Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов



Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов
Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов

 


Владельцы патента RU 2550674:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к вакуумной химико-термической обработке деталей. Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов включает предварительную подготовку изделий путем их отжига и механической обработки и альфирование изделий. Альфирование осуществляют в электропечи при температуре 760÷780°C в вакууме 10-1÷10-3 мм рт.ст. в течение 1,5÷2 ч, далее изделия охлаждают сначала в вакууме вместе с печью, а затем на атмосферном воздухе с получением альфированного слоя 0,007-0,02 мм и твердостью 600-900 HV. Упрощается процесс подготовки обрабатываемых деталей к процессу альфирования, снижается продолжительность процесса получения износостойкого покрытия. Повышается поверхностная твердость диффузионного слоя до 600-900 HV при сохранении экологической чистоты процесса. 2 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к вакуумной химико-термической обработке деталей при печном нагреве, а именно к способам получения износостойких покрытий, и может найти применение в приборостроении, в самолетостроении и космической технике.

Из уровня техники известен способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов (Патент RU №2460826), включающий насыщение поверхности деталей азотом и углеродом в тигельной или электродной ванне с расплавом солей, разогретых до температуры 800°C.

Недостатком известного способа является то, что для обработки используется расплав солей, требующий специального оборудования и устройств для вытяжки и улавливания испарений солей, а также специальную защиту органов дыхания рабочего от испарений солей.

Известен способ изготовления высокопрочной проволоки из титанового сплава мартенситного класса (Патент RU №2460825), включающий получение слитка, его горячую деформацию с получением заготовки для волочения, отжиг на воздухе и механическую обработку, волочение при комнатной температуре на конечный размер и окончательную термическую обработку. Волочение проводят многократно с промежуточными отжигами в атмосфере воздуха, при этом после первого хода волочения проводят механическую обработку, а окончательную термическую обработку ведут в атмосфере воздуха в течение 60÷80 мин при температуре (0,5÷0,7)Тпп°C, с дальнейшим охлаждением до комнатной температуры.

Недостатком известного способа является то, что способ характеризуется длительным и трудоемким циклом изготовления, требующим большого количества единиц специального технологического оборудования.

Известен способ изготовления тензорезисторов для измерения деформаций поверхности (Патент RU №2389973), включающий шлифование поверхности изделия из титанового сплава марки ВТ20, альфирование титанового образца, т.е. оксидирование в условиях особого псевдоожиженного состояния подогретого песка, которое достигается принудительной подачей сжатого воздуха. Оксидирование в кипящем слое проводят на специальной установке, состоящей из шахтной нагревательной печи, реактора из нержавеющей стали и приборов контроля по режиму в течение 5 часов. При этом происходит насыщение поверхности кислородом и получается слой окисла титана TiO2. После выполнения оксидирования в кипящем слое сохраняется класс чистоты обработки поверхностей.

Недостатком известного способа является то, что для оксидирования деталей применяется вредный для здоровья материал - песок. Для защиты от вредного воздействия пыли песка на органы дыхания рабочего требуются специальное оборудование и средства защиты. Недостатком данного способа также является длительность и трудоемкость процесса.

Также известен способ альфирования деталей из титановых сплавов (инструкция №696-70 ВИАМ), в котором обрабатываемые изделия предварительно подготавливают к альфированию (подвергают механической обработке, отжигают в электропечи), затем упаковывают в стальные коробки с песком или графитом (предварительно прокаленным) и помещают в электропечь для альфирования при температуре 700°C в течение 10 часов, а при температуре 800÷850°C в течение 2÷8 часов. После завершения процесса альфирования, детали охлаждают на воздухе и подвергают тщательному визуальному осмотру и измерению геометрических параметров.

Данный способ выбран в качестве прототипа как наиболее близкий к способу по предлагаемому изобретению.

Недостатком известного способа является то, что для альфирования деталей применяется вредный для здоровья материал - песок. Для защиты от вредного воздействия пыли песка на органы дыхания рабочего требуются специальное оборудование и средства защиты. Недостатком данного способа также является длительность и трудоемкость процесса.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке способа получения износостойкого альфированного покрытия на поверхности изделий из титана и его сплавов, исключающего недостатки прототипа.

Назначение процесса альфирования - упрочнение поверхности деталей из титана и титановых сплавов с целью повышения их износостойкости и свинчиваемости.

Альфирование заключается в насыщении поверхности деталей кислородом воздуха при температурах (700÷850)°C с образованием на их поверхности твердого износостойкого диффузионного слоя, представляющего собой твердый раствор кислорода в титане.

