Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана вт1-0

Авторы патента:

Романов Денис Анатольевич (RU)

Коновалов Сергей Валерьевич (RU)

Комиссарова Ирина Алексеевна (RU)

Иванов Юрий Фёдорович (RU)

Громов Виктор Евгеньевич (RU)

C23C26/00 - Способы покрытия, не предусмотренные в группах C23C 2/00-C23C 24/00

C21D9/22 - сверл, фрез, резцов для металлорежущих станков

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 2616740:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения. Способ включает импульсно-периодическое воздействие на поверхность технического титана ВТ1-0 сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см², длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Известен способ [1] нанесения покрытий на основе карбида титана на титановые сплавы, включающий приготовление смеси сплава титана и структурно-свободного углерода в форме графита с последующим высокотемпературным реагированием, смесь сплава титана и графита готовят в едином технологическом процессе путем электрического взрыва углеграфитовых волокон, формирования из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, содержащей частицы углеграфитовых волокон, оплавления ею упрочняемой поверхности титанового сплава в режиме, когда поглощаемая плотность мощности составляет 4,5…6,5 ГВт/м², внесения в расплав частиц углеграфитовых волокон и последующей самозакалки расплава при теплоотводе в объем основы, а высокотемпературное реагирование компонентов смеси осуществляют путем импульсно-периодического воздействия на упрочняемую поверхность после электровзрывного науглероживания сильноточным электронным пучком в режиме, когда поглощаемая поверхностью плотность энергии составляет 40…60 Дж/см², длительность импульсов - 150…200 мкс, количество импульсов - 10…30.

Недостатком способа является его многостадийный характер, что ограничивает его производительность, ограниченная площадь воздействия электровзрывной обработки, а также невозможность формирования на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой.

Наиболее близким к заявляемому является способ [2] электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия, преимущественно из твердого сплава на основе карбида титана с никельхромовой связкой, включающий облучение рабочей поверхности инструмента или изделия импульсным сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ при длительности импульсов облучения 150-200 мкс и количеством импульсов 10…30, отличающийся тем, что упомянутое облучение проводят в азотсодержащей плазме газового разряда при давлении азота 0,02…0,03 Па с плотностью энергии в электронном пучке, составляющей 50…70 Дж/см².

Недостатком способа является его многостадийный характер, что ограничивает его производительность, а также невозможность формирования на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой.

Задачей заявляемого изобретения является получение на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, обладающих высоким значением многоциклового усталостного разрушения.

Поставленная задача реализуется способом электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0. Способ включает облучение поверхности изделия импульсным сильноточным электронным пучком с получением поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой путем импульсно-периодического воздействия сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см², длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3.

Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании на техническом титане ВТ1-0 поверхностного слоя с градиентной многофазной структурой, что делает возможным осуществление локального упрочнения поверхности деталей из технического титана ВТ1-0 в местах их наибольшего разрушения в условиях эксплуатации.

Способ поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена зависимость циклов до разрушения от поглощаемой плотности энергии для технического титана ВТ1-0. В таблице приведены данные испытаний технического титана ВТ1-0 на многоцикловую усталость по [3] при комнатной температуре. Для испытаний изготавливали образцы III типа [3].

Импульсно-периодическое воздействие на поверхность технического титана ВТ1-0 сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см², длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3 приводит к формированию поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой. Толщина поверхностного слоя достигает 5…10 мкм. Указанный режим является оптимальным, поскольку при энергии электронов ниже 10 кэВ в среде аргона при остаточном давлении ниже 0,02, поглощаемой плотности энергии ниже 10 Дж/см², длительности импульсов ниже 100 мкс и количестве импульсов менее 1 не происходит формирование поверхностных слоев на техническом титане ВТ1-0 с градиентной многофазной структурой. При энергии электронов выше 30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении выше 0,03, поглощаемой плотности энергии выше 30 Дж/см², длительности импульсов выше 120 мкс и количестве импульсов более 3 происходит формирование рельефа поверхности и интенсивное испарение технического титана ВТ1-0.

Примеры конкретного осуществления способа.

Пример 1

Электронно-пучковой обработке подвергали лицевую поверхность образца технического титана ВТ1-0 для испытаний в условиях многоцикловой усталости площадью 1,3 см². Поверхностный слой с градиентной многофазной структурой формировали путем импульсно-периодического воздействия на поверхность титана сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02 Па, поглощаемой плотности энергии 10 Дж/см², длительности импульсов 100 мкс и количестве импульсов 1.

Получили поверхностный слой с градиентной многофазной структурой. Усталостная долговечность образца увеличилась в 1,42 раза.

