снижение температуры процесса термодиффузионного насыщения поверхности деталей из стали 40 при сохранении высокой твердости.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе поверхностного борирования деталей из стали 40, заключающемся в термодиффузионном насыщении поверхности бором деталей с нанесенной на их поверхность обмазкой, содержащей бор или его соединения, включающем нагрев подготовленных деталей до заданной температуры, выдержку и охлаждение, согласно изобретению первоначально проводят процесс предварительного поверхностного локального борирования с использованием лазерного нагрева из обмазки, а последующее термодиффузионное насыщение ведут при нагреве до температуры Т=850-950°С с выдержкой в течение 3-4 часов.

Решение поставленной технической задачи достигается благодаря тому, что первоначально проводят процесс предварительного поверхностного локального борирования, используя лазерный нагрев подготовленных деталей. В результате образуются локальные борированные участки, которые на этапе термодиффузионного насыщения в процессе нагрева и выдержки ускоряют процессы поверхностной диффузии. При этом диффузия легирующих элементов идет как на поверхности, так и вглубь детали. Благодаря предварительному лазерному воздействию происходит локальный процесс предварительной диффузии бора, что позволяет вести процесс термодиффузионного насыщения при более низких температурах и меньшей выдержке, при этом сохраняется высокая твердость за счет высокой концентрации легирующего элемента в поверхностном слое.

Способ поверхностного борирования деталей из стали 40 заключается в термодиффузионном насыщении поверхности бором. Предварительно на поверхность деталей наносится обмазка, содержащая бор или его соединения. Процесс термодиффузионного насыщения включает нагрев подготовленных деталей до заданной температуры, выдержку и охлаждение в печи. Согласно изобретению на первоначальном этапе проводят процесс предварительного поверхностного локального борирования с использованием лазерного нагрева из обмазки. Затем последующее термодиффузионное насыщение ведут в печи при нагреве до температуры Т=850-950°С с выдержкой в течение 3-4 часов с последующим охлаждением в печи.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Первоначально проводят процесс предварительного поверхностного локального борирования с использованием лазерного нагрева. Перед этим на поверхность деталей наносится обмазка, состоящая из суспензии, состоящей из порошка аморфного бора, чистого углерода и связующего, например цапонлака или клея БФ-2. Затем на поверхность воздействуют лазерным лучом. В результате нагрева образуются локальные легированные участки, которые ускоряют процессы поверхностной диффузии при последующем термодиффузионном насыщении, которое проводят при нагреве подготовленных деталей в печи до температуры Т=850-950°С с выдержкой в течение 3-4 часов. Далее следует охлаждение деталей вместе с печью до комнатной температуры. Таким образом, в процессе обработки диффузия бора идет как на поверхности, так и в глубь детали.

Такой способ поверхностного легирования позволяет получить диффузионный слой с боридной зоной толщиной 150 мкм и образуется переходная зона толщиной 50 мкм.

Для сравнения заявляемого способа с прототипом были проведены исследования деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению без предварительного легирования лазером и с лазерным легированием. Осуществимость и преимущества предлагаемого способа могут быть рассмотрены на представленных ниже примерах.

Примеры

1. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению, по способу, изложенному в прототипе: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=1000-1150°С, выдерживали 6-10 часов, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 150…250 мкм, а микротвердость - 13500…15000 МПа.

2. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному борированию без предварительного легирования лазером по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=850°С, выдерживали 3-4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 50…70 мкм, а микротвердость - 9000…10000 МПа.

3. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=850°С, выдерживали 3-4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 170…300 мкм, т.е. увеличена за счет диффузии легирующего элемента из зон лазерного легирования, а микротвердость - 13500…15000 МПа.

4. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=900°С, выдерживали 3-4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 190…350 мкм, т.е. увеличена за счет дальнейшей диффузии легирующего элемента из зон лазерного легирования, а микротвердость - 13500…15000 МПа.

5. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=950°С, выдерживали 3-4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 200…370 мкм, а микротвердость - 13500…15000 МПа.

6. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=1000°С, выдерживали 3-4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 380 мкм, а микротвердость - 12000 МПа. Дальнейшее повышение температуры более 950°С приводит к некоторому замедлению скорости роста диффузионного слоя за счет снижения концентрации легирующего элемента в зонах лазерного легирования.

7. Обработка деталей-образцов из стали 40, подвергнутых термодиффузионному насыщению с лазерным легированием по предлагаемому способу: подготовленные детали-образцы нагревали до температуры Т=1100°С, выдерживали 3-4 часа, затем охлаждали в печи. Толщина диффузионного слоя составила 400 мкм, а микротвердость - 10000 МПа. Повышение температуры более 1000°С приводит к снижению микротвердости легированного слоя вследствие роста зерна аустенита и резкого снижения концентрации легирующего элемента от поверхности вглубь.

