Способ формирования защитного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес

Авторы патента:

C23C8/38 - обработка стальных поверхностей

C23C8/36 - с использованием ионизированных газов, например ионоазотирование (разрядные трубки с устройствами для ввода объектов или материалов, подлежащих воздействию разряда H01J 37/00)

C23C8/26 - стальных поверхностей

C21D1/78 - 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 2763467:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Компания Сивик" (RU)

Изобретение относится к области высокоточной обработки деталей из легированных сталей и формированию на них специальных защитных покрытий и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных сталей. Способ формирования защитного азотированного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес включает проведение объемной закалки и отпуска заготовки стального резьбового вала и ионно-плазменное азотирование поверхности стального резьбового вала. Упомянутую заготовку вала закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 35-40 HRC. Далее проводят чистовую окончательную высокоточную механическую обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки резьбового вала с получением готового стального резьбового вала и осуществляют его ионно-плазменное азотирование до получения толщины защитного азотированного покрытия в диапазоне 0,3-0,4 мм повышенной твердости в диапазоне 55-65 HRC. Обеспечивается повышение срока службы покрытия в условиях эрозии и коррозии.

Способ относится к области высокоточной обработки деталей из легированных сталей и формированию на них специальных защитных покрытий. Может быть использован в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из легированных сталей.

Одним из основных показателей качества балансировочных станков и их составляющих является их надежность. Наиболее распространенной причиной отказов составляющих балансировочных станков признана не поломка, а износ и повреждение рабочих поверхностей в процессе эксплуатации их деталей и рабочих органов. Как правило, все разрушения деталей начинаются с разрушения их поверхностей.

Применение упрочняющих и защитных покрытий существенно повышает качество продукции в машиностроении, обеспечивает надежную работу узлов и деталей в тяжелых условиях эксплуатации оборудования, позволяет снизить материальные и энергетические затраты на эксплуатацию машин, уменьшить расход дорогостоящих конструкционных материалов.

Известен способ изготовления деталей из конструкционных сталей [1], включающий черновую механическую обработку, стабилизирующий отпуск, окончательную механическую обработку и двухступенчатое газовое азотирование с выдержкой в атмосфере аммиака сначала при температуре 510-515°С, затем при 540-545°С и последующее охлаждение. Окончательную механическую обработку проводят путем двухкратной чистовой механической обработки с промежуточным и окончательным отпуском в селитровой ванне при температуре 520-540°С в течение 0,25-0,5 ч, а двухступенчатое газовое азотирование деталей проводят в постоянном магнитном поле напряженностью 100-150 Э в течение 1-2 ч с последующим охлаждением со скоростью 20-30°С/мин.

Такой способ позволяет повысить твердость и износостойкость обработанных поверхностей, а также несколько снизить деформацию деталей при обработке. Недостатком способа-аналога является то, что при обработке таким способом происходят деформации длинномерной детали, требующие последующей механической обработки - правки и хонингования, что значительно ухудшает качество азотированного слоя.

Известен способ азотирования в плазме тлеющего разряда [2], 20.01.2006), включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности и закалку, плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, силовые линии которого параллельны обрабатываемой поверхности, при этом электронное облако максимально локализовано у детали-катода.

Главным недостатком данного аналога является сложность его реализации и то, что с увеличением габаритов детали требуется увеличение размеров магнитной системы для получения достаточной индуктивности, что не всегда возможно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ азотирования деталей узлов трения скольжения с получением наноструктурированного приповерхностного слоя [3], включающий предварительную термообработку и последующее азотирование деталей, причем в нем согласно изобретению в качестве предварительной термообработки используют закалку при температуре 920-940°С, последующий высокий отпуск с нагревом до 600-650°С в течение 2-10 часов и удаление обезуглероженного слоя, затем проводят ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 500-570°С при напряжении на катоде 300-320 В, плотности тока 0,20-0,23 мА/см², при использовании в качестве газовой среды аммиака со степенью диссоциации от нуля до 80%, расходе аммиака до 20 дм³/ч, давлении в камере при катодном распылении 1,3-1,35 Па, при насыщении 5-8 ГПа, при этом азотирование проводят в режиме циклического изменения температуры и степени диссоциации аммиака, при этом в первой половине цикла температура составляет 570°С при максимальном азотном потенциале, а во второй половине цикла температуру снижают до 500°С, при этом азотный потенциал снижают за счет увеличения степени диссоциации аммиака до 40-80%, при этом число упомянутых циклов должно быть не менее 10.