Пример 2

Электронно-пучковой обработке подвергали лицевую поверхность образца технического титана ВТ1-0 для испытаний в условиях усталостного нагружения площадью 1,3 см². Поверхностный слой с градиентной многофазной структурой формировали путем импульсно-периодического воздействия на поверхность титана сильноточным электронным пучком с энергией электронов 20 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,025 Па, поглощаемой плотности энергии 20 Дж/см², длительности импульсов 125 мкс и количестве импульсов 2.

Получили поверхностный слой с градиентной многофазной структурой. Усталостная долговечность образца увеличилась в 1,31 раза.

Пример 3

Электронно-пучковой обработке подвергали лицевую поверхность образца технического титана ВТ1-0 для испытаний в условиях усталостного нагружения площадью 1,3 см². Поверхностный слой с градиентной многофазной структурой формировали путем импульсно-периодического воздействия на поверхность титана сильноточным электронным пучком с энергией электронов 30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 30 Дж/см², длительности импульсов 150 мкс и количестве импульсов 3.

Получили поверхностный слой с градиентной многофазной структурой. Усталостная долговечность образца увеличилась в 1,19 раза.

Источники информации

1. Патент РФ №2470090 на изобретение «Способ нанесения покрытий на основе карбида титана на титановые сплавы» / Романов Д.А., Бащенко Л.П., Будовских Е.А. и др.; заявл. 07.04.2011; опубл. 20.12.2012, Бюл. №35. 7 с.

2. Патент РФ №2457261 на изобретение «Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия» / Овчаренко В.Е., Иванов Ю.Ф., Моховиков А.А. и др.; заявл. 14.06.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. №21. 9 с.

3. ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.

Способ электронно-лучевой обработки изделия из технического титана ВТ1-0, включающий облучение поверхности изделия импульсным сильноточным электронным пучком с получением поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой путем импульсно-периодического воздействия сильноточным электронным пучком с энергией электронов 10…30 кэВ в среде аргона при остаточном давлении 0,02…0,03 Па, поглощаемой плотности энергии 10…30 Дж/см², длительности импульсов 100…150 мкс и количестве импульсов 1…3.

Изобретение относится к способу ввода пучка электронов в среду с повышенным давлением, при котором подачу газа осуществляют через систему напуска в сопловой блок, состоящий из двух кольцевых сопел (внутреннего и внешнего, по оси внутреннего кольцевого сопла имеется отверстие для прохождения пучка электронов), при расширении из которого в среду с повышенным давлением в приосевой области течения формируется «зона спокойствия», параметры которой зависят только от параметров, определяющих работу внутреннего кольцевого сопла (в частности, его геометрии и расхода газа), являющаяся частью транспортного канала для ввода пучка электронов из объема электронной пушки в среду с повышенным давлением.

Способ восстановления поверхностей трения // 2609574

Изобретение относится к триботехнике и может быть использовано при безразборном восстановительном ремонте, профилактике и предотвращении износа рабочих поверхностей деталей машин, подверженных износу, таких как поршневые узлы, подшипниковые пары трения, шестеренные передачи.

Способ изготовления горячедеформированных изделий // 2602212

Изобретение относится к металлургическому производству, а именно к способу изготовления горячедеформированных изделий и может быть использовано при обработке наружной поверхности заготовки перед различными видами деформирования.

Раствор для создания диффундированного металлокерамического слоя // 2601838

Изобретение относится к машиностроению, в частности к металлическим изделиям. Раствор для получения диффундированного металлокерамического поверхностного слоя металлического изделия содержит активные минеральные вещества, растворители, наполнители и красители, и дистиллированную воду, при следующем соотношении компонентов: растворители - 1 часть, активные вещества от 0,05 до 0,5 частей, наполнители и красители от 0,5 частей до 3 частей, дистиллированная вода от 0,1 части до 1 части, при этом в качестве активных минеральных веществ используют следующие компоненты с размером частиц от 0.5 мкм до 50 мкм, мас.%: силикаты природные - 10-80, бораты - 1-40, хлориты - 1-10, углеродосодержащие минералы - 1-25, остаточные примеси минералов - 5-30%.

Способ восстановления поверхностей трения трибосистем // 2597849

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к ремонту транспортных средств, машин и механизмов. В способе осуществляют приготовление восстановительного состава добавок, содержащего, мас.%: минеральные вещества в виде каолина не более 55, катализаторы не более 43 и фуллерены не более 2, подают упомянутый восстановительный состав в зону трения в один этап и осуществляют приработку трибосистемы.

Металлический лист с предварительным покрытием для применения в автомобилях, имеющий превосходную пригодность к контактной сварке, коррозионную стойкость и формуемость // 2592895

Изобретение относится к металлическому листу с предварительным покрытием для применения в автомобилях, который имеет превосходную пригодность в контактной сварке, коррозионную стойкость и формуемость.

