Способ формирования износостойкого покрытия деталей



Способ формирования износостойкого покрытия деталей
Способ формирования износостойкого покрытия деталей
Способ формирования износостойкого покрытия деталей

 

C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2510319:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при формировании износостойкого покрытия на поверхностях деталей с подачей ремонтно-восстановительных составов на поверхность и последующим пластическим деформированием с помощью безабразивной ультразвуковой финишной обработки. Осуществляют нанесение слоя ревитализанта на поверхность металлической детали и безабразивную ультразвуковую финишную обработку с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности обрабатываемой детали 0,16 - 0,08 мм/об до получения шероховатости поверхности Ra = 0,3 - 0,125 мкм. Изобретение обеспечивает не только снижение шероховатости поверхности за счет смятия вершин микронеровностей до Ra=0,125 мкм, но и дополнительно упрочняет поверхностный слой детали на глубину до 100 мкм, с образованием поверхностного слоя. 3 пр., 1 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при формировании износостойкого покрытия на поверхностях деталей с подачей ремонтно-восстановительных составов (ревитализантов) на поверхность и последующим пластическим деформированием с помощью безабразивной ультразвуковой финишной обработки.

Уровень техники

Известен способ получения износостойкой поверхности металлов и их сплавов за счет применения комбинированной лазерно-плазменно-ультразвуковой технологии, направленной на преобразование структуры приповерхностного обрабатываемого слоя металлов и их сплавов. Способ включает образование в непрерывном оптическом разряде приповерхностной лазерной плазмы в парах металла. Затем на обрабатываемую поверхность воздействуют кроме лазерной плазмы и ультразвуком. В качестве легирующего элемента или элементов используют углерод, или азот, или бор, или хром. В результате получают высокодисперсную структуру покрытия, снижается уровень напряженно-деформационного состояния поверхностного слоя, что приводит к получению высокоизносостойкой поверхности (см. патент RU №2445378, C21D 1/09, С23С 24/08, В23К 26/00, опубл. 20.03.2012).

К недостаткам данного способа следует отнести сложность процесса и большую стоимость оборудования для получения лазерной плазмы.

Известен способ изготовления деталей машин для пар скольжения с двумя выполненными с возможностью перемещения относительно друг друга деталями машины двигателя с большим рабочим объемом, содержащий, по меньшей мере, в зоне, повернутой к соответственно другой детали машины стороны, износостойкую структуру с принятыми в металлическую матрицу частицами из сравнительно твердого материала и с шероховатой и неровной поверхностью. Для этого на поверхность нанесено выравнивающее ее верхнюю неровность и шероховатость приработочное покрытие, состоящее из предназначенного для износа во время процесса приработки приработочного материала, который отличен от материала находящейся под ним износостойкой структуры и соединен металлургически вместе с ним и который мягче, чем износостойкая структура, и самое большее одинаково износостоек, как поверхность скольжения соответственно расположенной напротив детали машины, причем пограничный слой между приработочным покрытием и износостойкой структурой сформирован посредством подвода тепла в направлении износостойкой структуры полученной зоны сплава или диффузии (см. патент RU №2009143528, С23С 4/06, опубл. 27.05.2011).

К недостаткам данного способа следует отнести сложность процесса и необходимость подвода тепла в направлении износостойкой структуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ восстановления прецизионных деталей, включающий нанесение износостойкого покрытия методом электроискровой обработки с нанесением слоя толщиной, компенсирующей износ, и припуском на последующую обработку, с последующими механической обработкой до получения шероховатости восстанавливаемой поверхности Ra=0,8-1,5 мкм, безабразивной ультразвуковой финишной обработкой до получения шероховатости поверхности Ra=0,025-0,036 мкм и нанесением алмазоподобного тонкослойного покрытия 0,5-3 мкм на основе оксикарбида кремния на всей поверхности (см. патент RU №2423214, C1, B23P 6/00, опубл. 10.07.2011).

Недостатком этого способа является сложность его исполнения.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа для формирования износостойкого слоя с применением ревитализантов, позволяющего формировать на поверхностях металлических деталей износостойкий слой с заданными свойствами (в зависимости от применяемых ревитализантов) и обеспечивающего его простоту реализации для различных поверхностей деталей.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к получению износостойкого покрытия с требуемыми свойствами поверхности деталей.

