Способ получения упрочненного слоя на резьбовой поверхности детали из легированных сталей


 


Владельцы патента RU 2557183:

Мингажев Аскар Джамилевич (RU)
Бондарев Сергей Георгиевич (RU)
Оленин Артем Владимирович (RU)
Дыбленко Юрий Михайлович (RU)
Смыслов Анатолий Михайлович (RU)
Дыбленко Михаил Юрьевич (RU)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защитно-упрочняющей обработки деталей с резьбовыми поверхностями, применяемых, например, в ролико-винтовых и шарико-винтовых передачах. Способ включает формирование геометрии резьбы резьбообразующим инструментом, ее обработку электролитно-плазменным методом, при котором погружают деталь в электролит - 3-8% водный раствор сульфата аммония, формируют парогазовую оболочку и зажигают электрический разряд между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала, при этом обеспечивают режим электролитно-плазменного полирования резьбовой поверхности при напряжении 260-310 В, температуре электролита 70-85°C, плотности тока 0,20-0,55 А/см2, а после электролитно-плазменной обработки резьбовой поверхности детали помещают в вакуумную камеру установки для ионно-имплантационной обработки, проводят ионную очистку ионами аргона при энергии от 6 до 8 кэВ, плотности тока от 100 до 120 мкА/см2 в течение от 0,2 до 0,8 ч и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами иттербия или азота при энергии от 20 до 35 кэВ. Технический результат: повышение износостойкости и антифрикционных свойств резьбовых поверхностей. 11 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защитно-упрочняющей обработки деталей с резьбовыми поверхностями, применяемых, например, в ролико-винтовых и шарико-винтовых передачах.

Известен способ получения упрочненного слоя на резьбовой поверхности детали из металлов или сплавов лазерным излучением [патент РФ №2047661, МПК C21D 1/09. СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВОГО ИЗДЕЛИЯ], включающий поверхностную лазерную закалку впадины зубьев. Лазерной закалке подвергают также поверхность выступов зубьев в режиме оплавления. Недостатком известного способа является необходимость использования высокоточного дорогостоящего оборудования и относительно низкая производительность процесса обработки резьбовых поверхностей. При этом с уменьшением размеров резьбовых поверхностей требования к точности обработки таких деталей, как детали ролико-винтовых пар увеличивается. Кроме того, возникают сложности проникновения лазерного луча на внутреннюю поверхность деталей малого диаметра и значительной протяженности. Поэтому этот способ имеет ограниченное применение и может быть реализован только для обработки наружных цилиндрических поверхностей.

Известен также способ получения упрочненного слоя на внутренней резьбовой поверхности детали, включающий пластическое деформирование металла метчиком с раздвижными деформируемыми элементами [патент РФ 2241579, МПК B23G 5/06, В23Р 15/52, В24В 39/00, В21Н 3/08. Способ статико-импульсного формообразования и упрочнения внутренних резьб и профилей // Ю.С. Степанов, А.В. Киричек и др. - Опубл. БИ 12, 10.12.2004] В известном способе производят упрочнение статико-импульсной обработкой резьбы прилагая к ней периодическую динамическую нагрузку. Однако детали, обработанные известным способом, характеризуются наличием микротрещин в поверхностном слое материала, снижающих прочность и износостойкость резьбы. Кроме того, сложность используемого инструмента и технологии упрочнения приводят к возрастанию стоимости обработки детали.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения упрочненного слоя на резьбовой поверхности детали из легированных сталей [Заявка РФ №2011125810, МПК B23G 1/00. Способ изготовления резьбы на детали. Дата публикации заявки: 27.12.2012, Бюл. №36], включающий формирование геометрии резьбы резьбообразующим инструментом, ее обработку воздействием электрического тока. При этом упрочнение производят термомеханическим воздействием за счет прохождения через зону контакта инструмента и детали электрического тока. Термомеханическое воздействие производят двумя электропроводными инструментами, один из которых, инструмент-пластина, изготовленная из твердого сплава, выполненная невращающейся относительно детали, устанавливается во впадину между витками и производит отделочно-упрочняющую обработку основания и прилегающих к нему боковых поверхностей, ниже среднего диаметра резьбы, а второй, инструмент-ролик, изготовлен из бронзы, выполнен вращающимся, устанавливается между двумя соседними боковыми витками и производит поверхностную закалку оставшейся части боковых поверхностей, причем подвод электрического тока на инструменты выполнен таким образом, что площадь контакта инструмента-пластины и инструмента-ролика равны между собой.

