Способ упрочнения деревообрабатывающего инструмента, изготовленного из хромистых и хромо-кремнистых сталей

Авторы патента:

C21D9/00 - Термообработка, например отжиг, закалка, отпуск, специальных изделий; печи для этого (печи вообще F27)

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)

B23K26/352 - Обработка металла лазерным лучом, например сварка, резка, образование отверстий (лазеры H01S 3/00)

Владельцы патента RU 2792101:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области термического упрочнения металлов, в частности, к способам упрочнения деревообрабатывающего инструмента. Способ заключается в обработке непрерывным лазерным излучением по задней грани деревообрабатывающего инструмента СО₂-лазером с плотностью мощности лазерного луча 25-45 МВт/м² и линейной скоростью перемещения лазерного луча 10-15 мм/сек за один проход, при этом ширина формируемой дорожки совпадает с диаметром сфокусированного лазерного излучения. Предлагаемый способ может быть использован для деревообрабатывающего инструмента толщиной от 10 до 25 мм. Обеспечивается повышение прочности и периода стойкости деревообрабатывающего инструмента, изготовленного из хромистых и хромокремнистых сталей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области термического упрочнения металлов, в частности, к способам упрочнения деревообрабатывающего инструмента.

Из уровня техники известен способ поверхностной лазерной упрочняющей обработки материалов [Коваленко В.С. Упрочнение деталей лучом лазера. – Киев: Техника, 1981. – 131 с.], который представляет собой последовательную упрочняющую обработку режущего инструмента при облучении лазером. При использовании данного способа контролируют твердость и глубину поверхностного упрочненного слоя.

Данный способ отличают следующие недостатки:

- упрочнение осуществляется по передней грани, то есть при переточке деревообрабатывающего инструмента удаляется непосредственно упрочненный слой;

- за счет многократного перекрытия при сканировании упрочняемой области возникают зоны отпуска (области с пониженными механическими характеристиками);

- большая длительность технологического цикла за счет многократных повторений;

- отсутствие учета влияния всей области, подверженной лазерному воздействию на прочность инструмента и его период стойкости.

Наиболее близким способом к предлагаемому является способ лазерной обработки деталей тел вращения из инструментальных сталей [Патент RU 2734826 C1. МПК C21D 1/09. Заявка № 2020120549 от 22.06.2020, опубл.: 23.10.2020, Бюл. № 30], заключающийся в одновременном вращении и осевом перемещении детали с обработкой ее поверхности лучом лазера непрерывного действия со степенью перекрытия лазерных дорожек 10÷15%, плотность мощности лазерного луча составляет 80÷90 Вт/мм², диаметром пятна лазерного луча 3 мм и при линейной скорости перемещения лазерного луча 6 мм/с. При реализации этого способа обеспечивается повышение износостойкости упомянутой детали вращения в условиях повышенных контактных нагрузок, а также расширяется номенклатура упрочняемых лазером деталей, имеющих увеличенные габариты рабочих частей.

Однако данное техническое решение не эффективно при использовании для упрочнения деревообрабатывающего инструмента по следующим причинам:

- образование зон перекрытия с пониженными механическими характеристиками;

- невозможность контроля структурного состояния и уровня механических свойств вглубь от упрочненной поверхности;

- невозможно сформировать упрочненный слой в зоне деревообрабатывающего инструмента непосредственно участвующего в процессе резания.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в обеспечении повышения прочности и периода стойкости деревообрабатывающего инструмента, изготовленного из хромистых и хромокремнистых сталей.

Технический результат достигается посредством обработки непрерывным лазерным излучением по задней грани деревообрабатывающего инструмента СО₂-лазером с плотностью мощности лазерного луча 25-45 МВт/м² и линейной скоростью перемещения лазерного луча 10-15 мм/сек за один проход после закалки и высокого отпуска, при этом ширина формируемой дорожки совпадает с диаметром сфокусированного лазерного излучения.

Предлагаемый способ может быть использован для деревообрабатывающего инструмента толщиной от 10 до 25 мм.

Ширина формируемой дорожки может варьироваться от 5 до 15 мм в зависимости от требований по количеству переточек деревообрабатывающего инструмента в процессе его эксплуатации.