Результаты исследований приведены в таблице

Пример № Т, °С t, час h, мкм Микротвердость (МПа) на глубину до 100 мкм
1. Прототип 1000-1150 6-9 150…250 15500…21500
2. Термодиффузионне борирование без лазерного легирования 850 3-4 50…70 9000…10000
3. Предлагаемый способ 3 170
850 3,5 230 13500…15000
4 300
4. Предлагаемый способ 3 190
900 3,5 270 13500…15000
4 350
5. Предлагаемый способ 3 200
950 3,5 285 13500…15000
4 380
6. Предлагаемый способ 1000 3-4 380 12000
7. Предлагаемый способ 1100 3-4 400 10000

Из таблицы видно, что толщина диффузионного слоя без предварительного легирования лазером не превышает 70 мкм, а с зонами лазерного легирования - 190…380 мкм. Микротвердость легированного слоя после комбинированной обработки составляет 13500…15000 МПа. Повышение температуры более 950°С приводит к увеличению толщины диффузионного слоя, однако скорость роста толщины диффузионного слоя уменьшается, при этом немного снижается и твердость. Оптимальным интервалом температур является 850-950°С с точки зрения сохранения высокой твердости и высокой концентрации легирующего элемента поверхностного слоя.

Из таблицы также видно, что заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет достигать больших значений толщины диффузионного слоя при сокращении длительности процесса термодиффузионного борирования до 3-4 часов при температуре Т=850-950°С с сохранением высокой твердости.

Таким образом, изобретение позволяет получить увеличение толщины диффузионного слоя, сократить длительность и снизить температуру процесса термодиффузионного борирования поверхности деталей из стали 40, при этом понижается хрупкость слоя при сохранении высокой твердости.

Способ поверхностного борирования деталей из стали 40, включающий термодиффузионное насыщение бором поверхностей деталей путем нанесения на их поверхность обмазки, содержащей бор или его соединения, нагрева подготовленных деталей до заданной температуры, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что первоначально проводят процесс предварительного поверхностного локального борирования с использованием лазерного нагрева из упомянутой обмазки, а последующее термодиффузионное насыщение ведут при нагреве до температуры Т=850-950°С с выдержкой в течение 3-4 часов.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 32.
10.09.2013
№216.012.686a

Цепная передача с автоматически изменяемым шагом

Изобретение относится к области бесступенчатых механических передач и может быть использовано в вариаторах и любых других механизмах, предназначенных для плавного регулирования скорости. Замкнутая многозвенная цепь цепной передачи составлена из нечетных и четных звеньев (2, 3), соответственно....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492377
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6c0d

Силовая опорная система для рельсового стыка

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкции усилений рельсовых стыков верхнего строения железнодорожного пути. Силовая опорная система для рельсового стыка содержит расположенный со стороны подошвы рельсов в зоне стыка центральный силовой опорный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493312
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.01.2014
№216.012.93eb

Транспортная система высотных зданий

Изобретение относится к транспортным системам для высотных зданий на электрической канатной тяге. Транспортная система высотных зданий содержит канатный привод, основание, прикрепленное к зданию на уровне верхних этажей, автономные источники питания, пульты управления, кабины, движущиеся с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503561
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.04.2014
№216.012.b8db

Топливный насос для дизеля (варианты)

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для дизеля в нагнетательных клапанах топливных насосов высокого давления. Насос содержит корпус с размещенным в нем плунжером, втулку с впускным отверстием и нагнетательной полостью, штуцер насоса. В полости последнего размещен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513051
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.06.2014
№216.012.cc75

Способ управления гидравлическим тормозным приводом для обеспечения автоматического торможения автомобиля

Изобретение относится к тормозным системам транспортных средств и может быть использовано в автоматических устройствах управления транспортными средствами. Способ заключается в контроле и регистрации при движении ряда измеряемых и расчетных параметров движения, по которым предварительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518112
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d151

Способ циклического газового азотирования штампов из сталей для горячего деформирования

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к циклическому газовому азотированию легированных сталей с применением нанотехнологий, и может быть использовано при изготовлении штампов из сталей для горячего деформирования, работающих при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519356
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.06.2014
№216.012.d4b5

Дифференциальный механизм для привода колес или мостов транспортного средства

Изобретение относится к механическим трансмиссиям автомобилей или колесных тракторов, в частности к механическим дифференциалам. Дифференциальный механизм содержит картер (1), главную передачу, простой дифференциал, планетарные коробки передач и фрикционные муфты управления. Главная передача...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520224
Дата охранного документа: 20.06.2014
10.01.2015
№216.013.1946