Способ получения декоративных покрытий на изделиях из древесины // 2591911

Изобретение относится к получению декоративного покрытия на изделиях из древесины. Поверхность древесины предварительно покрывают первым внутренним слоем из эпоксидной смолы и вторым внутренним слоем из эпоксидной смолы и порошка стекла в соотношении 1:1.

Способ нанесения коррозионно-стойкого углеродного покрытия на поверхности стали // 2591826

Изобретение относится к области нанесения защитных покрытий на металлические поверхности методом высокоэнергетического воздействия на поверхность обрабатываемого металла и может быть использовано для обработки металлических поверхностей, в частности нелегированных сталей.

Способ нанесения окисно-металлических покрытий на поверхность нелегированной стали // 2588962

Изобретение относится к материаловедению, а именно к лазерной обработке поверхности металлов для снижения скорости коррозии и повышения коррозионной стойкости поверхности нелегированной стали.

Способ химической защиты токопроводящих металлоконструкций электрофильтров для мокрой очистки газа от сернокислотного тумана // 2585150

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при утилизации газов цинкового производства в серную кислоту. Способ включает подготовку поверхности металлоконструкции электрофильтра и нанесение на нее защитного стеклопластикового покрытия на основе связующего материала в виде смолы Derakane Momentum 411-350 путем последовательного нанесения слоев упомянутой смолы и стекловуали, которые повторяют до создания защитного покрытия толщиной 5 мм, на которое затем наносят слой смолы и накладывают свинцовую шину шириной 20 мм и толщиной 4 мм, которую закрепляют нанесением по ее бокам дополнительного слоя упомянутой смолы и стекловуали.

Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей // 2599950

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.

Способ импульсного электронно-ионно-плазменного упрочнения твердосплавного инструмента или изделия // 2584366

Изобретение относится к области упрочняющей обработки изделий из твердых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа.

Способ повышения стойкости металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали // 2580767

Изобретение относится к области обработки черных металлов, а более конкретно к обработке металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали. Для повышения стойкости инструмента рабочую часть стандартно термоупрочненного инструмента из быстрорежущей стали подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре в течение 10-20 мин.

Способ упрочнения разделительного штампа // 2566224

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки инструмента. Способ упрочнения разделительного штампа включает лазерную закалку боковых рабочих поверхностей путем оплавления припусков за один проход при перемещении луча лазера по стыку припусков и последующий лазерный отпуск.

Способ термической обработки режущего инструмента из быстрорежущей стали // 2563382

Изобретение относится к области металлургии и главным образом к способам термообработки быстрорежущей стали для упрочнения режущего инструмента, и который изготовлен преимущественно из прокованной или порошковой быстрорежущей стали.

Способ аэродинамического упрочнения изделий // 2557175

Изобретение относится к технологии объемного упрочнения и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности, где используется режущий инструмент, технологическая оснастка и др.

Способ термической обработки инструмента из быстрорежущей стали в соляных ваннах // 2549796

Изобретение относится к области термической обработки и может найти применение в машиностроении. Для повышения качества поверхности деталей благодаря повышению эффективности действия титана по раскислению расплава, особенно качества поверхности острых кромок инструмента с сохранением их высокой твердости, осуществляют погружение инструмента в расплав соли, нагревают его до температуры термообработки и затем охлаждают, при этом расплав соли в ванне раскисляют титаном.

Способ термического улучшения инструмента // 2547978

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для термической обработки инструмента из кобальтсодержащей быстрорежущей стали. Для повышения эксплуатационной стойкости инструмента осуществляют закалку путем нагрева инструмента до температуры 1190-1220°C с последующим охлаждением водой и отпуск за 5-7 циклов путем нагрева до температуры 500-520°C при длительности выдержки при температуре нагрева в каждом цикле 1-3 ч.

Способ термомеханической обработки низколегированной стали // 2544730

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к области термомеханической обработки низколегированных сталей, и может быть использовано для изготовления ответственных элементов конструкций, крепежных изделий различного назначения.

Способ термической обработки режущего инструмента из быстрорежущих сталей // 2543027

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термической обработки режущего инструмента, например протяжек небольшого диаметра, метчиков и других мелких инструментов.

Устройство для создания термопластических концентрированных напряжений в полосовых пилах // 2614863

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности Для повышения устойчивости полосовых пил в процессе пиления устройство содержит однофазные индукторы переменного тока, включающие магнитопровод, индуцирующий провод, токоподводящие шины, ось, корпус устройства; источник питания, при этом однофазные индукторы расположены по ширине пильного полотна в зонах создания теплового следа, имеют возможность поворота вокруг оси, закрепленной в корпусе.