Недостатками известного способа являются сложность конструкции механизма перемещения упрочняющего инструмента, невысокая производительность, поскольку необходимо каждую деталь обрабатывать индивидуально, и низкая износостойкость резьбовой поверхности, обеспечиваемая использованием только процесса закалки. Поэтому использование упрочненных по известному способу [Заявка РФ №2011125810. МПК B23G 1/00. Способ изготовления резьбы на детали. Дата публикации заявки: 27.12.2012, Бюл. №36], деталей для таких устройств, как ролико-винтовые передачи, не позволяет получить высокие эксплуатационные свойства, такие как износостойкость, антиадгезионные свойства и низкий коэффициент трения.

Задачей настоящего изобретения является создание такого поверхностного слоя материала детали, который позволил бы обеспечить повышенные эксплуатационные характеристики резьбовых поверхностей ответственных деталей из легированных сталей (износостойкости и антифрикционных свойств).

Техническим результатом заявляемого способа является повышение эксплуатационных характеристик (износостойкости и антифрикционных свойств) резьбовых поверхностей ответственных деталей из легированных сталей за счет применения электролитно-плазменной и ионно-имплантационной обработки поверхности деталей.

Технический результат достигается тем, что в способе получения упрочненного слоя на резьбовой поверхности детали из легированных сталей, включающем формирование геометрии резьбы резьбообразующим инструментом, ее обработку воздействием электрического тока, в отличие от прототипа, обработку воздействием электрического тока проводят электролитно-плазменным методом: погружают деталь в электролит, используя в качестве электролита 3-8% водный раствор сульфата аммония, формируют вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовую оболочку и зажигают электрический разряд между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала, при этом обеспечивают режим электролитно-плазменного полирования резьбовой поверхности: напряжение 260-310 В, температура электролита 70-85°C, ток 0,20-0,55 А/см2, а после электролитно-плазменной обработки резьбовой поверхности, детали помещают в вакуумную камеру установки для ионно-имплантационной обработки, проводят ионную очистку ионами аргона при энергии от 6 до 8 кэВ, плотности тока от 100 до 120 мкА/см2 в течение от 0,2 до 0,8 ч и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами иттербия или азота при энергии от 20 до 35 кэВ.

Кроме того, возможно использование следующих дополнительных технологических приемов: создание требуемого вакуума производится турбомолекулярным насосом; создают вакуум от 10-5 до 10-7 мм рт. ст.; ионную имплантацию проводят или в импульсном, или в непрерывном режиме; после ионно-имплантационной обработки проводят постимплантационный отжиг; в качестве деталей из легированных сталей используют детали ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.

Для оценки эксплуатационных свойств деталей из легированных сталей с резьбовыми поверхностями были проведены следующие испытания. Образцы из легированных сталей ШХ-15, 12Х2Н4А и 40ХН2МА были подвергнуты электролитно-плазменной обработке с последующей ионно-имплантационной обработкой по предлагаемому способу и обработанные согласно способу-прототипу [Заявка РФ №2011125810, МПК B23G 1/00.Способ изготовления резьбы на детали. Дата публикации заявки 27.12.2012, Бюл. №36].

Обработка электролитно-плазменным методом

Деталь погружали в электролит и производили ЭПО, используя в качестве электролита 3-8% водный раствор сульфат аммония (по следующим вариантам: 2% - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 3% - удовлетворительный результат (У.Р.); 4% - (У.Р.); 5% - (У.Р.); 6% - (У.Р.); 7% - (У.Р.); 8% - (У.Р.); 9% - (Н.Р.)), обеспечивая режим электролитно-плазменного полирования (ЭПП) резьбовой поверхности: напряжение 260-310 В (250 В - (Н.Р.); (260 В-(У.Р.); (280 В - (У.Р.); (300 В - (У.Р.); 310 В - (У.Р.); 320 В - (Н.Р.)), температура электролита 70-85°C (60°C - (Н.Р.); 70°C - (У.Р.); 75°C - (У.Р.); 85°C -(У.Р.); 95°C -(Н.Р.)), ток 0,20-0,55 А/см2 - 0,12 А/см2 (Н.Р.); 0,20 А/см2 (У.Р.); 0,33 А/см2 (У.Р.); 0,42 А/см2 (У.Р.); 0,55 А/см2 (У.Р.); 0,63 А/см2 (Н.Р.)).

