Спосіб підвищення зносостійкості сталевих виробів
C23C12 - Дифузія в твердому стані принаймні одного неметаллического елемента, іншого, ніж кремній, і принаймні одного металевого елемента або кремнію в поверхню металевого матеріалу
Власники патенту RU 2293792:
ГОУВПО Кубанський державний технологічний університет (RU)
Винахід відноситься до технологій, які забезпечують підвищення зносостійкості поверхонь виробів за рахунок зміни складу і структури їх поверхневих шарів, і може бути використано при виготовленні як ріжучого, так і штампового інструменту, а також виробів, що працюють в умовах абразивного зносу, сухого тертя при високих контактних напругах . Спосіб включає короткочасну високотемпературну цементацию і подальше диффузионное насичення поверхні сталевих виробів карбидообразующих елементами. Цементацію проводять при температурі 950-1050 # x000B0; С протягом 20-30 хв. Технічним результатом винаходу є підвищення зносостійкості сталевих виробів, що зазнають в процесі експлуатації механічні навантаження.
Винахід відноситься до технологій, які забезпечують підвищення зносостійкості поверхонь виробів за рахунок зміни складу і структури поверхневих шарів цих виробів, і може бути використано для підвищення зносостійкості інструменту як ріжучого, так і штампового, виробів, що працюють в умовах абразивного зносу, сухого тертя при високих контактних напругах .
Відомі способи підвищення зносостійкості виробів шляхом їх азотування, цементації, ціанування (Хіміко-термічна обробка металів та сплавів. Довідник / Борисенок Г.В. Васильєв Л.А. Ворошнін Л.Г. та ін.). Недоліком цих видів хіміко-термічної обробки є неможливість досягнення високої твердості на поверхні виробів, і як наслідок їх високої зносостійкості.
Відомий також спосіб підвищення зносостійкості виробів за рахунок осадження з газової фази покриттів на базі нітриду титану (Витязь П.А. Дубровська Г.М. Кирилюк Л.М. газофазних осадження покриттів з нітриду титану. - Мінськ: Наука і техніка, 1983. - 96 с.). Дане покриття має високу твердість, зносостійкість, але і має недоліки, пов'язані з високою крихкістю цього покриття, і слабкою адгезійної зв'язком покриття з матеріалом вироби. Ці явища викликають розтріскування і викришування покриттів при високих контактних напругах і термоциклюванні.
Найбільш близьким до заявляється винаходу є спосіб дифузійного насичення титаном з середовища легкоплавких розчинів (Артем'єв В.П. Чаєвський М.І. Дифузійне Тітанірованіє в середовищі жидкометаллических розплавів. - В сб: Адгезія розплавів і пайка матеріалів, - К. Наукова думка, 1986. - С.3-4.). Нанесення покриттів даними способом здійснюється шляхом витримки сталевого виробу в легкоплавких свинцевому або свинцево-вісмутовий розплаві, що містить в розчиненому стані титан. В результаті витримки сталевого виробу в розплаві відбувається адсорбція титану на його поверхні, дифузія титану вглиб виробу. При цьому, так як титан є сильним карбидообразующих елементом, він забирає вуглець з цементиту стали, і утворює власні карбіди, які виділяються на поверхні виробу. Карбіди титану мають дуже високу твердість, що забезпечує виробу високу зносостійкість.
Недоліком прототипу є те, що при утворенні карбідів титану відбувається відтік вуглецю зі сталі, що призводить до утворення під поверхневим, зносостійким шаром, обезуглероженного шару, що володіє низькою твердістю і міцністю. В результаті цього при наявності механічного впливу на поверхні відбувається продавлювання карбідного шару, його деформація, розтріскування і викришування. При цьому тверді частинки покриття можуть призводити до ще більш інтенсивного зносу поверхонь, що труться.