Технический результат достигается с помощью способа формирования износостойкого покрытия деталей с применением ремонтно-восстановительных составов (ревитализантов) и пластическим деформированием с помощью безабразивной ультразвуковой финишной обработки с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности обрабатываемой детали 0,16-0,08 мм/об до получения шероховатости поверхности Ra 0,3-0,125 мкм.

Сущность способа заключается в нанесении перед безабразивной финишной обработкой на деталь 1 с поверхностью 2 слоя ревитализанта 3, который обеспечит лучшую обработку поверхности детали и обеспечит формирование упрочненного слоя 4 и износостойкого слоя 5 с порами, заполненными ревитализантом 6.

Данный способ позволяет получить поверхность, превосходящую поверхность способа, взятого за прототип, по всем требованиям и показателям, таким как износостойкость и др.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена поверхность основного метала.

На фиг.2 - то же, что и на фиг.1, в месте с нанесенным на поверхность слоем ревитализанта.

На фиг.3 - то же, что и на фиг.2, после безабразивной ультразвуковой финишной обработки.

Осуществление изобретения

Примеры конкретного выполнения способа формирования износостойкого покрытия деталей:

Пример 1. Формирование износостойкого покрытия на примере опорных шеек валов.

Пример 1.1

Для формирования износостойкого покрытия на поверхность детали наносится ревитализант 3 и производится безабразивная ультразвуковая финишная обработка опорных шеек вала с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности 2 обрабатываемой детали 0,32 мм/об и частотой 20-24 кГц, что обеспечивает не только снижение шероховатости поверхности за счет смятия вершин микронеровностей до Ra=2,5 мкм, но и дополнительно упрочняет поверхностный слой 4 детали на глубину до 70 мкм, с образованием поверхностного слоя 5.

Полученная поверхность нас не удовлетворяет, по следующим показателям:

1. Толщина образовывающегося поверхностного слоя менее 1 мкм.

2. Из-за подачи 0,32 мм/об при безабразивной ультразвуковой финишной обработке образовывается слишком большая шероховатость Ra=2,5 мкм и толщина упрочненного слоя составляет 70 мкм.

3. Поры на поверхности детали с ревитализантом не герметичны и имеют слишком большой размер.

Пример 1.2 Последовательность операций повторяем в соответствии с примером 1.1, изменяя лишь режимы обработки:

1. Безабразивную ультразвуковую финишную обработку производим с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности 2 обрабатываемой детали 0,05 мм/об с образованием шероховатости Ra=0,063 мкм.

Полученная поверхность нас не удовлетворяет по следующим показателям:

1. Слишком длительное время обработки поверхности детали, что приводит к увеличению затрат энергии на обработку поверхности.

2. Поры с ревитализантом слишком малы из-за сильного смятия поверхностного слоя.

Пример 1.3 Последовательность операций повторяем в соответствии с примером 1.1, изменяя лишь режимы обработки:

1. Безабразивную ультразвуковую финишную обработку производим с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности 2 обрабатываемой детали 0,16 мм/об с образованием шероховатости Ra=0,125 мкм.

Полученная поверхность нас удовлетворяет по следующим показателям:

1. Из-за наличия слоя ревитализанта на поверхности детали при безаброзивной ультразвуковой финишной обработке детали образуется поверхностный слой толщиной 3-6 мкм, обеспечивающий повышение износостойкости.

2. Из-за подачи 0,16 мм/об при безабразивной ультразвуковой финишной обработке получена приемлемая шероховатость Ra=0,125 мкм и с толщиной упрочненного поверхностного слоя 100 мкм.

3. На поверхности детали образовались герметичные поры оптимального размера, заполненные ревитализантом.

Пример 2. Формирование износостойкого покрытия на прецизионных деталях (на примере золотника гидрораспределителя).

Пример 2.1

Для формирования износостойкого покрытия на поверхность детали наносится ревитализант 3 и производится безабразивная ультразвуковая финишная обработка рабочих поверхностей золотника с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности 2 обрабатываемой детали 0,32 мм/об и частотой 20-24 кГц, что обеспечивает не только снижение шероховатости поверхности за счет смятия вершин микронеровностей до Ra=1,6 мкм, но и дополнительно упрочняет поверхностный слой 4 детали на глубину до 50 мкм, с образованием поверхностного слоя 5.