При ЭПП формировали вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовую оболочку, зажигали электрический разряд между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала (как положительного - анодная, так и отрицательного - катодная обработка).

После электролитно-плазменной обработки резьбовой поверхности, детали помещали в вакуумную камеру установки для ионно-имплантационной обработки, проводили ионную очистку ионами аргона при энергии от 6 до 8 кэВ (4,7 кэВ - (Н.Р.); 6 кэВ - (У.Р.); 7 кэВ - (У.Р.); 8 кэВ - (У.Р.); 9,3 кэВ - (Н.Р.)), плотности тока от 100 мкА/см2 до 120 мкА/см2 (90 мкА/см2 - (Н.Р.); 100 мкА/см2 - (У.Р.); 110 мкА/см2 - (У.Р.); 120 мкА/см2 - (У.Р.); 130 мкА/см2 - (Н.Р.)) в течение от 0,2 до 0,8 ч (0,1 ч - (Н.Р.); 0,2 ч - (У.Р.); 0,4 ч - (У.Р.); 0,6 ч - (У.Р.); 0,8 ч - (У.Р.); 1,0 ч - (Н.Р.)) и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами иттербия при энергии от 20 до 35 кэВ (15 кэВ - (Н.Р.); 20 кэВ - (У.Р.); 25 кэВ - (У.Р.); 30 кэВ - (У.Р.); 35 кэВ - (У.Р.); 40 кэВ - (Н.Р.)) или ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота при энергии от 20 до 35 кэВ (15 кэВ - (Н.Р.); 20 кэВ - (У.Р.); 25 кэВ - (У.Р.); 30 кэВ - (У.Р.); 35 кэВ - (У.Р.); 40 кэВ - (Н.Р.)).

Создание требуемого вакуума производилось турбомолекулярным насосом; создавали вакуум от 10-5 до 10-7 мм рт. ст.

После обработки часть деталей подвергали постимплантационному отжигу в одном вакуумном объеме установки за один технологический цикл.

Ионную имплантацию проводили как в импульсном, так и непрерывном режимах. В качестве деталей из легированных сталей используют детали ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.

На обрабатываемую поверхность части деталей наносили следующие слои:

- слой из механической смеси нанопорошка оксида кремния 30%-50% (25% - (Н.Р.); 30% - (У.Р.); 40% - (У.Р.); 50% - (У.Р.); 60% - (Н.Р.)) с кремнийорганической жидкостью (остальное); слой из механической смеси нанопорошка оксида кремния 30%-50% (25% - (Н.Р.); 30% - (У.Р.); 40% - (У.Р.); 50% - (У.Р.); 60% - (Н.Р.)) в смеси минеральных или нефтяных масел с добавками кальциевого мыла нафтеновых кислот и кислот окисленного петролатума; слой нанокомпозитного состава, содержащего оксид кремния SiO2, растворенный в литоле. Затем слои облучают электромагнитным полем 2÷6 МГц (1 МГц - (Н.Р.); 2 МГц - (У.Р.); 4 МГц - (У.Р.); 6 МГц - (У.Р.); 8 МГц - (Н.Р.)) в течение от 10 до 20 с (5 с - (Н.Р.); 10 с - (У.Р.); 20 с - (У.Р.); 30 с - (Н.Р.)), нагревая поверхность обрабатываемой детали до температуры от 680 до 860°C (660°C - (Н.Р.); 680°C - (У.Р.); 740°C - (У.Р.); 800°C - (У.Р.); 860°C - (У.Р.); 880°C - (Н.Р.)) и проводили электромеханическую имплантацию поверхностного слоя положительными ионами тяжелых металлов (кобальт, медь, молибден, никель, олово, свинец), пропуская постоянный электрический ток через контакт «деталь - имплантируемый упрочняющий металл». На поверхности обрабатываемой детали создавали поверхностный слой толщиной 0,1-1,0 мкм (0,05 мкм-(Н.Р.); 0,1 мкм - (У.Р.); 0,3 мкм - (У.Р.); 0,7 мкм - (У.Р.); 1,0 мкм - (У.Р.); 1,2 мкм - (Н.Р.)) путем электромеханической имплантации одного из следующих сплавов: баббита, бронзы, латуни или меди при силе тока от 4-12 А (3 А - (Н.Р.); 4 А - (У.Р.); 6 А - (У.Р.); 8 А - (У.Р.); 12 А - (У.Р.); 14 А - (Н.Р.);), при времени пропускания тока t=30-60 с (20 с - (Н.Р.); 30 с - (У.Р.); 40 с - (У.Р.); 60 с - (У.Р.); 80 с - (Н.Р.)).

