Способ упрочнения поверхности металлов

, Н.М,Буракова и А УЗ при С,Семе 88.8) А,Г, Основы лазернов, М 1989, с,165-1УПРОЧНЕНИЯ ПОВ й обраРХНО и глубиной необх ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к поверхностной лазерной обработке и может быть использовано для повышения износостойкости деталей машин и инструмента, подвергающихся износу в процессе эксплуатации.Известны способы создания износостойких покрытий путем наплавки и легирования из порошковых обмазок,Однако эти способы требуют использования сложного оборудования для нанесения насыщающих слоев равномерной толщины, характеризуются высокими потерями легирующих компонентов, не позволяют достаточно точно контролировать содержание основного металла в наплавленных и легированных слоях. Наиболее близким к предлагаемому является способ лазерного легирования и предварительно наносимых на поверхность изделия насыщающих обмазок, заключающийся в оплавлении поверхности изделия и порошкового слоя лазерным излучением в режимах, определяемых химическим составом и толщиной слоя насыщающей компо 2(57) Использование; для повышения износостойкости деталей машин и инструмента, Сущность изобретения: на поверхности детали создают линейный зубчатый рельеф с высотой зуба, равной глубине последующего оплавления, и расстоянием между зубьями не более 1/3 диаметра пятна облучения, После этого наносят обмазку, содержащую легирующие компоненты, и оплавляют поверхность лучом лазера при сканировании его перпендикулярно направлению рельефа, 5 ил 3 табл,зиции одимого оплавления.Однако получение на поверхности изделия слоя обмазки одинаковой толщины вызывает большие трудности и требует использования дополнительных устройств и приспособлений. Кроме того, значительными оказываются потери насыщающего со- -става в процессе облучения (до 70 - 80%), при этом практически не контролируется со- ф отношение легирующих веществ и материала основы в насыщенном слое, что дестабилизирует результаты легирования и не позволяет достигать высоких значений износостой кости обработанных изделий.Целью изобретения является упрощение операции нанесения обмазок на легируемую поверхность, снижение потерь а насыщающей композиции, стабилизация химического состава легированного слоя и повышение износостойкости,Поставленная цель достигается путем специальной подготовки поверхности изделия перед нанесением насыщающего состава. Эта подготовк состоит в созданиизубчатого линейного рельефа, высота каждого зуба которого должна быть равна глубине, на которую будет произведено оплавление в процессе облучения, Значения глубин оплавления могут быть предварительно легко определены для любых материалов и заданных режимов облучения с использованием известных соотношений, Виды наносимого рельефа могут быть разнообразны. Допускается волнистый или зигзагообразный характер линии рельефа (фиг,1), однако в рисунке рельефа неизменно должно доминировать некоторое основное направление, наличие которого позволяет характеризовать рельеф как линейный, Форма зуба также не имеет существенного значения (фиг,2), Расстояние между соседними зубьями не должно превышать 1/3 диаметра пятна облучения.На обрабатываемую поверхность рельеф может наносится различными способами, в частности накаткой на материал, не подвергнутый термообработке, Этот способ является наиболее простым и дешевым и позвбляет создавать практически любые варианты рисунка рельефа.Описанная подготовка поверхности намного упрощает нанесение обмазки и гарантирует абсолютно точную дозировку количества легирующего состава на обрабатываемой поверхности до облучения, Предлагаемое техническое решение позволяет наносить обмазку шпателем, При этом насыщающий состав заполняет промежутки между зубьями, и его количество регулируется геометрией поверхности (фиг.З). Для деталей несложной формы операция по нанесению легирующей обмазки может быть автоматизирована (фиг.4).Сканирование луча и переплав материала основы с нанесенным составом осуществляется перпендикулярно направлению зубчатого рельефа (фиг,5), что обеспечивает снижение потерь насыщающего состава и равномерность толщины легированного слоя.Геометрическое строение поверхности после нанесения линейного рельефа таково, что оплавлению подвергается слой, в котором в равной мере присутствуют и обмазка и материал основы (фиг.2). Это обеспечивает содержание легирующих компонентов в насыщенном слое в пределах 40 - 50, что позволяет увеличить износостойкость деталей после обработки,В результате предлагаемый способ создания износостойких покрытий позволяет упростить и автоматизировать нанесение обмазок, снизить потери легирующих веществ на 30 - 35 , контролировать химический состав легированного слоя и повыситьизносостойкость обрабатываемых деталей,П р и м е р, Проведено сравнение изве 5 стного и предлагаемого способов, осуществляющих при легировании составамиХВС, ВТНобразцов из сталей 45 и15 ХФ соответственно, Режимы облучения вкаждом случае при использовании извест 10 ного и предлагаемого способов совпадали.Исследование структурно-фазового составаполученных слоев проводилось на рентгеновском дифрактометре ДРОН-УМ 1, Испытания на износ проведены в условиях сухого15 трения на машине типа МИМ по схеме2диск - колодка при нагрузке 50 кгс/мм (5МПа) и продолжительности 180 мин, скорость скольжения 50 м/мин. Твердость контртела (колодки) находилась на уровне 200 Н В,20 шероховатость поверхности в пределах 0,63мкм,В табл.1 приведены результаты испытаний образцов из стали 45.В табл,2 приведены результаты ресурс 25 ных испытаний образцов из стали 15 ХФ.Также было проведено испытаниеклиньев ткацких станков. Клинья, изготовленные из стали ХВГ были легированы боридом кобальта, причем режимы облучения30 и количество наносимой на поверхность обмазки совпадали для клиньев с рельефной игладкой поверхностью,В табл.З приведены результаты ресурсных испытаний клиньев ткацких станков35 (сталь ХВГ),На основании приведенных результатов определены границы значений расстояний между зубьями рельефа. Снижениеэтого параметра до уровня 1/7 - 1/9 диамет 40 ра пятна технически весьма затруднительно и, кроме того, не принесет значительногоэффекта.Формула изобретенияСпособ упрочнения поверхности метал 45 лов, включающий нанесение на поверхность металла легирующей обмазки ипереплав поверхности лучом лазера путемсканирования, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью упрощения способа, снижениярасхода обмазки, повышения износостой 50 кости за счет увеличения концентрации легирующих компонентов в зоне переплава,перед нанесением обмазки на поверхностиметалла создают линейный зубчатый рельеф с высотой зуба, равной глубине последу 55 ющего оплавления, и расстоянием междузубьями не.более 1/3 диаметра пятна облучения, а сканирование осуществляют перпендикулярно направлению рельефа.1740440 Таблица 1 П р и м е ч а н и е, Состав обмазки; ХВС - 7, связка - жидсоотношении 3:2.Дальнейшее снижение раудалось. сстояния между зубьями рельефа технически реализовать н Таблица 2 П р и м е ч а н и е, Состав обмазки: ВТН -соотношении 3:2. Дальнейшее снижение расстояния междалось зка - жид хнически реализовать ьями релье блица 3 П р и м е ч а н и е. Состав обмазки: борид кобальта, связка - жодой в соотношении 3:2,1740440 5 оставитель Л.Ганинхред М,Моргентал аказ 2052 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 НТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 едактор Т.Лазоренко Те Корректор М. Кучерявая