Полученная поверхность нас не удовлетворяет, по следующим показателям:

1. Толщина образовывающегося поверхностного слоя менее 1 мкм.

2. Из-за подачи 0,32 мм/об при безабразивной ультразвуковой финишной обработке образовывается слишком большая шероховатость Ra 1,6 мкм и толщина упрочненного слоя составляет 50 мкм.

3. Поры на поверхности детали с ревитализантом не герметичны и имеют слишком большой размер.

Пример 2.2. Последовательность операций повторяем в соответствии с примером 2.1, изменяя лишь режимы обработки:

1. Безабразивную ультразвуковую финишную обработку производим с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности 2 обрабатываемой детали 0,05 мм/об с образованием шероховатости Ra=0,050 мкм.

Полученная поверхность нас не удовлетворяет, по следующим показателям:

1. Слишком длительное время обработки поверхности детали, что приводит к увеличению затрат энергии на обработку поверхности.

2. Поры с ревитализантом слишком малы из-за сильного смятия поверхностного слоя.

Пример 2.3. Последовательность операций повторяем в соответствии с примером 2.1, изменяя лишь режимы обработки:

1. Безабразивную ультразвуковую финишную обработку производим с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности 2 обрабатываемой детали 0,16 мм/об с образованием шероховатости Ra=0,125 мкм.

Полученная поверхность нас удовлетворяет по следующим показателям:

1. Из-за наличия слоя ревитализанта на поверхности детали при безаброзивной ультразвуковой финишной обработке детали образуется поверхностный слой толщиной 3-6 мкм, обеспечивающий повышение износостойкости.

2. Из-за подачи 0,16 мм/об при безабразивной ультразвуковой финишной обработке получена приемлемая шероховатость Ra=0,125 мкм и с толщиной упрочненного поверхностного слоя 80 мкм.

3. На поверхности детали образовались герметичные поры оптимального размера, заполненные ревитализантом.

Данный способ позволяет получить поверхность, превосходящую поверхность способа, взятого за прототип, по всем требованиям и показателям, таким как износостойкость и др.

Показатель Прототип Предлагаемый способ
Напряжения в поверхностном слое, МПа -350 -45
Общая толщина упрочненного слоя, мм 0,12 0,103
Износостойкость опорной поверхности по сравнению с опорной поверхностью серийного вала, раз 2… 2,1 2,5… 3,1

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- универсальность;

- простота реализации;

- повышенная износостойкость получаемого покрытия;

- возможность неоднократного применения для одной и той же восстанавливаемой детали.

Способ формирования износостойкого покрытия деталей, включающий нанесение слоя ревитализанта на поверхность металлической детали и безабразивную ультразвуковую финишную обработку, отличающийся тем, что осуществляют безабразивную ультразвуковую финишную обработку с поперечной подачей рабочей головки относительно поверхности обрабатываемой детали 0,16-0,08 мм/об до получения шероховатости поверхности Ra 0,3-0,125 мкм.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится области металлургии, а именно к способу формирования тонких, однородных покрытий на кромках бритвенных лезвий. Способ формирования кромки бритвенного лезвия содержит стадию, на которой изостатически прессуют (IP), по меньшей мере, одну кромку лезвия, покрытую полимерным материалом.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д.
Изобретение относится к получению медных покрытий и может быть использовано для коррозионной защиты, декоративной обработки различных материалов, а также в электронной технике.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к нанесению детонационных покрытий на поверхности деталей машин. Технический результат - повышение равномерности толщины получаемого покрытия.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к вакуумной установке для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к нанесению покрытий из порошковых материалов посредством послойного лазерного спекания. Может использоваться для упрочнения изношенных рабочих поверхностей стальных изделий, например участков вала, расположенных в зонах подшипников.
Изобретение относится к получению фторопластового покрытия на металлических поверхностях. .

Изобретение относится к композиционным материалам на основе тугоплавких металлов и может быть использовано в электролизерах при получении алюминия. .

