Способ лазерной химико-термической обработки

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Ц 9 11 С 23 С 10/30 ТЕНИ КО-ТЕРИИЧКСк областилазернойе, и можеттроенииния деталеймущественно ь изо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧМРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Брянский институт транспортногомашиностроения(54) СПОСОБ ЛАЗБРНОЙ ХИНИКОЙ ОБРАБОТКИ(57) Изобретение относитсяметаллургии, в частности кхимико-термической обработбыть использовано в машинодля поверхностного упрочнемашин, изготовленных преииз углеродистых сталей; Цел Изобретение относится к металлургии, в частности лазерной химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных преимущественно из углеродистых сталей.Цель изобретения - повьппение поверхностной микротвердости обработанных изделий и равномерности ее распределения по упрочненной поверхности-.Способ осуществляется следующим образом.Легирующий порошок смешивают с тетраэтоксисиланом (ТЭКС) до получения пастообразного состояния, измельчают в полученной смеси, затем смешиваютсо свяэуюп;им. тения - повышение поверхностной микро"твердости обработанных изделий и равномерности ее распределения по упрочненной поверхности. Способ лазернойхимико-термической обработки включаетсмешивание легирующего порошка с размером частиц 30-50 мкм с тетраэтоксисиланом, последующий домол полученнойсмеси до размера частиц легирующегопорошка 3-5 мкм, смешивание со связующим, нанесение обмаэки на обрабатываемую поверхность и лазерный нагрев. Использование данного способаобеспечивает повышение поверхностноймикротвердости обработанных изделийв 1,2-1,5 раза при одновременном повьппении равномерности ее распределе- фния по упрочненной поверхности в 2,5-,3 раза. 2 табл. установлено, что среди известных способов нанесения легирующего состава на поверхность перед обработкой лучами лазера для лазерного легирования поверхностного слоя материала нанесение обмаэки является наиболее выгодным и технологически рациональным.При этом известны такие оптимальные составы связующих, которые обладают ьжнимальным газовыделением при выгорании и практически не влияют на процесс легирования. Однако сам способ 1 приготовления обмаэки является неэффективным, особенно в том случае,если порошок легирующего состава представляет собой смесь двух и болеекомпонентов. Как правило, средняядисперсность частиц легирующих по 1617048рошков составляет примерно.50 мкм.Толщина же наносимого покрытия, обрабатываемого лучом лазера, колеблется от 50 до 300 мкм. Очевидно, чточастицы с размерами 50 мкм являются:крупными для целей лазерного легирования и ведут к образованию неравномерного по своим свойствам слоя. Многочисленными экспериментами исследователи установили, что оптимальныеразмеры частиц разных порошков должнынаходиться в пределах от 1 до 20 мкм.Хотя такие размеры частиц техническидостижимы, перемешивание порошков раз личного состава при подготовке обмазки приводит к улетучиванию или распылению наиболее мелких, зачастую важных компонентов.Измельчение частиц компонентов дотребуемой величины дисперсности врастворителях, в частности входящихв состав связующих, является крайненеэААективньп ввиду их быстрого улетучивания. Использование для этих целей других жидкостей, в том числе иводы, не приводит к желаемому результату по причине сворачивания обмазки,в одних случаях и вспучивания нанесенного на поверхность покрытия - вдругих,3 предложенном способе в качествежидкости, обеспечивающей измельчение,собой эАир ортокремниевой кислоты.Это - бесцветная малолетучая жидкость, растворимая практически вовсех известных органических растворителях и обладает большой реакционнойспособностью, легко вступая в реакцию с различными органическими и неорганическими соединениями, содержащими в своем составе активные функциональные группы. Данное обстоятельство способствует не только образова"нию равномерной механической смесипри перемешивании легирующих порош"ков и ТЭКС, но и образованию в большинстве случаев высокомолекулярныхкремнийорганических полимеров.Кроме того, ТЭКС, с одной стороны,способствует хорошему растеканию клеев, лаков и смол, с другой - обеспечивает их хорошую адгезию к материалу.Покрытие, полученное на поверхностииз обмаэки, включающей ТЭКС, обладает также хорошей поглощательной способностью лазерной энергии - этому спо" собствует частичное выделение при высыхании диоксида кремния 810 . Образующиеся в процессе лазерной плазмохимической реакции относительно пластичные силициды благоприятно действуют на Формирование однородного легирования слоя. Кремнийорганические соединения образуются при любой степени дисперсности частиц, однако наиболее эййективно этот процесс происходит при увеличении свободной поверхности соприкосновения частиц с ТЭКС. Из экспериментов следует, что оптимальным является размер частиц по-сле домола 3 - 5 мкм. Для достижениятакого размера твердых частиц в обмазке и сокращения времени перемалываниядостаточным является исходный размерчастиц порядка 50 мкм. Такой размерлегко получается при просеивании порошка любой дисперсности через стандартный ситон с размером пропускающей ячейки 0,05 мм.