Трибологические испытания образцов показали, что износостойкость резьбовых поверхностей по сравнению с образцами, обработанными по способу-прототипу, повысилась в 12-16 раз при снижении коэффициента трения в 1,4-1,8 раза.

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе получения упрочненного слоя на резьбовой поверхности детали из легированных сталей, включающем следующие признаки: формирование геометрии резьбы резьбообразующим инструментом; обработку резьбы воздействием электрического тока; обработку воздействием электрического тока проводят электролитно-плазменным методом: погружают деталь в электролит, используя в качестве электролита 3-8% водный раствор сульфат аммония, формируют вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовую оболочку и зажигают электрический разряд между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала; обеспечивают режим электролитно-плазменного полирования резьбовой поверхности: напряжение 260-310 В, температура электролита 70-85°C, ток 0,20-0,55 А/см2; после электролитно-плазменной обработки резьбовой поверхности, детали помещают в вакуумную камеру установки для ионно-имплантационной обработки; проводят ионную очистку ионами аргона при энергии от 6 до 8 кэВ, плотности тока от 100 до 120 мкА/см2 в течение от 0,2 до 0,8 ч и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами иттербия или азота при энергии от 20 до 35 кэВ; при этом возможны следующие варианты способа: создание требуемого вакуума производится турбомолекулярным насосом; создают вакуум от 10-5 до 10-7 мм рт. ст.; ионную имплантацию проводят или в импульсном, или в непрерывном режиме; после ионно-имплантационной обработки проводят постимплантационный отжиг; в качестве деталей из легированных сталей используют детали ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи, позволяет повысить, по сравнению с прототипом, износостойкость и антифрикционные свойства, что подтверждает заявленный технический результат предлагаемого изобретения - повышение эксплуатационных характеристик (износостойкости и антифрикционных свойств) резьбовых поверхностей ответственных деталей из легированных сталей за счет обеспечения применения электролитно-плазменной и ионно-имплантационной обработки поверхности деталей.

1. Способ получения упрочненного слоя на резьбовой поверхности детали из легированных сталей, включающий формирование геометрии резьбы резьбообразующим инструментом, ее обработку воздействием электрического тока, отличающийся тем, что обработку воздействием электрического тока проводят электролитно-плазменным методом, причем погружают деталь в электролит, в качестве которого используют 3-8% водный раствор сульфата аммония, формируют вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовую оболочку и зажигают электрический разряд между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала, при этом обеспечивают режим электролитно-плазменного полирования резьбовой поверхности при напряжении 260-310 В, температуре электролита 70-85°C и токе 0,20-0,55 А/см2, а после электролитно-плазменной обработки резьбовой поверхности детали помещают в вакуумную камеру установки для ионно-имплантационной обработки, проводят ионную очистку ионами аргона при энергии от 6 до 8 кэВ, плотности тока от 100 до 120 мкА/см2 в течение от 0,2 до 0,8 ч и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами иттербия или азота при энергии от 20 до 35 кэВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание требуемого вакуума производят турбомолекулярным насосом.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что создают вакуум от 10-5 до 10-7 мм рт.ст.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ионную имплантацию проводят в импульсном режиме.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ионную имплантацию проводят в непрерывном режиме.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной обработки проводят постимплантационный отжиг.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной обработки проводят постимплантационный отжиг.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что после ионно-имплантационной обработки проводят постимплантационный отжиг.

9. Способ по любому из пп.1-3, 7-8, отличающийся тем, что в качестве деталей из легированных сталей используют детали ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве деталей из легированных сталей используют детали ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве деталей из легированных сталей используют детали ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.

12. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве деталей из легированных сталей используют детали ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии полирования изделий из малоуглеродистых сталей с повышенным содержанием хрома и может быть использовано в авиационном и энергетическом машиностроении, в частности для финишной обработки лопаток компрессора.
Изобретение относится к технологии электролитно-плазменного полирования поверхности деталей из легированных сталей. Способ включает полирование пера лопатки электролитно-плазменным методом, включающИм погружение детали в электролит, формирование вокруг обрабатываемой поверхности детали парогазовой оболочки и зажигание разряда между обрабатываемой деталью и электролитом путем подачи на обрабатываемую деталь электрического потенциала, причем полирование поверхности пера лопатки производят в два этапа: вначале к обрабатываемой лопатке прикладывают электрический потенциал величиной от 320 В до 350 В и проводят полирования до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости, а затем плавно уменьшают напряжение до величин от 270 В до 300 В и проводят окончательное полирование до достижения минимально возможной при данном напряжении величины шероховатости поверхности, причем в качестве электролита используют водный раствор соли сульфата аммония концентрацией от 6 до 12 г/л, а полирование ведут при температуре от 60 °C до 80 °C.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защитно-упрочняющей обработки и нанесения износостойких покрытий на резьбовые поверхности деталей, применяемых, например, в ролико-винтовых и шарико-винтовых передачах.

Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано в машиностроении, химической, металлургической и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к электрохимической обработке, преимущественно к электрополированию нержавеющих сталей, и может найти применение в различных областях техники в процессах электрополирования, используемых в качестве финишных операций обработки изделий, а также для подготовки поверхностей деталей перед нанесением гальванических покрытий.

Изобретение относится к электрохимической обработке высокоуглеродистых легирован ных сталей, а именно к составамрастворов для электрохимической обработки быстрорежущих сталей.

Изобретение относится к составам электролитов для электрохимического полирования преимущественно изделий из высокохромистых коррозионно-стойких сталей. .

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, а именно к полированию высоколегированных многокомпонентных марок сталей, например 44НХМТ, 36НХТЮ8М. .

Изобретение относится к плазменной химико-термической обработке, а именно к способу ионно-плазменного прецизионного азотирования металлических поверхностей, и может быть использовано в машиностроении, двигателестроении, металлургии и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методам образования защитных покрытий на деталях, подверженных высоким температурам и механическим нагрузкам.

Изобретение относится к способу и устройству обработки металлических деталей и может найти применение для композиционного микролегирования и упрочнения поверхности металлических деталей.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов, в частности к ионному азотированию, и может быть использовано в машиностроении, автостроении и арматуростроении.

Изобретение относится к вакуумной обработке поверхностей заготовок. Способ нанесения покрытия на металлические заготовки осуществляют в установке вакуумирования, содержащей выполненный в виде мишени первый электрод, который является частью источника испарения электрической дугой и через который подают дуговой разряд с током дугового разряда, посредством которого испаряют материал мишени, и второй электрод, который выполнен в виде держателя заготовок и вместе с заготовками образует электрод смещения, на который подают напряжение смещения.

Изобретение относится к области нанесения тонких пленок в вакууме и может быть использовано, например, в микроэлектронике. Устройство содержит вакуумную камеру и магнитную систему.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защитно-упрочняющей обработки и нанесения износостойких покрытий на резьбовые поверхности деталей, применяемых, например, в ролико-винтовых и шарико-винтовых передачах.

Изобретение относится к области ионно-лучевой вакуумной обработки материалов и может быть использовано в машиностроении для повышения эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов.

Изобретение относится к способу получения люминесцентного материала - конвертера вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния SiOX на кремниевой подложке, предназначенного для создания функциональных элементов фотонных приборов нового поколения, а также для контроля жесткого ультрафиолетового излучения в вакуумных технологических процессах.

Изобретение относится к способу нанесения наноалмазного материала комбинированной электромеханической обработкой и может быть использовано в машиностроительной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, а также режущего инструмента и штамповой оснастки. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали включает размещение детали в рабочей камере, активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры химико-термической обработки и выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя. Активирование поверхности детали перед химико-термической обработкой проводят с помощью ионно-имплантационной обработки поверхности детали при энергии ионов от 25 до 30 кэВ, дозе облучения от 1,6·1017 см-2 до 2·1017 см-2, скорости набора дозы облучения от 0,7·1015 с-1 до 1·1015 с-1 и при использовании в качестве имплантируемых ионов следующих элементов: С, N или их комбинации. В частных случаях осуществления изобретения химико-термическую обработку детали проводят ионно-плазменным методом. В качестве ионно-плазменного метода используют ионно-плазменное азотирование, или ионно-плазменную цементацию, или ионно-плазменную нитроцементацию. Обеспечивается повышение производительности и качества процесса химико-термической обработки, а также повышение износостойкости деталей после нее. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.
Наверх