Недостатком способа-прототипа являются невысокие функциональные возможности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей, обусловленных повышением прочностных характеристик поверхности, контактной долговечности и износостойкости стальных деталей.

Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования защитного азотированного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес, включающий проведение объемной закалки и отпуска заготовки стального резьбового вала и ионно-плазменное азотирование поверхности стального резьбового вала, согласно изобретению упомянутую заготовку вала закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 35-40 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки резьбового вала с получением готового стального резьбового вала и осуществляют его ионно-плазменное азотирование до получения толщины защитного азотирования покрытия в диапазоне 0,3-0,4 мм повышенной твердости в диапазоне 55-65 HRC.

Достигаемым техническим результатом является повышение срока службы покрытия в условиях эрозии и коррозии.

Предлагаемый способ работает следующим образом. Вначале на металлорежущих станках производится черновая (предварительная) обработка валов.

Далее для снятия внутренних напряжений проводится объемная закалка и отпуск заготовок вала. Для получения объемной твердости на всю глубину заготовки вала закаливают, получая объемную твердость у вала в диапазоне 35…40 HRc. На высокоточных станках с ЧПУ осуществляется чистовая, окончательная (высокоточная) механическая обработка закаленных заготовок валов.

Далее уже готовые точные детали резьбового вала подвергаются ионно-плазменному азотированию. Ионно-плазменное азотирование резьбового вала проводится до получения толщины защитного слоя в диапазоне 0,3…0,4 миллиметра повышенной твердости, в диапазоне 55…65 HRc.

Высокая объемная твердость резьбового вала и увеличенная толщина защитного слоя на резьбовом валу обеспечивает высокую жесткость витков резьбового соединения на вале при высоких нагрузках во время зажима автомобильного колеса на балансировочном устройстве.

Ионно-плазменное азотирование резьбового вала проводится при рабочей температуре в диапазоне 530…540 градусов по Цельсию. При этом, в результате азотирования создается нанокомпозитный поверхностный слой высокой твердости, без изменения геометрических размеров деталей.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 2250273, МПК⁷ С23С 8/26, опубл. 12.20.2002

2. Патент на изобретение РФ №2409700, кл. С23С 8/36, С23С 8/24, C21D 9/22, опубл. 20.01.2006

3. Патент на изобретение RU №2522872 МПК С23С 8/36, опубл. 20.07.2014

Способ формирования защитного азотированного покрытия на поверхности стального резьбового вала резьбового соединения устройства для балансировки автомобильных колес, включающий проведение объемной закалки и отпуска заготовки стального резьбового вала и ионно-плазменное азотирование поверхности стального резьбового вала, отличающийся тем, что упомянутую заготовку вала закаливают с получением объемной твердости в диапазоне 35-40 HRC, далее проводят чистовую окончательную высокоточную обработку подвергнутой закалке и отпуску заготовки резьбового вала с получением готового стального резьбового вала и осуществляют его ионно-плазменное азотирование до получения толщины защитного азотирования покрытия в диапазоне 0,3-0,4 мм повышенной твердости в диапазоне 55-65 HRC.

Изобретение относится к способу комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали. Способ включает создание ультрамелкодисперсной структуры посредством холодной осадки, закалку при температуре 900-1100°С, ионное азотирование стального изделия, при этом после закалки осуществляют криогенную обработку при -70°C с последующим ионно-плазменным азотированием при температуре 480-500°С.

