Состав для лазерного легирования стальных изделий

(51)5 С 23 С 8/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ П(НТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 2 К А ВТОРСКОМЪ( СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Брянский институт транспортногомашиностроения(56) Авторское свидетельство СССРУ 1452177, кл. С 23 С 8/00, 1987.(54) СОСТАВ ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ЛЕГИРОВАИИЯСТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке с использованиемлазерного нагрева, и может быть исИзобретение относится к обла металлургии, в частности к химико- термической обработке с использованием лазерного нагрева, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных преимущественно из углеродистых сталей,Цель изобретения - повышение трепщностойкости обработанных изделий при контактном ударно-циклическом нагружении.Указанная цель достигается введением в состав для лазерного легирования на основе бора и карбида кремния дополнительных компонентов: силикомарганца и оксида никеля при следующем соотношении компонентов,мас.7.: пользовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных, преимущественно, из углеродистых сталей. Пель изобретения - повышение трешиностойкости обработанных изделий при контактном ударно-циклическом нагружении. Состав для лазерного легирования стальных изделий содержит, мас.И: силикомарганец 28-40; оксид никеля 6-12, карбид кремния 15-25, аморфный бор - остальное. Использование предлагаемого состава обеспечивает повышение трещиностойкости обработанных изделий при контактном ударно-циклическом нагружении в 2-4 раза. 1 табл. Силикомарганец 28 - 40 .Оксид никеля 6-12 Карбид кремния 15 - 25Аморйныи бор Остальное Содержащийся в силикомарганце в большом количестве (802) марганец обеспечивает достижение прочности и твердости покрытия за счетобразования боридов марганца. Содержащийся в силикомарганце в достаточном количестве кремний (20 Х) обеспечивает жидкотекучесть состава во время лазерного проплав-, ления и соответственно равномерность получаемого покрытия. Образующиеся при этом силициды, обладающие повышенной пластичностью, создают вязкую матрицу в получаемом композици 1636476 45 10 15 20 25 35 40 45 онном покрытии и соответственно повьнцают его трещиностойкость.Карбид кремния способствует повышению поглощательной способностилазерной энергии покрытием, нанесенным из состава на обрататываемуюлазером поверхность. Поскольку, какизвестно, полного разложения карбида кремния в момент лазерной обработки не происходит, его присутствиев легированном слое благоприятносказывается на прочности. Дополнительное введение в состав закиси -никеля приводит к повышению пластичности покрытия и соответственно треущи н о с х о й к о с ти оВ предлагаемом составе подобранатакая композиция химических соединений, которая обспечивает повышенную трещиностойкость при контактномударно-циклическом нагружении поверхностей, упрочненных лазерной обработкой с применением предлагаемого состава,Компоненты выполняют следующиефункции.Бор является основным упрочняющимкомпонентом и представляет собой порошок темно-бурого цвета с т.пл.2075 С, При температурах свышей1000 С бор активно вступает в реакцию с металлами, в том числе и с марганцем, до образования боридов.Бориды марганца МпВ обладают высокой микротвердостью (свыше 20 ГПа) и прочностью при ударных нагрузках.Силикомарганец вводится в составв виде мелкодисперсного ("20 мкм) порошка темного цвета, содержащего20% Бх и 80% Мп. Марганец с т.пл. . 1244 С в процессе лазерной обработки вступает в реакцию с бором, образуя бориды марганца. Кремний с т.пл.1415 С повышает жидкотекучесть расплава, образующегося при лазерной обработке, и обеспечивает таким образом равномерность распределениялегирующих элементов в упрочненном слое. Кроме того, кремний соединяется с бором и железом до образования пластичных силицидов, обеспечивая тем самым достаточную вязкость получаемого покрытия. При введении в состав менее 28% силикомарганца получение равномерно легированного слоя затруднено, кроме того, ослабляется процесс образования твердых и прочных боридов марганца и относительно пластичных силицилов, Увеличение содержания силикомарганца свыше 40% приводит соответственно к существенному снижению концентрации основного упрочняющего компонента бора,в результате чего не наблюдается повышения прочности и твердости покрытия по сравнению с известным составом.Карбид кремния входит в предлагаемый состав в вице мелкозернистого (л.20 мкм) порошка черного цвета, Обладая высокой твердостью и объемной прочностью, он повышает прочностные свойства покрытия, а также способству ет увеличению поглощательной способности состава, Уменьшение содержания карбида кремния ниже 15% снижает твердость покрытия, а увеличение свы. ше 25% приводит к росту трещинообразования при ударных нагрузках.