Способ лазерно-плазменного легирования

 

Изобретение относится к лазерной поверхностной обработке и может быть использовано для упрочнения металлов и сплавов. Целью изобретения является повышение износостойкости и твёрдости поверхностного слоя металла. Способ предусматривает приготовление насыщенного раствора карбамида в воде или органических и металлоорганических растворителях, который продувается горячей струей таза , содержащего углерод, азот, кислород или водород, после чего газовая смесь ионизируется в плазмотроне и направляется на поверхность расплавленного лазерным лучом металла для одновременного легирования ионами N ,С+,0+,Н . 4 з.п.ф-лы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у. > В 23 К 26/00, 9 /00

1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4493304/02 (22) 12.09.88 (46) 07.01.91.Бюл. N 1 (71) Ленинградский политехнический институт им,M.È,Êàëèíèíà (72) С.Г. Горный,В.А.Лопата,А.Л,Осинцева,А.M. Сорока,10.A. Строфилов,И.Г.Рудой и

А.П,Чекмезов (53) 621.78:535,211:621.785.5(088,8) (56) Заявка Японии %60 — 50154, кл. С 22 F

1/18, 1985, Патент США %4167662, кл. В 23 К 9/00, 1979. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНΠ— ПЛАЗМЕННОГО

ЛЕГИРОВАНИЯ

Изобретение относится к области лазерной поверхностной обработки.

Целью изобретения является повышение износостойкости и твердости поверхностного слоя металлов на заданную глубину.

При предлагаемом способе в качестве источника легирующих элементов используют карбамид, который предварительно растворяют, например, в органических, металлоорганических растворителях, воде до насыщения, затем продувают горячей струей газа, содержащего азот, углерод, кислород, водород и полученную газовую смесь, пропуская через плазмотрон, направляют на поверхность жидкой ванны расплава, При продувке струей горячего газа, содержащего азот, углерод, кислород, водород, насыщенного раствора карбамида (NHzCONHz) образуется парогазовая смесь, которая направляется в плазмотрон. Смесь

„„Я,) „„1618552 А1 (57) Изобретение относится к лазерной поверхностной обработке и может быть использовано для упрочнения металлов и сплавов, Целью изобретения является повышение износостойкости и твердости поверхностного слоя металла. Способ предусматривает приготовление насыщенного раствора карбамида в воде или органических и металлоорганических растворителях, который продувается горячей струей газа, содержащего углерод, азот, кислород или водород, после чего газовая смесь ионизирустся в плазмотроне и направляется на поверхность расплавленного лазерным лучам металла для одновременного легирования ионами N,С,О,Н . 4 з,п.ф — лы, 2 ил. подвергается в плазмотроне воздействию высокой температуры (5000-7000"С, в зависимости от режима его рабаты), в результате чего происходит ее диссоциация и ионизация. Полученную плазменную струю, содержащую такие легирующие элементы, как азот, углерод, водород, кислород, вдувают в жидкую ванну металла, расплавленного лазерным лучом, Часть ионов растворяется в жидком металле, другие связываются в химические соединения - нитриды, карбиды, гидриды, оксиды. После кристаллизации структура оплавленного слоя состоит иэ твердого раствора легирующих элементов и их химических соединений, чта приводит к увеличению износостойкости и твердости поверхностного слоя металла на заданную глубину.

Пример. Образцы из стали 25ХГСНМА толщиной 13 мм обрабатывались на лазерной установке ХЕБР— 1А. Мощность лазер1618552 ного и=- лучения 1,3 кВт; скоросп, перемещения детали относительно лазерного луча 25 мм/с; диаметр луча в фокусе 0,4 мм;фокусное расстояние линзы 107 мм: фокус был заглублен под поверхность на 3 мм; в качестве рабочего газа использовали углекислый гаэ. Им же, предварительно нагрев в трубчатой печи до 100 С, продувают насыщенный раствор карбамида в воде под давлением 2 атм, Во втором случае для этих целей испольэовали азот, а карбамид растворяли в ацетоне. Полученную парогазовую смесь направляли в плазмотрон для ее диссоциации и ионизации под воздействием температуры в дуге 5000-7000 С и далее на поверхность жидкой ванны расплава.

Плазмотрон работал на прямой полярности (минус подавался на гафниевый электрсд), напряжение 21 Б, ток 50 А, питание осуществлялось сТ сварочного источника ВДЦ—

5О4.

На фиг.1 п зиведбн график распределения микротвердости по глубине зоны оплавления поверхности детали иэ стали

25ХГСНМА; на фиг.2 - график распределения микротвбрдости по ширине зоны оплавления на расстоянии 1 мм от поверхности.

Измерения проводились на приборе

llMT-3 при нагрузке 100 r. Кривые 1 и 2 отображают два варианта предлагаемого способа, кривые 3 - базовый способ, опиСанный в прототипе.

Как следует иэ фиг.1 и 2, микротвердость оплавленной зоны по предлагаемому способу е среднем на 30;, больше, чем по прототипу, Испытания на изнашивание проводились на машине 77МТ-1. Схема контакта: палец — плоскость, Испытания проводились в условиях сухого трения. Степень износа определялась по уменьшению массы пальца, В качестве образца использовали цилиндр диаметром 8 мм иэ стали 25ХГСНМА.

Обработанный торец цилиндра под давлением 0,8 МПа скользил по ответному телудиску из стали ШХ15, Степень износа определяли после 3 1 оборотов диска по

5 уменьшению массы пальца При обработке по технологии, выбранной за прототип, средний износ эа три испытания составил

28,1 мг. При обработке по предлагаемому способу износ составил в первом варианте

10 9,3- 11,2 мг; во втором 10,1 - 12,2 мг. Взвешивание проводили на весах ВЛА-200. Таким образом, рост износостойкости составляет по отношению к протот :пу в 2,53 раза при обработке по первому варианту

15 предлагаемого способа и в 2,3-2,8 раза при обработке по второму варианту.

Формула изобретения

1, Способ лазерно-плазменного легиоования, включающий расплавление метал»а лазерным лучом, подачу легирующего вещества, его ионизацию и легирование эо25 ны расплавления, о тл и ч а ю щи и с я тем, что с целью повышения иэносостойкости и твердости поверхностного слоя на заданную глубину, в качестве легирующего вещества используют насыщенный раствор

30 карбамида, через который пропускают струю горячего газа, а ионизацию осуществляют в плазмотроне.

2. Способ поп1,отличающийся тем„что карбамид растворяют в воде.

35 3, Способ по и 1, отличающийся тем, что карбамид растворяют в органических растворителях.

4. Способ по пп. 1 и 3, о т л и ч,а ю щ и йс я тем, что карбамид растворяют в металло40 органических растворителях.

5. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щ и й- с я тем,что в качестве газа используют газ, выбранный иэ группы, содержащей двуокись углерода, азот, кислород и во45 дород, . 1618552

Составитель Е. Кашкарова

Редактор О.Юрковецкая Техред Э.Цаплюк Корректор Л, Алексеенко

Заказ 59/91 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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