Способ осуществляется за счет формирования на передней и задней грани, участвующих в процессе резания, так называемого эффекта самозатачивания, который заключается в том, что участки деревообрабатывающего инструмента, испытывающие разные степени изнашивания имеют различные механические характеристики, при этом наибольшими механическими характеристиками должна обладать именно режущая кромка.

Было отмечено (см. фиг. 1), что при лазерной обработке непрерывным лазерным излучением с формирование дорожки, параллельной режущей кромке, хромистых и хромокремнистых сталей механические свойства плавно изменяются вглубь от поверхностно слоя. Обработка осуществляется на следующих режимах: плотность мощности лазерного луча 25 – 45 МВт/м², скорость линейного перемещения лазерного луча 10-15 мм/с, ширина дорожки совпадает с диаметром сфокусированного лазерного излучения (диаметр пучка 5-15 мм), обработка осуществляется в режиме без оплавления поверхности.

При этом на примере стали 9ХС микротвердость изменяется от значений 800-900 кг/мм² до микротвердости основного материала 400-500 кг/мм².

Способ осуществляют следующим образом.

Готовый деревообрабатывающий инструмент, изготовленный из хромистых и хромокремнистых сталей, после закалки и высокого отпуска обрабатывают однократным сканированием непрерывным лазерным излучением плотностью мощности 25 - 45 МВт/м² со скоростью 10-15 мм/с, с формированием дорожки параллельно режущей кромке на заданном расстоянии от нее. Область обработки для снижения негативного влияния кислорода воздуха при нагреве и остывании защищают инертным газом – аргоном.

Выбор плотности мощности непрерывного лазерного излучения, скорости линейного перемещения, ширины лазерной дорожки и расстояния от дорожки до лезвия деревообрабатывающего инструмента осуществляется исходя из величины снимаемого припуска и требуемого количества переточек для обеспечения равномерного снижения механических характеристик на передней грани деревообрабатывающего инструмента в соответствие с матрицей проведенного эксперимента (см. таблицу).

Анализируя таблицу можно отметить, что наибольшая твердость обеспечивается при плотности мощности непрерывного лазерного излучения 40 МВт/мм²и вне зависимости от скорости перемещения луча лазера. Скорость перемещения влияет на глубину упрочненной зоны следующим образом: при увеличении скорости обработки глубина обработки снижается.

Выбор основных параметров лазерной обработки, предлагаемой в способе, должен обеспечивать формирование на режущей кромке упрочненной области в соответствии с фигурой 2.

При этом изменение механических характеристик происходит от режущей кромки вглубь инструмента по передней грани. За счет этого обеспечивается более длительное сохранение в процессе работы инструмента геометрии режущей кромки, а значит происходит увеличение периода стойкости деревообрабатывающего инструмента.

Таблица

Плотность мощности	15 мм/с	12,5 мм/с	10 мм/с
Толщина слоя общая/середина (микротвердость в точке)	Толщина слоя общая/середина (микротвердость в точке)	Толщина слоя общая/середина (микротвердость в точке)
30,5 МВт/м²	-	-	858 кг/мм²
-	-	154 мкм/77 мкм (794 кг/мм²)
35,6 МВт/м²	762 кг/мм²	-	824 кг/мм²
190 мкм/95 мкм (752 кг/мм²)	-	339 мкм/170 мкм (752 кг/мм²)
40,8 МВт/м²	894 кг/мм²	-	894 кг/мм²
313 мкм/157 мкм (752 кг/мм²)	-	273 мкм/137 мкм (752 кг/мм²)
45 МВт/м²	824 кг/мм²	-	824 кг/мм²
475 мкм/238 мкм (795 кг/мм²)	-	653 мкм/327 мкм (841 кг/мм²)
25 МВт/м²	-	-	824 кг/мм²
-	-	958 мкм/ 479 мкм (841 кг/мм²) На глубине 0,75 мм - 713 кг/мм²
32 МВт/м²	733 кг/мм²	938 кг/мм²	858 кг/мм²
833 мкм/417 мкм (713 кг/мм²) На глубине 0,75 мм - 752 кг/мм²	1091 мкм/546 мкм (795 кг/мм²) На глубине 0,75 мм - 795 кг/мм²	1167 мкм/584 мкм (613 кг/мм²) На глубине 0,75 мм - 644 кг/мм²