Оксид никеля представляет собой порошок темно-зеленого цвета с т,пл.1990 С и вводится ц предлагаемыйосостав для создания в упрочняемом слое пластичной, никелевой матрицы, обеспечивающей высокую трещиностойкость, так как при нагреве свыше 1200 С в присутствии кремния, В и С он разлагается с выделением металлического никеля, Содержание оксида никеля свыше 12% значительно уменьшает твердость покрытия, а менее 6% не обеспечивает достаточной пластичности,Для экспериментальной проверки предлагаемого. состава подготовлены шесть смесей ингредиентов, три из которых показывают оптимальные результаты. В качестве связующего используется 20%-ный раствор клея БФв аце,тоне. Обмазку получают механическим смешиванием состава и связующего, кистью наносят ее на обрабатываемую торцовую поверхность образцов размером 9 12 х 12 мм из закаленной стали 45.Термическая обработка изделий, подлежащих лазерному упрочнению с использованием предлагаемого состава, проводится по следующей схеме: закалка с температуры, соответствующей данной марке стали, затем низкий отпуск при 180 - 200 С в течение 1 ч. Лазерная обработка проводится импульсным излучением с длиной волны 1,06 мкм на установке "КвантМ". Энергия импульса составляет 32 Дж,1636476 6ше 407 (состав 7) вызывает значительное снижение твердости и прочностипокрытия за счет уменьшения концен 5трации основного упрочняющего компонента - бора, Уменьшение содержаниякарбида кремния ниже 157 (составы2 и 3) снижает твердость покрытия,а увеличение свыше 257 (состав 7)не способствует повышению прочностипокрытия. Содержание оксида никеляменее 67. (составы 2 и 3) не обеспечивает пластичности покрытия, а увеличение свыше 127 значительно умень 15 шает твердость и прочность покрытия,Содержание таких компонентов,как силикомарганец, карбид кремния и.20.оксщт никеля в меньшем количестве(составы 2 и 3), чем в предлагаемомсоставе, не оказывает существенноговлияния на повышение трещиностойкости, Увеличение содержания этих ин 25 гредиентов выше предлагаемого приводит к снижению твердости и трещиностойкости покрытия (состав 7).Анализ данных, приведенных в таб-.лице, показывает, что использование30 предлагаемого состава позволяет повысить трещиностойкость обработанныхизделий в 2-4 раза по сравнению собработкой с использованием известногосостава,длительность импульса 8 мс, формазоны лазерного воздействия прямоугольная с размерами 1,5 х 4 мм,коэффициент перекрытия 0,4,Соотношение порошка предлагаемогосостава и связующего выбирается изусловия обеспечения вязкости обмазкинеобходимой для равномерного нанесения состава на упрочняемую поверхность, и является следующим: на 1 гпорошка требуется 5 мл связующего.Толщина нанесенной на образцы обмазки составляет 0,2 мм. В состав введены следующие вещества: силикомарганец; карбид кремния; окись никеля;аморфный бор,Для исследования трещиностойкостило упрочненной поверхности образцовосуществляется многократный (на базеИ:1000 циклов) удар коническим твердосплавным индентором с углом .привершине 120 С и массой 0,46 кг,,со скоростью 0,33 м/с. Параметрынагружения выбираются из условия получения трещин на всех образцах длявозможности проведения сравнительного количественного анализа по трещиностойкости образцов. На микроскопеопределяют диаметр отпечатка индентора, количество трещин и их протяженность. Микротвердость измеряютна приборе при нагрузке 0,5 Н. Повторность экспериментов трехкратная.В таблице представлены полученныесвойства образцов, легированных изобмазок на основе предлагаемого состава с различным соотношением ингредиентов, а также известного состава.Сравнение предлагаемого составапроизводится с базовым (1007 аморфного бора) и известным составом при обработке по аналогичной технологии.Из таблицы видно, что содержаниесиликомарганца менее 287. (составы 452 и 3) не обеспечивает повышениетрещиностойкости покрытия,так как вэтом случае получение равномернолегированного слоя затруднено, а также ослабляется процесс образованияпрочных боридов марганца и относительно пластичных силицидов. Увеличение содержания силикомарганца свыФормула изобретенияСостав для лазерного легирования стальных изделий, преимущественно из углеродистой стали, содержащий карбид кремния и борсодержащий компонент, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения трещиностойкости обработанных изделий при контактном ударно-циклическом нагружении, в качестве борсодержащего компонента он сбдержит аморфный бор и дополнительно силикомарганец и оксид никеля при следующем соотношении компонентов, мас,7:Силикомарганец 28 - 40 Оксид никеля 6-12 Карбид кремния 15 - 25 Аморфный бор Остальное1636476 Содержание, мас.7, в составе Диаметр Радиальные треотпечат . щнныка, мм Микротвердость,ГПа Состав Силн- Карбид Оксид Боркомар- кремния никеляганец Коли- Средняячест- длина,во мм 12,3-20,1 12,3-19,5 1Ф2 20 10 0,861 0,861 8 7 100Осталь 0,468 0,588 ф Базовый состав.1 ф Известный состав, содержащий, мас.Ж: оксид кремния 26, борный ангидрид 14, карбид кремния - остальное. Составитель А.БулгачРедактор Н.БобковаТехред Л.Олийнык Корректор Т,Малец Заказ 798 Тираж 563 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 101 3 25 12 4 28 15 5 34 20 6 40 25 745 30 8 ное4101215 -и 13, 1-21,3 15,2-25,8 15,2-25,8 15,2-23,4 9,5-14,1 26,83 (средняя) 0,847 0,806 0,750 0,806 0,875 0,750 6 2 1 1 1 4 0,431 0,417 0,396 0,396 0,431 0,325