Поставленная задача решается за счет того, что обрабатываемые детали предварительно подготавливают (отжигают в электропечи, подвергают механической обработке и промывают от смазочно-охлаждающей жидкости), затем помещают на этажерку в вакуумную электропечь и при температуре (760÷780)°C и регулируемом вакууме 10-1÷10-3 мм рт.ст. (0,1÷15 Па) проводят операцию альфирования в течение 1,5÷2 ч. После завершения процесса альфирования, детали охлаждают сначала в вакууме вместе с печью, а затем на воздухе и подвергают тщательному визуальному осмотру и измерению геометрических параметров.

Изобретение поясняется графиками, которые показывают температурно-временную зависимость процесса насыщения кислородом поверхности изделий из титана и его сплавов двумя способами для получения альфированного слоя определенной глубины и микротвердости.

На фиг. 1 показан, согласно прототипу, график режима насыщения кислородом поверхности изделий из титана и его сплавов, упакованных в коробки с песком для получения альфированного слоя, глубиной h=0,015 мм и микротвердостью 450÷500 HV. Процесс получения износостойкого покрытия производится в электрической печи сопротивления в воздушной среде.

На фиг. 2 показан график предлагаемого режима насыщения кислородом поверхности изделий из титана и его сплавов в среде вакуума, для получения альфированного слоя, глубиной h=0,007÷0,020 мм и микротвердостью ≥600 HV.

Процесс получения износостойкого покрытия производится в вакуумной электрической печи сопротивления (например, типа СЭВ 3.3/11,5) в среде вакуума 10-1÷10-3 мм рт.ст. (0,1÷15 Па). Обрабатываемые детали предварительно подготавливают (отжигают в электропечи, подвергают механической обработке и промывают от смазочно-охлаждающей жидкости), затем помещают на этажерку в вакуумную электропечь и при температуре (760÷780)°C и регулируемом вакууме 10-1÷10-3 мм рт.ст. (0,1÷15 Па) проводят операцию альфирования в течение 1,5÷2 ч. После завершения процесса альфирования детали охлаждают сначала в вакууме вместе с печью, а затем на воздухе, и подвергают тщательному визуальному осмотру и измерению геометрических параметров.

После каждого остывания печи, перед разгрузкой обрабатываемых деталей, в рабочее пространство электропечи напускается воздух с помощью системы насосов и вентилей, предусмотренных конструкцией печи. Напущенный в пространство печи воздух окружающей среды для создания рабочего вакуума содержит кислород, которого достаточно для получения альфированного слоя на поверхности деталей, глубиной 0,007÷0,020 мм, что, в свою очередь, не требует установки дополнительного оборудования для создания рабочей среды в печи.

С помощью графиков можно сравнить два способа режима альфирования и выделить преимущества предлагаемого режима и недостатки прототипа.

1. Продолжительность предлагаемого режима в два раза меньше режима прототипа.

2. Микротвердость альфированного слоя выше микротвердости, получаемой по режиму прототипа.

В результате альфирования достигается практически бездеформационная термическая обработка, а на поверхности детали образуется диффузионный слой, глубиной 0,007÷0,020 мм, поверхность деталей приобретает фактическую твердость от 600 до 900 HV по Виккерсу.

Достигаемый технический результат заключается в повышении поверхностной твердости диффузионного слоя при сохранении экологической чистоты процесса (без использования защиты от окисления деталей методом их упаковывания в песок или графит), в частности качества химико-термической обработки, уровня эксплуатационных свойств наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей космических аппаратов (КА). Предусматривается снижение эксплуатационных сложностей и расширение технических возможностей способа. Предусматривается также снижение энергоемкости, стоимости и трудоемкости обработки.

Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов, включающий предварительную подготовку изделий путем их отжига и механической обработки и альфирование изделий, отличающийся тем, что альфирование осуществляют в электропечи при температуре 760÷780°C в вакууме 10-1÷10-3 мм рт.ст. в течение 1,5÷2 ч, далее изделия охлаждают сначала в вакууме вместе с печью, а затем на атмосферном воздухе с получением альфированного слоя 0,007-0,02 мм и твердостью 600-900 HV.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к механико-термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроительной, авиационной и других областях промышленности, а также в медицинской технике.

Изобретение относится к титановому материалу для сепаратора твердополимерного топливного элемента, обладающего низким контактным сопротивлением, который может быть использован для автомобилей и маломерных электрогенерирующих систем.

Изобретение относится к очистке металлических поверхностей от жировых загрязнений и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности при подготовке поверхности металла перед нанесением лакокрасочных материалов.

Изобретение относится к технологии получения нанокристаллических пленок рутила и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов, а также при получении защитных и других функциональных покрытий.
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных деталей и может применяться для защиты шпилек газозапорной арматуры от коррозии.

Изобретение относится к оборудованию для пассивации металлических поверхностей, а именно к устройствам для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам на основе титана, стойким к изменению цвета в течение длительного времени. .