Способ ионного азотирования изделий из конструкционных легированных сталей // 2760309

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к комбинированным процессам металлизации с азотированием стали. Способ обработки изделий из конструкционной легированной стали включает размещение изделий в камере герметичной вакуумной установки, осуществление нагрева и изотермической выдержки в азотосодержащей газовой среде в плазме тлеющего разряда.

Способ комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали // 2757362

Изобретение относится к cпособу комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали. Способ включает нагрев изделия до температуры 950οС, последующую закалку, обработку холодом при температуре -70-80οС и последующее ионное азотирование, отличающийся тем, что ионное азотирование осуществляют с выдержкой 5-6 ч при температуре 400-600οС.

Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали // 2756960

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износостойких покрытий, и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей. Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали включает ионную очистку детали в среде инертного газа и формирование адгезионного, переходного и функционального слоев.

Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей // 2755911

Изобретение относится к способу низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда. Способ включает катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов.

Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия // 2754148

Изобретение относится к способам импульсно-лазерной модификации и ионно-плазменного упрочнения поверхности и может быть использовано, например, в энергетическом машиностроении для защиты рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин от износа, вызванного каплеударной эрозией. Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия включает ионную очистку поверхности изделий и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия, причем до ионной очистки изделия текстурируют рельеф поверхности изделия импульсно-лазерной модификацией поверхности с использованием инфракрасного иттербиевого волоконного лазера с длиной волны 1064 нм и средней мощностью лазерного излучения не более 22,4 Вт с заданными глубиной впадин и высотой выступов 10÷30 мкм, шириной выступов и шириной впадин 40÷60 мкм, формируют бороздки с продольным направлением и параллельным отношением бороздок друг к другу, а глубину ионно-плазменного азотирования-упрочнения поверхности выбирают равной 30÷100 мкм.

Способ поверхностного легирования деталей из стали 40х // 2716177

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Способ поверхностного легирования деталей из стали 40Х включает нанесение на поверхность деталей состава, содержащего легирующие элементы, предварительное поверхностное легирование и термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами путем нагрева при температуре 650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов и с последующим охлаждением.

Способ упрочнения поверхностей термообработанных стальных деталей // 2688787

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и азотированию поверхностей стальных деталей. Способ упрочнения поверхностей термообработанных стальных деталей включает электроэрозионное легирование графитовым электродом по крайней мере в два этапа со снижением энергии разряда на каждом последующем этапе и ионное азотирование в течение времени, достаточного для насыщения металла азотом на глубину зоны термического влияния.

Способ упрочнения стального изделия ионно-плазменной карбонитрацией // 2682986

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию защитных и упрочняющих покрытий методами химико-термической обработки изделий из конструкционных и специальных сталей, и может быть использовано в промышленном производстве при серийном изготовлении изделий на предприятиях автомобильной, авиационной, кораблестроительной и станкостроительной отраслей, при производстве сельскохозяйственных инструментов и агрегатов, а также для проведения комплексных лабораторных исследований.

Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей // 2664106

Изобретение относится к обработке металлов поверхностной пластической деформацией и вакуумному ионно-плазменному азотированию и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из сталей. Способ низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда включает катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов.

Устройство для поверхностного упрочнения металлической поверхности // 2748675

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для технологических процессов поверхностного упрочнения металлических поверхностей. Устройство содержит блок формирования коронного разряда и сопло с металлическим наконечником, имеющим отверстие для выхода озонированного воздуха, с муфтой, в которой установлен штуцер для подвода сжатого воздуха в сопло, и муфтой для подвода высоковольтного провода внутрь сопла, при этом блок формирования коронного разряда подключен к упомянутому наконечнику и посредством упомянутого высоковольтного провода подключен к электроду, установленному в сопле с возможностью образования коронного разряда между ним и упомянутым наконечником.