Способ термической обработки металлических изделий

 

Изобретение относится к термической обработке стали при помощи концентрированных источников энергии, конкретнее плазмы, и может быть использовано в машиностроении для изготовления изделий буровых установок. Цель изобретения - улучшение качества изделия путем ликвидации микротрещин и уменьшения шероховатости поверхности и повышение производительности процесса. Сущность изобретения заключается в том, что при нагреве поверхности изделия движущейся плазменной дугой на изделие подают постоянный электрический ток мощностью, составляющей 0,5 - 2,5 от мощности тока плазменной дуги и имеющий направление, противоположное направлению тока дуги. Величина зазора между плазменной дугой и изделием регулируется магнитным полем и изменяется обратно пропорционально скорости движения дуги. В процессе обработки между электродами и поверхностью изделия устанавливают магнитные экраны. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1539215 А1 (51) 5 С 21 D 1/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧ1(РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к термической обработке стали при помощи конср

Изобретение относится к термической На чертеже обозначено: 1 — обра- Я обработке стали при помощи концентри- батываемое изделие, 2 — катод плаз- ф ь рованных источников энергии, конкрет- менного генератора, 3 — анод плазнее плазмы, и может быть использовано менного генератора, 4 — магнитное уств машиностроении при изготовлении из- ройство, 5 — электрические контакты, делий буровых установок. ч

6 — привод перемещения, 7 — магнитЦель изобретения — улучшение каче- ные экраны. ства изделий путем ликвидации микро- На обрабатываемое изделие 1 из еейв трещин и уменьшение шероховатости по- металла либо другого токопроводящего верхности и повьппение производитель- материала через медные контакты 5 ности процесса. подается электрический ток, направНа чертеже изображена схема обра- ление которого противоположно направ ботки. лению тока плазмы. (21) 4435628/23-02 (22) 31. 03. 88 (46) 30.01.90. Бюл. Р 4 (71) Нкжневартовский научно-исследовательский и проектньп институт нефтяной промышпенности (72) Г.И.Клейман, С.М.Дегтяренко и Ю.А.Селезнев (53) 621.785.79(088.8) (56) Упрочнение деталей методом плазменнодугового напыления. — Информ, листок В 28, Сер. 55.21.99/ Гродненский НТЦ НТИП Бел НИИНТИ Госплана

БССР, 1987.

Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.А. и др. Гартермические покрытия из lIopoiuKGBblx материалов. Киев, Наукова думка, 1987.

2 центрпрованных источников энергии, конкретнее плазмы, и может быть ис-. пользовано в машиностроении при изготовлении изделий буровых установок.

Цель изобретения — улучшение качества изделия путем ликвидации микротрещин и уменьшения шероховатости поверхности и повьппение производительности процесса. Сущность изобретения заключается в том, что при нагреве поверхности изделия движущейся плазменной дугой на иэделие подают постоянный электрический ток мощностью, составляющей 0,5-2,5 от мощности тока плазменной дуги, и имеющий направление, противоположное направлению тока а дуги. Величина зазора между плазменной дугой и изделием регулируется маг;нитным полем и изменяется обратно пропорционально скорости движения дуги. С

В процессе обработки между электродами и поверхностью изделия устанавлива" = ют магнитные экраны. 1 э.п. ф-лы, . 1 ил., 1 табл.

1539215

Мощность электрического тока, подаваемого на изделие, лежит в следующих пределах

Р = (0,5-2,5)Рд = (0*5-2»)ТрПп(1)

l"äå P — моцность электрического тои ка, подаваемого на изделие;

Рп — мощно Th тока плаз енной 10 дуги;

I — сила тока плазменной дуги; — напряжение плазменной дуги. и

Данная зависимость установлена эксериментально и указывает реальные ределы,при которых не происходит зажание плазменной дуги на поверхость. Очевидно, что для уменьшения отерь на изделие необходимо подавать ок высокого напряжения и малой силы гока.

При моцности тока, подаваемого на зделие, ниже 0,5 моцности дуги появяется возможность замыкания плаз менной дуги на поверхность, а подача 25 мощности выше 2,5 мощности дуги ограничена тем, что по нормам выбора напряжения электроустановок для предприятий и закрытых помецений допускается подача напряжения до 10 кВ.

Повышение силы тока приводит к большому разогреву детали и, соответ ственно, к неоправданно высоким потерям энергии.

Обоснование выбора расчетной формулы (1) представлено в таблице.

Как видно иэ таблицы, оптимальный диапазон моцности тока, подаваемого на изделие, в зависимости от мощности тока плазменной дуги лежит в диапазо- 40

Не

Ри (О, 5-2, 5) Р.„= (0,5-2,5) Х пБ„.

Плазменная дуга "горит" между катодом 2 и анодом 3, а магнитное устройство 4 прижимает дугу к поверхности и регулирует зазор между плазменной дугой и поверхностью, а следовательно, и температуру иэделия, привод 6 пе- 50 ремещает обрабатываемое изделие, причем чем меньше зазор между плазменной дугой и поверхностью, тем выше скорость перемещения.

>5

Магнитные экраны 7 экранируют катод 2 и анод 3 от обрабатываемой поверхности для избежания пробоя диэлектрика (воздуха) между обрабатываемым изделием и электродами нлаэ- I менной генератора.

