Способ поверхностного упрочнения изделий из стали и алюминия

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 б 94 б 9 1)5 С 23 С 12/ Вм 1 ьГ,Я 4 ЛИр1 А 1(,1 " .Н 01 Е;А ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН В Изобре в частности няющей об может быть стях машин Цель -сти тол ми ны нанесение на подложого внедрения от вибперсного порошка, а, выбранного из усломатериалом подложки си, и последующую облазерным излучением ВС-реакции и компенГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(71) Алтайский государственный университет(56) Авторское свидетельство СССРМ 1026487, кл, С 23 С 12/00.(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ И АЛЮМИНИЯ(57) Изобретение относится к металлургии,в частности к способам комплексной упрочняющей обработки металлов и сплавов, и тение относится к металлургии, к способам комплексной упрочработки металлов и сплавов, и использовано в различных облаостроения,повышение адгезионной прочноотвердости за счет увеличения ереходной зоны. Способ включаетку путем механическратора мелкодисметалла или неметаллвий образования сэкзотермической смеработку поверхностидля инициирования Ссации тепловых потерь. может быть использовано в различных областях машиностроения. Цель - повышение адгезионной прочности и микротвердости за счет увеличения толщины переходной зоны. Способ включает нанесение на подложку путем механического внедрения от вибратора мелкодисперсного порошка: металла или неметалла, выбранного из условий образования с материалом. подложки экзотермической смеси, и последующую обработку поверхности лазерным излучением для инициирования СВЧ-реакции и компенсации тепловых потерь. Способ позволяет увеличить переходную зону до 1,0-1,5 мм вместо 10 см, что позволяет повысить адгезионную прочность и микротвердость, 1 табл. Способ осуществляют следующим обраом. Проводят выбор порошка, который является одним из компонентов покрытия, исходя из условий образования с материалом подложки экзотермической смеси и обеспечения теплового эффекта, достаточного для проведения реакции в режиме СВЧ-само. распространяющегося высокотемпературного синтеза, Для упрочнения алюминия и алюминиевых сплавов можно применять порошки для внедрения, такие как никель, титан, кремний, бор и другие, для упрочнения поверхности стальных изделий - бор.Осуществляют с помощью вибратора внедрение порошка в поверхность подложки, Экзотермичность смесей и определенный тепловой эффект являются10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 необходимыми, но недостаточными условиями для протекания СВС-процессов. Для обеспечения хорошего контакта между материалом подложки и частицами порошка вводимого компонента проводят вибрационную обработку детали в присутствии порошка-реагента путем внедрения частиц порошка в поверхность детали в результате ударного воздействия шаров в камере вибратора. Толщина покрытия зависит от толщины перемешанного слоя на поверхности детали, т.е. от времени обработки детали в вибраторе. Для получения покрытия, имеющего диффузионную зону, с высокой адгезией, с достаточной прочностью необходимо провести последующую обработку поверхности лазерным излучением.Обработка лазером необходима для инициирования СВС-реакции и компенсации тепловых потерь,После обработки в вибраторе и образования на поверхности образца хорошо перемешанной экзотермической смеси (%+ А 1 или Т 1 + А 1; В + А 1; Ге + В и др.) лучом лазера инициируют волну синтеза, распространяющуюся по покрытию на 1 - 5 см (СВС-процесс). Волну горения поддерживают сканированием лазерного луча с плотнО- стью мощности 0,5 - 0,6 кВт/мм со скорогстью 10 мм/с.Энергия лазера способствует протеканию СВС-процесса, компенсируя энергию СВС-реакции, рассеиваемую в окружающую среду. Благодаря механическому внед-рению реагентов в матрицу материал подложки используется в качестве активного компонента процесса. В ходе СВС-реакции материал подложки, находящийся в избытке, заполняет поры, образуя компактное малопористое покрытие. Избыток одного из компонентов СВС-реакции (материал матрицы) приводит к тому, что состав конечного продукта определяется термодинамикой реакции, В ходе СВС-процесса возникают встречные потоки реагирующих компонентов и формируется обширная диффузионная зона с дендритной структурой, что существенно увеличивает адгеэионные свойства покрытия. Соотношение между фазами меняется вдоль ширины диффузионной зоны с увеличением объема интерметаллической фазы при приближении к поверхности,Адгезионная прочность (усилие на отрыв покрытия от подложки) определяется структурой и размером