Изобретение относится к области металлургии применительно к изделиям космической техники, в частности, к термической обработке деталей из прецизионных и титановых сплавов, магнитомягких сталей, входящих в конструкцию электрических реактивных двигателей (ЭРД), и может найти применение в приборостроении и электронике.

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при изготовлении деталей машин из вентильных сплавов, а также из сталей с алюминиевым покрытием, к поверхностям которых предъявляются требования по износостойкости, диэлектрической прочности, теплостойкости и коррозионной стойкости.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100.

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано при изготовления осесимметричных деталей типа дисков из труднодеформируемых жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения интенсивной пластической деформации (ИПД) заготовки. Способ включает осадку и последующее кручение заготовки с обеспечением деформации сдвига.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым материалам с высокой прочностью и обрабатываемостью. Титановый материал содержит железо 0,60 мас.% или менее и кислород 0,15 мас.% или менее, титан и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к трубному производству, а именно к холодной прокатке труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана. Способ изготовления холоднодеформированных труб из α- и псевдо-α-сплавов на основе титана включает выплавку слитка, ковку слитка в β- и α+β-области с окончанием ковки в α+β-области в промежуточную заготовку с уковом от 2 до 3, прошивку осуществляют при температуре на 30-50°C выше Тпп, многоконусными валками и оправкой с заданной геометрией с подачей воды в зону деформации, раскатку заготовки производят при температуре на 10-90°C ниже Тпп, правку трубной заготовки - при температуре 350-400°C, холодную прокатку производят с коэффициентом вытяжки 1,5-4,5 за несколько этапов, чередуя с проведением промежуточных отжигов при температуре, равной 600-750°C, и последующую термообработку на готовом размере при температуре 580÷650°C.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения нанодвойникованного технически чистого титанового материала. Способ получения нанодвойникованного технически чистого титанового материала включает литье технически чистого титанового материала, содержащего не более чем 0,05 мас.% N, не более чем 0,08 мас.% С, не более чем 0,015 мас.% Н, не более чем 0,50 мас.% Fe, не более чем 0,40 мас.% О и не более чем 0,40 мас.% остальных, доводят литой материал до температуры на уровне или ниже 0°С и проводят пластическую деформацию при этой температуре в такой степени, что в материале образуются нанодвойники.

Изобретение относится к производству удлиненных изделий из титана, или титанового сплава, или заготовок таких изделий. Для повышения качества изделий и упрощения их производства заявлен способ, который заключается в подготовке массы титана или титанового сплава (10), плавке этой массы посредством электрической дуги и способом гарнисажной плавки (20), литье одного или нескольких слитков преимущественно цилиндрической формы и диаметра менее 300 мм из расплавленной массы (30), а затем волочении одного или нескольких из этих слитков при температуре 800°С-1200°С посредством волочильного стана (40) для применения, например, в области авиации.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам правки высокопрочных титановых сплавов. Способ правки подвергнутой дисперсионному твердению металлической заготовки, выбранной из сплавов на основе титана, на основе никеля, на основе алюминия или на основе железа, включает нагрев до температуры правки от 0,3·Tm до температуры на 25°F ниже температуры старения сплава, растяжение с приложением растягивающего напряжения по меньшей мере 20% от предела текучести и не равно или не больше, чем предел текучести сплава.

Группа изобретений относится к технике производства тонких прутков и проволоки, обладающих эффектом «памяти» формы и сверхупругостью из сплавов системы никель-титан с эффектом «памяти» формы, используемых в авиации, радиоэлектронике, медицине, космической технике, машиностроении и других областях техники.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления тонких листов из двухфазного титанового сплава с микрокристаллической структурой, которая, в частности, пригодна для сверхпластической деформации при нагреве. Способ включает подготовку шихты, выплавку слитка, деформацию слитка в сляб в три стадии, механическую обработку сляба, прокатку сляба на подкат, резку подката на заготовки, прокатку заготовок на листы, термическую обработку и формовку. Выплавляют слиток титанового сплава, содержащий, мас.%: 3,5-6,5 Al, 4,0-5,5 V, 0,05-1,0 Mo, 0,5-1,5 Fe, 0,10-0,2 O, 0,01-0,03 C, 0,005-0,07 Cr, 0,01-0,5 Zr, 0,001-0,02 N, остальное - титан, с величинами прочностных алюминиевого [ A l ] э к в п р = 6 , 0 − 1 1 , 5 5 и молибденового [ M o ] э к в п р = 3 , 5 − 5 , 6 эквивалентов. Получают высокопрочный листовой прокат толщиной <3 мм с высокими пластическими свойствами при комнатной температуре и пригодный для СПД при нагреве. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Наверх