1. Способ упрочнения деревообрабатывающего инструмента, изготовленного из хромистых и хромокремнистых сталей, включающий закалку, высокий отпуск и последующую обработку непрерывным лазерным излучением, отличающийся тем, что обработку непрерывным лазерным излучением проводят по задней грани деревообрабатывающего инструмента с использованием CO₂-лазера с плотностью мощности лазерного луча 25-45 МВт/м² и линейной скоростью перемещения лазерного луча 10-15 мм/сек за один проход, при этом ширина формируемой дорожки совпадает с диаметром сфокусированного лазерного излучения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упрочняют деревообрабатывающий инструмент толщиной от 10 до 25 мм.

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке бесшовных коррозионностойких труб из высокохромистой стали мартенситного класса, и может быть использовано при производстве труб нефтяного сортамента с пределом текучести не менее 552 МПа. Способ термической обработки бесшовных коррозионностойких труб нефтяного сортамента из высокохромистой стали мартенситного класса включает нагрев до температуры, превышающей критическую точку Ас3, охлаждение и последующий высокий отпуск.

Высокопроизводительная установка для закалки стальных стержней, закалочная машина и соответствующий способ закалки стальных стержней // 2788398

Изобретение относится к установке для закалки стальных стержней в непрерывном режиме, содержащей закалочную машину и способу закалки стальных стержней. Установка содержит узел загрузки (14), пригодный для размещения совокупности отдельных стержней (Р) на расстоянии друг от друга, первую технологическую линию (11), содержащую печь аустенизации (16) для приема упомянутой совокупности стержней (Р), расположенных параллельно друг другу, от узла загрузки (14) и для выполнения первой термообработки стержней (Р), в которой печь аустенизации (16) содержит средства (22) для одновременной подачи упомянутой совокупности стержней (Р) в направлении подачи (D1) с одновременным вращения их вокруг своей оси, при этом стержни (Р) ориентированы в направлении подачи (D1), закалочную машину (17), расположенную на выходе из печи аустенизации (16) для выполнения охлаждения в отношении совокупности стержней (Р), при этом закалочная машина (17) имеет основание (31) и крышку (32), образующие внутреннее пространство (35), в котором расположены упомянутые средства (22) для одновременной подачи совокупности стержней (Р) с одновременным вращением их вокруг своей оси, определяя опорную плоскость для стержней (Р), и совокупность охлаждающих элементов (36а, 36b), расположенных соответственно выше и ниже средств (22) для подачи стержней и выполненных с возможностью распылять охлаждающую текучую среду на проходящие стержни (Р), при этом по меньшей мере совокупность охлаждающих элементов (36а), расположенных над стержнями (Р), выполнена с возможностью регулировать их по высоте относительно плоскости подачи последних, узел передачи (13), расположенный за закалочной машиной (17), и вторую технологическую линию (12), расположенную за узлом передачи (13) и имеющую печь отпуска (19) для выполнения закалки совокупности стержней (Р), при этом упомянутые средства для одновременной подачи совокупности стержней (Р) с одновременным вращением их вокруг своей оси содержат ролики (22), на поверхности (23) которых выполнены выемки (24) V-образной формы, определяемой углом (α), и которые ориентированы относительно направления подачи (D1) под углом, отличным от 90°, и при этом вторая технологическая линия (12) имеет ролики, расположенные по существу перпендикулярно оси подачи стержней и имеющие плоскую опорную поверхность стержней (Р).

Устройство для фиксации изделий при термообработке // 2768675

Изобретение относится к термической обработке изделий и может быть использовано в металлургической и металлообрабатывающей промышленности для фиксации изделий в рабочей зоне печей, в частности печей шахтного типа, предназначенных для высокотемпературной обработки высоколегированных сталей, а также длинномерных изделий на ее основе.

Сталь для изготовления литых деталей железнодорожного подвижного состава и литой корпус сцепки из стали // 2762502

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литому корпусу сцепки железнодорожного подвижного состава, изготовленному из стали и включающему в себя хвостовик и голову для размещения механизма сцепления. Сталь содержит следующие компоненты, мас.%: углерод от 0,17 до 0,25, марганец от 1,10 до 1,40, кремний от 0,30 до 0,50, хром не более 0,30, никель не более 0,30, медь не более 0,30, алюминий от 0,02 до 0,06, сера не более 0,04, фосфор не более 0,04, ванадий от 0,01 до менее 0,03, железо – остальное.

