Способ химико-термической обработки изделий из железоуглеродистых сплавов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЬО 1696 А 1 5 С 23 С 8/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКО нстит ОБ- ЕРОГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОИРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛДИСТЫХ СПЛАВОВ(57) Изобретение относится к металлургии Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении и для упрочнения изделий из сплавов железа.Целью изобретения является интенси- фикация процесса насыщенияНа фиг. 1 и 2 показаны схемы реализации предлагаемого способа,Химико-термическую обработку металлических изделий из сплавов железа реализуют в среде, содержащей легирующее соединение, путем термоциклирования вблизи точки а, у аллотропического поевращения, нагрев поверхности начинают сканирующим лазерным лучом с периодичностью и плотностью мощности, обеспечивающими изменение температуры поверхностного слоя от верхней до нижней точки аллотропического а у превращения, а затем мощность излучения увеличивают до получения на поверхности предплавильных температур. Оптимальное значение мощно- . сти лазерного излучения в каждый момент времени определяют по максимальной скои мож нии дл тения щения вание враще мощно темпе симал ла от обоаз тельно насыщ ет быть использовано в машиностроея упрочнения изделий. Цель изобре - интенсификация процесса насы, Проводят лазерное термоциклировблизи точки аллотропического прения в насыщающей среде, увеличивая сть излучения до предплавильных ратур по режиму, определенному макьным падением радиационного сигнапредварительно нанесенной на ец оадиационной метки, что значиповышает скорость диффузионного ения, 2 ил 2 табл. рости падения радиационного сигнала от оадиоактивной метки, предварительно нанесенной на обрабатываемую поверхность,Изменение параметров облучения в. процессе обработки и выбор их оптимальногоеначения в каждый момент времени по скорости изменения радиационного сигнала от радиоактивной метки, диффундирующей вместе с легирующей примесью, позволяет перемещать изотерму аллотропическсго поевращения вглубь металла вслед за диффузионным фронтом, что приводит к увеличению скорости диффузии и в конечном счете к уменьшению времени обработки металла,Способ может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 1, Поверхность металла 1, помещенного в среду, содержащую легирующее соединение, обрабатывается излучением технологического лазера 2, прошедшего через сканатор 3. При заданных ширине обрабатываемой дорожки и скорости сканирования плотность мощности выбирается такой, чтобы температура наповерхности изменялась ог нижней до верхней точки аллотрапическаго 0;,.=у превращения. Это состояние обнаруживаегся по быстрому падению радиационного сигнала, принимаемого приемником 4 и изме. ряемаго прибором 5, 3 дальнейшем максимальная скорость сигнала, регистрируемого прибором 5, достигается увеличением мощности технологического лазера 2,П р и м е р, Способ реализован па схеме, представленной на фиг. 2, которая не требу. ет использования сканатора луча, на может быть использована для оарабатки только цилиндрических поверхностей. В качестве лазерного технологического модуля использована промышленная установка "Комета", обеспечивающая плавное изменение мощности излучения да Р =: 1,5 кВт и непрерывном режиме генерации, Обрабатываемая деталь выполнена в виде цилиндра радиуса Й = 2 см из стали УВА, вращающе. гася с угловой скоростью и= 45 рад/с ьакруг оси 0 - О,Ширина обрабатываемой дорожки 5 мм, Обработку проводят в среде СНа, реализуя процесс цементации, Для увеличения поглощательной способности поверхность обрабатывают водным растворам персульфата аммония, а затем на нее чаносят ра.14диоактивную метку С, обладаюшую 3-активностью с энергией "150 кэВ. Чтобы избежать выгорания углерода в зоне нагрева, на поверхность гальваническими мего- дами наносят танкуо пленку тугоплавкаго композита толщиной 2-3 мкм, В качестве приемника В-излучения используют счетчик Мюллера-Гейгера, сигнал ат которого регистрируется приемником 4, ";1 осле установления нужной скорости врашения образца на поверхность падают лазерное излучение мощностью 200 Вт, сфокусированное в пятно диаметрам - 5 мм. Пгатность мощности излучения таким образам , составляет 2 10 Вт/см, Приувеличении мощности лазера да величины 620 Вт радиационный сигнаг начинает резка падать, Через т = 10 с обработки корр. ктируется мощность излучения да получению максимальной скорости падения радиационного сигнала.