Способ лазерно-плазменного легирования

(5)5 О ческии инсти ,А.Л,Осинце в,И.Г.Рудой и пот фил 85,5(088,8)0 - 50154, кл, С 22 Р 62, кл, В 23 К 9/00 54) СПО СО Б ЛАЗ Е РЛЕГИРОВАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО СО (л ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Заявка Японии Гч.61/18, 1985,Патент США Гч.41671979. Изобретение относится к области лазерной поверхностной обработки.Целью изобретения являетсяповышение износостойкости и твердости поверхно-.стного слоя металлов на заданную глубину.При предлагаемом способе в качествеисточника легирующих элементов используют карбамид, который предварительно растворяют, например, в органических,металлоорганических растворителях, водедо насыщения, затем продувают горячейструей газа, содержащего азот, углероц,кислород, водород и полученную газовуюсмесь, пропуская через плазмотрон, направляют на поверхность жидкой ваннырасплава,При продувке струей горячего газа, содержащего азот, углерод, кислород, водо- .род, насыщенного раствора карбамида(57) Изобретение относится к лазерной поверхностной обработке и может быть использовано для упрочнения металлов и сплавов, Целью изобретения является повышение износостойкости и твердости поверхностного слоя металла, Способ предусматривает приготовление насыщенного раствора карбамида в воде или органических и металлоорганических растворителях, который продувается горячей струей газа, содержащего углерод, азот, кислород или водород, после чего газовая смесь ионизирустся в плазмотроне и направляется на поверхность расплавленного лазерным лучом металла для одновременного легирования ионами Гч,С,О,Н . 4 з,п,ф - лы, 2 ил. подвергается в плазмотроне воздействию высокой температуры (5000- 7000"С, в зависимости от режима его рабаты), в результате чего происходит ее диссоциация и ионизация. Полученную плазменную струю, содержащую такие легирующие элементы, как азот, углерод, водород, кислород, вдувают в жидкую ванну металла, расплавленного лазерным лучом, Часть ионов растворяется в жидком металле, другие связываются в химические соединения - нитриды, карбиды, гидриды, оксиды, После кристаллизации структура оплавленного слоя состоит иэ твердого раствора легирующих элементов и их химических соединений, что приводит к увеличению износостойкости и твердости поверхностного слоя металла на заданную глубину.П р и м е р, Образцы из стали 25 ХГСНМА толщиной 13 мм обрабатывались на лазерной установке ХЕБР - 1 А. Мощность лазер 1618552ного излучения 1,3 кВт; скорость перемещения детали относительно лазерного луча 25 мм/с; диаметр луча в фокусе 0,4 мм;фокусное расстояние линзы 107 мм: фокус был заглублен под поверхность на 3 мм; в качестве рабочего газа использовали углекислый гаэ. Им же, предварительно нагрев в трубчатой печи до 100 С, продувают насыщенный раствор карбамида в воде под давлением 2 атм, Во втором случае для этих целей испольэовали азот, а карбамид растворяли в ацетоне. Полученную парогазовую смесь направляли в плазмотрон для ее диссоциации и ионизации под воздействием температуры в дуге 5000-7000 С и далее на поверхность жидкой ванны расплава. Плазмотрон работал на прямой полярности (минус подавался на гафниевый электрсд), напряжение 21 Б, ток 50 А, питание осуществлялось ст сварочного источника ВДЦ - 504.На фиг.1 п,зиведбн график распределения микротвердости по глубине зоны оплавления поверхности детали иэ стали 25 ХГСНМА; на фиг,2 - график распределения микротвердости по ширине зоны оплавления на расстоянии 1 мм от поверхности.Измерения проводились на приборе ПМТпри нагрузке 100 г. Кривые 1 и 2 отображают два варианта предлагаемого способа, кривые 3 - базовый способ, опиСанный в прототипе.Как следует иэ фиг.1 и 2, микротвердость оплавленной зоны по предлагаемому способу в среднем на 30;ь больше, чем по прототипу,Испытания на изнашивание проводились на машине 77 МТ. Схема контакта: палец - плоскость, Испытания проводились в условиях сухого трения. Степень износа определялась по уменьшеник массы пальца, В качестве образца использовали цилиндр диаметром 8 мм иэ стали 25 ХГСНМА,Обработанный торец цилиндра под давлением 0,8 МПа скользил по ответному телу- диску из стали ШХ 15, Степень износа определяли после 3 1 оборотов диска по 5 уменьшению массы пальца. При обработкепо технологии, выбранной за прототип, средний износ эа три испытания составил 28,1 мг. При обработке по предлагаемому способу износ составил в первом варианте 10 9,3- 11,2 мг; во втором 10,1- 12,2 мг. Взвешивание проводили на весах ВЛА. Таким образом, рост износостойкости составляет по отношению к протот:пу в 2,5- 3 раза при обработке по первому варианту 15 предлагаемого способа и в 2,3-2,8 раза приобработке по второму варианту,Формула изобретения1, Способ лазерно-плазменного легиоования, включающий расплавление металла лазерным лучом, подачу легирующеговещества, его ионизацию и легирование эо 25 ны расплавления, о тл и ч а ю щи й с я тем,что с целью повышения иэносостойкости итвердости поверхностного слоя на заданную глубину, в качестве легирующего вещества используют насыщенный раствор30 карбамида, через который пропускаютструю горячего газа, а ионизацию осуществляют в плазмотроне.2. Способ поп 1, отл и ча ющийсятемчто карбамид растворяют в воде.35 3, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что карбамид растворяют в органических растворителях.4. Способ по пп. 1 и 3, о т л и ч,а ю щ и йс я тем, что карбамид растворяют в металло 40 органических растворителях.5. Способ по и.1, о тл и ч а ю щ и й-с я тем,что в качестве газа используютгаз, выбранный иэ группы, содержащейдвуокись углерода, азот, кислород и во 45 дород,1618552 р,р, Г/7 л,Ф 8 .2 ф ки гоо,7 дЗаказ 59/91 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго ро 101 агар Составитель Е, КашкаровэРедактор О,Юрковецкая Техред Э.Цаплюк Корректор Л, Алексее