Оборудование для охлаждения непрерывно движущейся стальной полосы и способ охлаждения непрерывно движущейся стальной полосы с использованием этого оборудования // 2759832

Изобретение относится к оборудованию для охлаждения непрерывно движущейся стальной полосы и к способу охлаждения стальной полосы. Оборудование содержит по меньшей мере один охлаждающий валок (1), имеющий ось (2) и расположенную на ней втулку (3), причем указанная втулка выполнена имеющей длину и диаметр и содержит в направлении изнутри наружу: внутренний цилиндр (4), множество магнитов (5) на периферии указанного внутреннего цилиндра (4), расположенных на по меньшей мере части длины внутреннего цилиндра (4), причем каждый магнит (5) имеет ширину, высоту и длину, систему (6) для охлаждения полосы (15), выполненную в виде металлического обода для охлаждения стальной полосы (15), окружающую по меньшей мере часть указанного множества магнитов (5), при этом обод выполнен с по меньшей мере двумя охлаждающими каналами (12) для протекания охлаждающего средства и со средствами (13) для нагнетания охлаждающего средства в указанные охлаждающие каналы (12).

Литой корпус сцепки железнодорожного подвижного состава // 2755711

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления деталей железнодорожного подвижного состава, в частности литых корпусов сцепок, из легированной стали класса Е, отвечающей требованиям спецификации М-201 стандарта AAR. Литой корпус сцепки включает в себя голову для размещения механизма сцепления и хвостовик для присоединения головы к железнодорожному вагону.

Способ упрочнения корпуса автосцепки и корпус автосцепки, упрочненный этим способом // 2755188

Группа изобретений относится к вагоностроительной промышленности, в частности к термической обработке корпуса автосцепки. Способ упрочнения корпуса автосцепки включает его закалку посредством индукционного нагрева с последующим охлаждением водой, причем закалке подвергают частично хвостовую часть корпуса автосцепки, включающую в себя внешнюю верхнюю поверхность, взаимодействующую с тяговым хомутом, торцевую цилиндрическую поверхность и внутреннюю поверхность отверстия под клин тягового хомута, при этом закалка проводится непрерывно-последовательным методом посредством индуктора-спрейера, двигающегося со скоростью от 1,5 до 5 мм/с, причем на этапе закалки поддерживают постоянными силу тока от 2,5 до 3,5 кА, мощность тока от 35 до 60 кВт, частоту тока от 5 до 20 кГц и зазор от 1 до 5 мм между каждой упомянутой выше поверхностью и индуктором-спрейером, этап охлаждения осуществляют водой температурой от 15 до 30°С через отверстия в индукторе-спрейере при расходе воды от 15 до 50 л/мин, а после этапа закалки проводят этап низкотемпературного отпуска корпуса автосцепки при температуре от 200 до 300°С в течение 3-5 часов.

Способ изготовления сегментов для графитового подпятника // 2751209

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении сегментов для графитовых подпятников, применяемых в погружных двигателях и насосах. Круглые прутки или полосы из нержавеющей стали разрезают на заготовки.

Способ получения упрочненных заготовок крепежных изделий из нержавеющей аустенитной стали // 2749815

Изобретение относится к способу получения упрочненных заготовок крепежных изделий из нержавеющей аустенитной стали. Способ включает предварительную закалку, пластическую деформацию методом радиальной ковки при комнатной температуре с получением заготовки крепежного изделия и последующую термическую обработку.

Способ местной термической обработки сварных соединений // 2745915

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для местной термической обработки сварных соединений крупногабаритных изделий. Способ местной термической обработки сварных соединений крупногабаритных изделий включает нагрев зоны сварного соединения, выдержку при данной температуре и охлаждение.

Способ защиты от коррозии стального оборудования // 2792035

Изобретение относится к способу защиты от коррозии стального оборудования и обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов, в том числе нефтегазового оборудования, подвергаемого электрохимической коррозии в водных средах. Способ включает предварительный отжиг стальной поверхности оборудования, которое затем помещают в раствор солей с добавлением ингибитора NaOH.