Значения оптимальной мощности иэлу" чения через каждые 60 с обработки приведены в табл, 1,При мощности излучения Р "1000 Вт поверхностный слой начинает псдплавляться, и обработку прекращают, Общее время процесса составляет " 600 с. Иэ образца приготавливают металлографический шлиф и снимают явтарадисграмму, па которой иэ 10 меряют максимальную диффузионную длину, Она оказалась равной -140 мкм, Средний коэффициент диффузии, определенный методом послойного травления, равен1,6 10м/с, что примерна в 16 раз превосходит соответствующий коэффициент диффузии углерода в железе при температуре1000 С, В известном способе указывается на увеличение скорости диффузии в 3-10 раз,Вырубной штамп из стали Х 12 М (пуансон), рабсчая часть которого имеет формуцилиндра, проходит финишную обработкупосле обычной термаобработки, Обрабаты 15 ваемцй методом термоциклирования участок помещают на 5 с в раствоа уксуснойкислоты, содержащей метку С . После сушаки на воздухе на эту поверхность наносяткисточную обмазку на основе аморфного бо 20 ра (аморфный бор, ацетон, смола БМК), Голщина обмазки 100-150 мкм, Пуансон снанесенной абмазкой зажимают в шпиндель делительной головки и вращают вдоль .горизонтальной оси (скорость вращения25 .плавно изменяют питанием двигателя), Кповерхности пуансона, содержащей радиоактивную метку, под слоем обмазки подводят держатель сс счетчиком МюллераГейгера с узким окном регистрации. Прибо 30 ром регистрируют сигнал ат радиоактивнойметки эа время индикации с, Лазерноеизлучение СО - лазера "Комета" фокусируют на поверхности изделия в пятно диаметром 5 мм с помощью металлического35 зеркала диаметр пуансона 15 мм), При помощи лазерного излучения Р = 500 Вт начинают подбирать скорость вращения,обеспечиваюшую максимальное падениерадиационного сигнала. При скорости вра 40 щения в =: 12 рад/с радиационнцй сигналначинает резко уменьшаться, В процессеобработки поддерживается максимальнаяскорость падения сигнала путем коррекциичастотц вращения в сторону уменьшения45 (до и = 9 рад/с). Общее время обработки 1 =15 мин,Свойства металла после лазерного термоциклиравания исследовалась на поперечных металлографических шлифах,50 В табл, 2 представлены результаты диффузионного насыщения стали Х 12 Ы методом лазерного термациклиравания попредлагаемому способу и по известномупаи различной длительности процесса об 55 работки, Глубина проникновения легирующего элемента в табл. 2 дана в микрометрах,Из приведенных данных видно, чта лазерное термоциклирование вблизи точкиаллотропического а=- упревращения с вы1696571 Таблица 1240 300 180 60 120 с,с 665 710 580 600 630 760 Р, Вт Продолжение табл.1 Подплавление поверх- ности 380 420 540 600 480 ч,с 1000 815 880 940 1000 Р, Вт Таблица 2 бором оптимального режима лазерного нагрева приводит к уменьшению времени химико-термической обработки в сравнении с традиционными методами,5 Формула изобретенияСпособ химико-термической обработки изделий из железоуглеродистых сплавов, включающий нагрев и диффузионное насыщение при термоциклировании вблизи точ ки эллотропического превращения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения, нагрев и термоциклирование проводят сканирующим лазерным излучением с увеличением мощности излучения до предплавильных температуоах по режиму, определяемому максимальным падением радиационного сигнала от метки, предварительно нанесенной на изделие,1696571 Корректор Н,Король едактор И,Горна ТСС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10 Заказ 4281 ВНИИПИ Г Составитель И.Гетро Техред М.Моргентал Тираж Подписное дарственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5