Устройство для идентификации типа шины, установленной на колесе транспортного средства

Изобретение относится к автотракторостроению. Устройство содержит корпус (1), датчик давления (2), датчик типа шины. Датчик типа шины состоит из ручного переключателя (11), датчика внешнего освещения (12), светодиода красного цвета (13). Достигается контроль достоверности введения в систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537898
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.24a6

Способ контроля выполняемости периодического технического обслуживания транспортных средств, сельскохозяйственных и дорожных машин

Изобретение относится к контролю и техническому обслуживанию транспортных средств. Технический результат заключается в обеспечении контроля соблюдения периодичности выполнения технического обслуживания, продлевая тем самым ресурс и сокращая издержки на эксплуатацию транспортных средств или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540835
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.27e9

Форсунка для подачи двух видов топлива в дизельный двигатель

Изобретение относится к системам впрыска топлива дизельных двигателей. Предложена форсунка, содержащая корпус (1), полый распылитель (4) с коническим седлом (5) и каналы (2) и (3) подвода основного и запального топлива. В полости распылителя (4) размещена подпружиненная игла (11), в нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541674
Дата охранного документа: 20.02.2015
Показаны записи 1-10 из 31.
10.09.2013
№216.012.686a

Цепная передача с автоматически изменяемым шагом

Изобретение относится к области бесступенчатых механических передач и может быть использовано в вариаторах и любых других механизмах, предназначенных для плавного регулирования скорости. Замкнутая многозвенная цепь цепной передачи составлена из нечетных и четных звеньев (2, 3), соответственно....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492377
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6c0d

Силовая опорная система для рельсового стыка

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкции усилений рельсовых стыков верхнего строения железнодорожного пути. Силовая опорная система для рельсового стыка содержит расположенный со стороны подошвы рельсов в зоне стыка центральный силовой опорный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493312
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.01.2014
№216.012.93eb

Транспортная система высотных зданий

Изобретение относится к транспортным системам для высотных зданий на электрической канатной тяге. Транспортная система высотных зданий содержит канатный привод, основание, прикрепленное к зданию на уровне верхних этажей, автономные источники питания, пульты управления, кабины, движущиеся с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503561
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.04.2014
№216.012.b8db

Топливный насос для дизеля (варианты)

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для дизеля в нагнетательных клапанах топливных насосов высокого давления. Насос содержит корпус с размещенным в нем плунжером, втулку с впускным отверстием и нагнетательной полостью, штуцер насоса. В полости последнего размещен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513051
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.06.2014
№216.012.cc75

Способ управления гидравлическим тормозным приводом для обеспечения автоматического торможения автомобиля

Изобретение относится к тормозным системам транспортных средств и может быть использовано в автоматических устройствах управления транспортными средствами. Способ заключается в контроле и регистрации при движении ряда измеряемых и расчетных параметров движения, по которым предварительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518112
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.d151

Способ циклического газового азотирования штампов из сталей для горячего деформирования

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к циклическому газовому азотированию легированных сталей с применением нанотехнологий, и может быть использовано при изготовлении штампов из сталей для горячего деформирования, работающих при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519356
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.06.2014
№216.012.d4b5

Дифференциальный механизм для привода колес или мостов транспортного средства

Изобретение относится к механическим трансмиссиям автомобилей или колесных тракторов, в частности к механическим дифференциалам. Дифференциальный механизм содержит картер (1), главную передачу, простой дифференциал, планетарные коробки передач и фрикционные муфты управления. Главная передача...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520224
Дата охранного документа: 20.06.2014
10.01.2015
№216.013.1946

Устройство для идентификации типа шины, установленной на колесе транспортного средства

Изобретение относится к автотракторостроению. Устройство содержит корпус (1), датчик давления (2), датчик типа шины. Датчик типа шины состоит из ручного переключателя (11), датчика внешнего освещения (12), светодиода красного цвета (13). Достигается контроль достоверности введения в систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537898
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.24a6

Способ контроля выполняемости периодического технического обслуживания транспортных средств, сельскохозяйственных и дорожных машин

Изобретение относится к контролю и техническому обслуживанию транспортных средств. Технический результат заключается в обеспечении контроля соблюдения периодичности выполнения технического обслуживания, продлевая тем самым ресурс и сокращая издержки на эксплуатацию транспортных средств или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540835
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.27e9

Форсунка для подачи двух видов топлива в дизельный двигатель

Изобретение относится к системам впрыска топлива дизельных двигателей. Предложена форсунка, содержащая корпус (1), полый распылитель (4) с коническим седлом (5) и каналы (2) и (3) подвода основного и запального топлива. В полости распылителя (4) размещена подпружиненная игла (11), в нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541674
Дата охранного документа: 20.02.2015
+ добавить свой РИД