Изобретение относится к технологии нанесения металлополимерных покрытий на поверхности цилиндрических изделий с помощью энергии взрыва и может быть использовано при создании защитных и износостойких покрытий деталей машин и технологического оборудования для химической, нефтехимической, атомной и машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшения магнитных потерь лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой содержит желобок, сформированный от геометрического места точек прохождения лазерного луча при его сканировании от кромки одного конца до кромки другого конца в направлении ширины листа, и линию раздела кристаллического зерна, которая имеет протяженность вдоль упомянутого желобка и пронизывает лист кремнистой стали с ориентированной зеренной структурой от передней поверхности до задней поверхности, причем в упомянутом желобке сформировано стеклянное покрытие, в котором коэффициент интенсивности Ir рентгеновского излучения характерной интенсивности рентгеновского излучения магния на участке желобка заключен в диапазоне 0≤Ir≤0,9, при этом среднее значение характерной интенсивности рентгеновского излучения магния участков поверхности листа текстурованной электротехнической стали, отличных от участка желобка, установлено как 1.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшения магнитных потерь в текстурованном листе из электротехнической стали на поверхности листа формируют канавки, каждая из которых имеет заданную длину и вытянута в направлении, перпендикулярном направлению транспортировки листа электротехнической стали, при этом канавки сформированы при заданных интервалах посредством сканирования поверхности листа лазерным лучом.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении шестерен, крестовин, втулок, зубчатых колес и т.д., в том числе работающих при температуре до 500°C и испытывающих при эксплуатации динамические нагрузки и износ.

Изобретение относится к методам тепло-прочностных испытаний конструкционных материалов преимущественно при прогнозировании и оценке работоспособности необлучаемых конструктивных элементов в атомной технике.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению шестерней для приводных поездных систем, используемых для передачи высокого крутящего момента.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке конструкционных сталей. Способ включает закалку конструкционной стали на мартенсит с последующим воздействием на нее пульсирующего дозвукового воздушного потока с определенными частотой и звуковым давлением при комнатной температуре.

Изобретение относится к термической обработке доэвтектоидных низколегированных сталей. Для обеспечения диспергированной структуры и ее композиционной гетерогенизации с формированием наноразмерных фрагментов, позволяющих получить высокие и стабильные механические свойства, заготовку из стали, содержащую С 0,15-0,25 мас.% и Mn 1,2-1,7 мас.%, нагревают до полной аустенитизации структуры, затем проводят ее охлаждение в печи до температуры выдержки 735-740°C или на воздухе до комнатной температуры с последующим нагревом до температуры выдержки 735-740°C, при этом выдержку осуществляют для формирования двухфазной аустенитно-ферритной структуры, а охлаждение после выдержки ведут со скоростью, обеспечивающей неполное мартенситное превращение аустенита и формирование многофазной микроструктуры, после чего проводят высокотемпературный отпуск-старение при 550°C в течение 2-2,5 часов.
Изобретение относится к области термической обработки стали. Для повышения прочности и пластичности стали 30ХГСА ее нагревают в расплаве NaCl-KCl до температуры 900°C, выдерживают 2 часа, закаливают в масле, затем осуществляют трехкратную закалку с нагревом в этом же расплаве до 900°C с изотермической выдержкой в течение 10 сек и закалкой в масле, и проводят последующий низкий отпуск при температуре 200°C в течение 1 часа.
Изобретение относится к области черной металлургии. Для улучшения магнитных свойств и физико-механических свойств более устойчивых к эксплуатационным воздействиям анизотропной электротехнической стали Fe-3% стальные листы толщиной 0,05-0,50 мм, подвергнутые отжигу для вторичной рекристаллизации и имеющие изоляционные конечные покрытия, обрабатывают лазером непрерывного излучения путем сканирования движущегося листа в поперечном направлении относительно направления его движения, при этом в зонах лазерной обработки стальных листов, дополнительно насаждают локальные дефекты и одновременно формируют пластической деформацией локальное поверхностное сжатие на глубину не более 1/4 толщины листа стали, причем в качестве основы дефектов применяют слабомагнитные порошкообразные вещества, имеющие намагниченность насыщения 200-500 Гс, которые насыпают на поверхность стальных листов, или наносят магнитоактивным покрытием, или дополнительно насыпают на покрытие, а на заключительной стадии обработки осуществляют низкотемпературный отпуск в диапазоне 500-550°C.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технике вакуумно-плазменного напыления путем нанесения металлосодержащих покрытий на изделия из твердых сплавов.

Изобретение относится к способу восстановления изделий из титановых сплавов с помощью лазерной наплавки и может быть использовано в машиностроительных отраслях для восстановления изношенных деталей, «залечивания» трещин в деталях, работающих на усталость и износ.
Наверх