диффузионной (переходной от покрытия к подложке) эоны,при обработке по предложенному способу существует непрерывный переход от материала покрытия к материалу матрицы размером до 1,0-1,5 мм. Структура диффузионной зоны представляет собой смесь высокопрочного материала покрытия и твердогораствора на основе материала подложки спостепенным переходом в материал подложки. Принципиальная особенностьполученного покрытия - отсутствие рукойграницы между покрытием и подложкой, Визвестном способе глубина переходной(диффузионной) эоны составляет 10 4 см.,П р и м е р 1. Было сформировано покрйтие на матрице из технического алюминия,в поверхность которой на вибраторе ДДРСМ 9458 внедряли порошок никеля, Времямеханического внедрения компонента - 1 ч.После механической обработки образцы подвергали лазерной обработке,Мощность установок "Кипр" была выбрана так, чтобы плотность энергии была 0,5 -0,6 кВт/мм, Время облучения точки, вкоторой инициируется СВС-процесс до 6 с.На фиг.1 представлен участок образца снанесенным покрытием. Как видно, структура слоя представляет собой двухфазную систему, Вблизи поверхности плотность. фазыМН максимальная, покрытие имеет мелкодисперсную структуру. Одна иэ фаз в видедендритов проникает глубоко в материалматрицы. Подобная структура переходнойзоны обеспечивает высокие адгеэионныесвойства,Проведенный рентгенофазовый анализпоказал, что в структуре находятся фазыЙ 1 эА и ЙА 1, которые обладают высокимипрочностными свойствами и жаропрочностью.В таблице приведены данные по измерению микротвердости,Как следует из представленных данных,микротвердость плавно растет к поверхностиобразца. Сравнивая значения микротвердости в матрице (30,0 Нр) и на поверхности(240 Ну) видим, что ее значение на поверхности примерно в 8 раз превышает значение в матрице. В таблице приведеныЗанные по механическим свойствам и поразмерам зоны. Толщина слоя /зоны/.поданным оптической металлографии и измерению микротвердости составляет около 2,0мм. Отсчет ведется от поверхности до уровня, где Нр = 30,0 (значение микротвердостиподложки),Как следует иэ таблицы до глубины примерно 0 - 1,0 мм микротвердость слабо меняется, а в промежутке от 1,0 до 2,0 мм происходит спад микротвердости до значений, характерных для матрицы, Таким образом, толщина сформированной диффузионной зоны составляет примерно 1,0-1,51694692 Изменение микротвердости по глубине покрытия образца СоставительН. Сункинаедактор Е, Зубиетова Техред М.Моргентал Корректор В. Гир 2 Тираж ПодписноеПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аказ 4 ВНКИТ СССР роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 мм, а толщина слоя с максимальной микротвердостью 0,5 - 1,0 мм,П р и м е р 2. Было получено покрытиесистемы Ее-В на стали 30, Получение покрытия проводилось аналогично. На сталь 30вибрационнйм способом наносится порошок В, который, как известно, вступает вСВС реакцию с Ре, сопровождающуюся интенсивным выделением тепла. Формирование покрытия происходит в результателазерного воздействия с плотностью мощности = О,б.кВт/ммПокрытие сформиро, вано в условиях избытка Ре, который вбольшом количестве может поступать изподложки.. Микротвердость покрытия приблизительно в 5 раэ выше твердости стали, Непосредственно к покрытию примыкает зонатеплового воздействия на подложку (закалки), ее твердость составляет примерно250 Н,Следует отметить, что при формировании такого покрытия основным процессомявляется протекание реакции СВС с образованием остехиометрическо фазы РаВ,действие лазера призвано инициироватьреакцию и компенсировать отвод тепла изэоны реакции в подложку. Таким образом, предложенный способобладает следующими преимуществами:образованием переходной гдиффузионнод зоны глубиной до 1,0 - 1,б мм вместо б 10 см, что позволяет повысить вдгезионную прочность и микротвердость;формированием материала покрытия входе проведения СВС-реакции, что позволяет выбирать материалы покрытия в зави симости от технической задачи. Формула изобретенияСпособ поверхностного упрочнения изделий из стали и алюминия, включающий15 нанесение порошка на подложку и последующее диффузионное насыщение с использованием лазерного излучения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышенияадгезионной прочности и микротвердости20 за счет увеличения периода после нанесе-;ния порошка на подложку, осуществляютего механическим внутренним вибратором,диффузионное насыщение проводят путемСВС-реакции, причем материал порошок25 выбирают из условия образования экзотермической смеси с материалом подложки, алазерное излучение используют в качествеинициации СВС-реакции,