Способ создания комбинированного металлокерамического диффузионного поверхностного слоя при производстве деталей и изделий, обладающих уникальными износными и эксплуатационными свойствами полученные методом термохимического синтеза
Изобретение относится к области термической обработки стальных деталей. Для обеспечения стойкости, надежности деталей и получения заданных механических свойств осуществляют изотермическую закалку деталей в закалочной среде на водной основе, содержащей частицы размолотых фракций солей минералов с одновременным образованием на поверхности стальной детали керамического диффузионного слоя путем адиабатного изменения кристаллической решетки и структуры стали за счет реакции замещения атомов железа атомами магния и упомянутыми частицами минералов, обладающих способностью диффундировать в поверхностный слой стальной детали. Используемый раствор не агрессивен и не представляет опасности для человека и окружающей среды. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке деталей и области нанесения упрочняющих покрытий.
Предлагаемое изобретение относится к способу создания комбинированного метода получения комплексных свойств изделием в результате двойного одновременного воздействия на объемную кристаллическую структуру детали и поверхностный слой вследствие термического и химического воздействия на металл термозакалочного синтезирующего раствора.
Известны способы создания металлокерамических покрытий методом замещения атомов Fe на атомы Mg, отраженные в патентах №, №2043393, 2127299, 2131451, 2179270, 2338776 и др.
В данных способах процесс замещения (серпентизации) осуществляется посредством трения между обрабатываемыми поверхностями или используется для внедрения в кристаллические узлы атомов магния с использованием эффекта хлоритов (при наложении давления на микрочастицы хлоритов происходят микровзрывы и полученная температура используется для внедрения атомов при замещении).
Однако многие указанные способы не обеспечивают надежного гарантированного прочносвязанного с металлом покрытия из-за нестабильности протекания реакции замещения, а также наличия значительных неоднородностей кристаллической структуры обрабатываемых деталей, невозможности проведения глубокой диффузии из-за отсутствия достаточного энергетического воздействия на структуру исходного материала, сложности процессов дозирования трибосмеси и их концентрации.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение максимально однородной структуры изделия и получение высоких физических характеристик по всему объему детали.
Для достижения технического результата проводят обработку стальных деталей. Способ обработки стальных деталей включает погружение деталей в закалочную среду, содержащую частицы размолотых фракций солей и минералов, изотермическую закалку с одновременным образованием на поверхности стальной детали керамического диффузионного слоя путем адиабатного изменения кристаллической решетки и структуры стали за счет реакции замещения атомов железа атомами магния и упомянутыми частицами минералов, обладающих способностью диффундировать в поверхностный слой стальной детали, при этом используют частицы, размеры которых составляют 0,001-0,009 мкм и создают диффузионный слой глубиной 1,5 мм.
Процесс изотермической закалки и адиабатного изменения структуры стальной детали осуществляют в термозакалочном растворе при воздействии высоких температур с образованием на поверхности деталей термического изоляционного слоя, посредством которого и протекает процесс изотермической закалки и адиабатного изменения структуры изоляционного объема, а также регулируется скорость охлаждения .
Температура использования ТЗР находится в пределах 750-1200°C;
- одновременно с процессом закалки и рекристаллизации протекает и процесс замещения атомов металлов, используя в качестве рабочей среды синтеза термозакалочного раствора, в состав которого вводятся триботехнические минеральные смеси, а также используется тепло процесса закалки для облегчения прохождения реакции замещения и улучшения качества металлокерамического слоя и глубины его внедрения, т.е. качества поверхностной кристаллической решетки, обладающей свойствами металлокерамики;
- образование термического изоляционного слоя на поверхности детали происходит равномерно по всей ее поверхности из-за полного погружения детали в раствор, что способствует равномерному распределению трибосмеси по всей поверхности детали, а также образованию диффузионного металлокерамического слоя;
- триботехнические смеси составляются в соответствии с химическим составом сталей или сплавов, необходимых для прохождения реакции замещения при синтезе из размолотых фракций химических солей минералов, осадочных пород, размеры используемых частиц составляют 0,001-0,009 мкм;
- после завершения процессов упрочнения изделия подвергают ультразвуковой или дробеструйной очистке.
Сущность изобретения заключается в создании способа получения изделий с необходимыми заданными свойствами, которые не присущи традиционному машиностроению и металлургии, который позволит реализовывать ранее невыполнимые конструкторские решения, а также позволит создавать материалы и изделия с комплектом новых свойств и возможностей, а именно:
- значительно повысить износостойкость металлов и сплавов;
- повысить твердость поверхности изделий;
- возможность получить разнопрочные зоны деталей;
- получить высокие коррозионные и прочностные свойства изделий;
- создать металлокерамический прокат для нужд судостроения, химической, нефтегазовой промышленности и др.;
- увеличить ресурс машин и механизмов, повысить их долговечность;
- нанести на металл огнеупорные и токонепроводящие слои увеличив срок службы железобетона;
- снизить коэффициент трения деталей до 0,007.
Данное изобретение не ограничивается только указанными выше возможностями применения, а имеет широкие перспективы развития.
Источники информации
1. Патент RU 2179270.
2. Патент RU 2043393.
3. Патент RU 2127299.
4. Патент RU 2131451.
1. Способ обработки стальных деталей, включающий погружение деталей в закалочную среду, содержащую частицы размолотых фракций солей минералов, изотермическую закалку с одновременным образованием на поверхности стальной детали керамического диффузионного слоя путем адиабатного изменения кристаллической решетки и структуры стали за счет реакции замещения атомов железа атомами магния и упомянутыми частицами минералов, обладающих способностью диффундировать в поверхностный слой стальной детали.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют частицы, размеры которых составляют 0,001-0,009 мкм.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что создают диффузионный слой глубиной 1,5 мм.