Пример 1, Обрабатывался лист стали 40 ГОСТ 1050-74 размерами

800х600х12, шероховатость поверхности

R 160. РасстЬяние между анодом и катодом плазмотрона 120 мм, параметры плазменной дуги I = 200 А, U = 300 В.

Параметры тока, подаваемые на обрабатываемый лист I = Ь А, U = 10000 В.

До обработки при рассмотрении обрабатываемой поверхности в микроскоп на ней наблюдаются микротрещины. Обработка листа производилась с зазором между дугой и поверхностью 1 мм, ширина обрабатываемой эоны 80 мм, скорость перемецения дуги по поверхности 100 мм/с.

После обработки поверхность стала оплавленной, при рассмотрении в микроскоп микротрецин не обнаружено, пероховатость поверхности стала R z 80.

Способ плазменной обработки поверхности электропроводных материалов позволяет производить поверхностную, высокотемнературную (до 30000 С), высокопроизводительную обработку поверхности металлов и других токопроводящих материалов для устранения поверх-. ностных микротрещин, получать оплавленную поверхность для различных целей, в частности для увеличения коррозионной стойкости, уменьшения сцепления поверхности с другими материалами. !

Процесс получения покрытия r требуемым качеством поверхностного слоя включает процесс нанесения покрытия и процесс его механической обработки.

Процесс нанесения покрытия осуществлялся на установке ЛПР-402, производительность которой 5 кг порошка в час. Для напыления использовался порошок ПР-СРЗ. Толщина покрытия 2 мм.

С учетом коэффициента исполъэования порошка 0,5 масса порошка, необходимого для нанесения покрытия на 1 м2, составляет 30 кг. Время, необходимое для нанесения покрытия на 1 м-", составляет 6 нормо-часов.

Для получения требуемого качества поверхностного слоя стальной лист обрабатывался на шлифовальном станке.

При производительности обработки

3000 мм /мин обцее время обработки

1 и составляет 11 нормо-часов.

1539215

Формула

Мощность тока, подаваемого на иэделие Р„, хВт

Мощность плазменной дуги

Р„, кВт

0>5P>, 5 0 ° 8! и 8 >2P„ 12 1 >8Рп 18

0>5Рп 6>5 0>ВРп 10»4 1 >2Ря !5>б 1 ° ВРп 23 >4

0>5P„ 9 0,8PÄ> 14,4 1 > 2Рп 21 > 6 1.8Рп 32 °

Установил- Зазор ре- Зазор ре- Зазор реся зазор гулирует- гулирует- гулнруетмехду ду- ся ус- ся ус- ся усгой и из- тойчиво. тойчиво тойчиво делием. ЗамыкаЗаэор ре- иий дугулирует- ги на изся неус- делив тойчиво нет

2,8Р .«28 ЗРп 30

2>ВРп 36>43Рп 39

2 ° ВРп 42 ЗРп 45

2 ° ВРп 50>4 3Р» 54

Большой Lîëьшой зазор мех-зазор.Обду дугой работка и надели- поверхем,обрабо-ности иэтка по- келия неверхнос- значительти иэде-. на лия не, значи2>5Рп"25

2,5Р32,5

2>5Рп37 ° 5

2>5Рп"45

Величина зазора мекду нэ делием и дугой

Возросла

2, 2Р„22

2,2Р„ 28,6

2,2Рп 33

2>2Рп 39>6

Зазор регулируется устойчиво

0 2P„-2

0,2Р 26

0>2Рп 3

О, 2Р„*3,6

Дуга за мыкается

0,4Рп 4

0,4Рп5>2

0,4Рпб

0,4Р„ 7,2

Дуга замыкается

13

1В

Поведение плазменной на иэде" на излелин пни дуги тельна

Таким образом, осуществление способа-прототипа требует расхода на 1 м2

30 кг порошка и 17 нормо-часов.

Предложенный! способ обеспечивает производительность 8000 мм2 /с. Сле5 довательно, для обработки 1 м потребуется 0,03 нормо-часов, т.е. произ" водительность резко возрастает.

Плазменной дугой обрабатывалась поверхность изделия клин для буровых установок. Клин изготовлен из ста32и

40 ГОСТ 1050-74. Мощность тока плазменной дуги равнялась 15 кВт, мощность тока, подаваемого на изделие, - 15

18 кВт. Твердость поверхности клина для буровых установок до обработки была 20 HRC, а после обработки—

48 HRC.

20 изобретения

1. Способ термической обработки металлических изделий, включающий на25 грев поверхности движущейся плазменной дугой, создаваемой электродами, с заданной величиной зазора между дугой и поверхностью детали, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества изделий путем ликвидации микротрещин, уменьшения шероховатости поверхности и повышения производительности процесса, на обрабатываемое изделие подают постоянный электрический ток мощностью, составляющей 0,5-2,5 от мощностч тока плазменной дуги, и имеющий направление, противоположное направлению тока дуги, а заданную величину зазора регулируют магнитным полем с помощью магнитных экранов, помещенных между электродами и поверхностью иэделия.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что величину зазора изменяют в обратно пропорциональной

> зависимости от скорости движения плазменной дуги.

Составитель А. Кулемин

Редактор Т.Лаэоренко Техред М.Ходанич .z Корректор С.Бекмар

Заказ 192 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул. Гагарина, 101