Технічною задачею винаходу є зміна в технології нанесення зносостійких титанових покриттів, а також покриттів на базі інших карбидообразующих елементів, таких як хром, вольфрам, молібден та інших сильніших карбидообразующих елементів, ніж залізо, що забезпечує відсутність під карбідним шаром м'якого обезуглероженного шару, що викликає при механічному впливі на зносостійкий карбідний шар його розтріскування і викришування.
Поставлена задача вирішується тим, що в заявляється способу підвищення зносостійкості сталевих виробів, що включає диффузионное насичення поверхні сталевих виробів карбидообразующих елементами, що відрізняється тим, що перед нанесенням покриттів виріб піддають короткочасної цементації тривалістю 20-30 хв при температурі 950-1050 # x000B0; С.
Завдяки введенню в технологічний процес стадії попередньої цементації (нової сукупності істотних ознак винаходу) при формуванні покриттів на базі сильних карбидообразующих елементів, не відбувається утворення під карбідним шаром обезуглероженного, м'якого шару, і тим самим виключається при механічному впливі на виріб продавлювання карбідного шару, його розтріскування і викришування. Це пояснюється тим, що за рахунок проведення попередньої цементації відбувається збільшення концентрації вуглецю в поверхневих шарах вироби, і саме цей надлишковий вуглець бере участь у формуванні карбідного шару, а не вуглець, що міститься в стали. Таким чином, виключається обезуглероживание поверхневих шарів виробу. При цьому цементація повинна забезпечувати високу концентрацію вуглецю в поверхневому шарі вироби, що досягається високою температурою цементації 950-1050 # x000B0; С, а мінімальна тривалість процесу цементації виключає її вплив на властивості матеріалу виробу і не призводить до значного збільшення загальної тривалості технологічного процесу.
Приклад. Ножівкові полотна для слюсарної обробки металів, виготовлені зі сталі Х6ВФ, піддавалися диффузионному Тітанірованіє в середовищі легкоплавких розчинів. При цьому для оцінки ефективності запропонованої технології диффузионное Тітанірованіє полотен проводилося як без попередньої цементації, так і після цементації відповідно до запропонованим способом.
Дифузійне Тітанірованіє ножівкових полотен здійснювалося шляхом занурення і витримки їх в легкоплавких розчині, що складається зі сплаву містить 55% свинцю, 45% вісмуту, з 3% добавкою титану. Температура насичення становила 1100 # x000B0; С, тривалість витримки 0,5 ч. Цементація проводилася в твердому карбюризаторі при температурі 1000 # x000B0; С з витримкою 30 хв.
В результаті нанесення титану на поверхні полотен утворювалося покриття, що є шар, що складається з карбідів титану товщиною 8-10 мкм. На полотнах без цементації під карбідним шаром спостерігається зневуглецьована шар товщиною 30-40 мкм, має знижену твердість. Так, якщо твердість основи становила Н50 5800 МПа, то обезуглероженного Н50 4200 МПа, а покриття Н50 24000 МПа. При використанні запропонованої технології під покриттям зневуглецьована шар відсутній, що виключає продавлювання карбідного шару під дією механічного навантаження на виріб.
Відсутність обезуглероженного шару у полотен, оброблених за пропонованим способом, призвело до підвищення зносостійкості ножівкових полотен до 10 разів.
Аналогічне підвищення зносостійкості спостерігається і при насиченні поверхні сталей вольфрамом, хромом та іншими карбидообразующих елементами.
Таким чином, запропонований спосіб, який включає проведення перед дифузійної металізацією поверхні сталевих виробів карбидообразующих елементами короткочасної високотемпературної цементації, дозволяє отримати високу зносостійкість сталевих виробів, що зазнають в процесі експлуатації механічні навантаження, за рахунок виключення освіти під твердим карбідним покриттям м'якого, обезуглероженного шару.
Спосіб підвищення зносостійкості сталевих виробів, що включає диффузионное насичення поверхні сталевих виробів карбидообразующих елементами, що відрізняється тим, що перед насиченням виріб короткочасно піддають високотемпературній цементації тривалістю 20-30 хв при температурі 950-1050 # x000B0; С.