Ускорению процесса измельчения приуказанных условиях способствует такжеи то, что ТЭКС выполчяет дополнительно йункции поверхностно активного вещества, способствующего ярагментации (разрушению) твердых частиц. Все этовместе взятое позволяет получить однородную смесь, а затем после смешивания со связующим, соответственно, и обмазку для лазерного легнрования.Изобретение иллюстрируется следующим образом.1Б качестве легирующих составов использовались следующие композиции: металл + металл - 403 Аеррохрома Фх 70++602 йерротитана ФТ 45; металл + неметалл - 60 Х Феррохрома ФХ 70+407 Аерробора ФБ 20 и 602 Феррохрома ФХ 70+40% карбида титана ТС; неметалл+неметалл - 253 окиси хрома. Сг О +757. окиг зси титана Т 10. Использовалась также обмазка для диййузионного насыщения ТВЧ, представляющая смесь порошка из50% карбида бора и 503 криолита с гидролизованным этилсиликатом . Б легирующий порошок вводили алкилсиликат (С НО) 81 - ТЭКС, Смесь перемешивалась до получения пастообразного состояния и подвергалась перетиранию в мельнице до получения частиц размером 3-5 мкм. Дисперсность частиц контролировалась под микроскопом,5 161704В качестве связующего была исполь- зована смесь цапонлака и ацетона в соотношении 1:2, которая смешивалась с пастообразной смесью легируюцего5 порошка и тетраэтоксисилана из расчета 1 ч. порошкового состава и 4 мп жидкого связуюцего. Полученная лазерная обмазка наносилась на поверхность изделия из конструкционной стали 45 с толщиной покрытия 0,2 мм.При нанесении более тонкого покрытия с толщиной до О, 1 мм готовится менее вязкая обмазка - суспензия, в которой на 1 ч. порошкового состава до-,5 бавляется до 7 мп связуюцего.После просушивания поверхностей на воздухе в течение 20 мин проводилась обработка их лучами лазера на лазерной технологической установке 20 "Квант 18 м Резям обработки: энергия облучения 34 Дж, длительность импульса 8 мс, пятно - прямоугольное, размером 1,5 х 4 мм.Испытания на микротвердость обра ботанных поверхностей проводили на микротвердомере ПМТпри нагрузке 0,5 Н . Распределение микротвердостн по поверхности облученных образцов замеряли с шагом О, мм в направлении перемецения луча лазера на б-.зовой длине 5 мм по линии центров оси лазерного воздействия (50 измерений на каждую исследуемую поверхность). Определяли минимальное Н, максимальное35 Н 61 Ки среднее значение Н величины микротвердости при п=50 испытаниях. Кроме того, вычисляли среднее квадратичное отклонение микротвердости по р поверхности облучен 1:ых образцов40 блица 1 в составах,. мас,Хпроизводится перемениостава З 1,2 2 З,О 7,5 З 0,5 18,2 6,5 10,7 9,6 3,812,3 10,4 3,0152 138 1714,1 12,5 6,315,2 14,3 3,519,9 18,5 1,5143 114 З 515,2 12,3 2,816,5 15,2 1,812,2 108 5,712,7 11,0 4,513, 1 12,0 2,3 79 8,4 13,5 8,0 134 17,9 9,4 10,7 14,1 7,5 10,4 11,4,4 6,2 6,1 (40 феррохром+60 ферротитан)2 (40 феррохром+60 ферротитан)+крабий3 (40 феррохром+60 ферротитан)+ТЭКС4 (60 феррохром+40 ферробор)5 (60 феррохром+40 ферробор)+кремний6 (60 феррохром+40 ферробор)+ТЭКС7 (60 феррохром+40 карбид титана)8 (60 феррохром+40 карбид титана)+кремни9 (60 феррохром+40 карбид титана)+ТЭКС10 (25 окись хрома+75 окись титана)11 (25 окись хрома+75 окись титана)+кремний12 (25 окись хрома+75 окись титана)+ТЭКО13 . (50 карбид бора+50 криолит)+гидролизвтилсиликат г 1 6и коэффициент гариации по среднемуквадратичном) отклонению/ЬЧ.=- 100 Л.где Н, - текущее значение микротвердости (микротвердость каждоГо вспыгания)и - число испытаний (п=50)Результаты обработки приведены втабл. 1,В табл. 2 приз "ены результаты полазерному пегнрованию с применениемобмазки 6 (табл. 1) при различных содержаниях ).ЭКС,Иэ данных, приведенных в табл. 1и 2, следует,. что использование предложенного способа обеспечивает повышение поверхностной микротвердости обработанных изделий в 1,2 - 1,5 разапри одновременном повышении равномерности ее распределения по упрочненнойповерхности в 2,5-3 раза.Формула изобретенияСпособ лазерной химико-термическойобработки, преимущественно изделий изуглеродистых сталей, включающий приготовление легируюцей обмаэки путемперемешивания легирующего порошка сразмером частиц 30-50 мкм и связующего, последующее нанесение ее на обрабатываемую поверхность и нагрев лучом лазера, о т л и ч а ю ц и й с ятем, что, с целью повышения поверхностной 1 икротвердости обработанныхизделий и равномерности ее распределения по упрочненной поверхности,легирующий порошок предварительно пеемешивают с тетраэтоксисиланом(С 2 НО)1.Ях, после чего полученнуюсмесь домалывают до размера частицлегируюцего порошка 3-5 мкм.1617048 Тввлида 2 икротвердость, Л 7 в Юн/иСодериаине кеаоневтои в обнваквх ЮоефФнцяеит вврнвцин, 2 макси- средняяивлвввя Составитель А.БулгачТехред М,Дидык Корректор М,Самборская Редактор М.Келемеш Заказ 4100 Тираж 811 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, ЖРаушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 1 , 1 г состава е 0 ю ТЭСС + 4 ю связки (иввестйнй) 7,95 21 г состава + 0,5 ю ТЭСС + 4 мю связки 10,06 3 1 г состава + 1. ил ТЭСС + 4 ил свяэки 17,88 4 1 г состава + 1,5 а ТЭСС + 4 а связки 8,91 Среднее квюдрв тнчяое отклонение, ГПв 14 ф 3 1250 6132 15, 24 14,20 5, 13 9,87 18,50 1,54 15,24 13,80 5,83 305 24,5 6,5 22,5