Способ химико-термической обработки изделий из железоуглеродистых сплавов

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в машиностроении для упрочнения изделий. Цель изобретения - интенсификация процесса насыщения . Проводят лазерное термоциклирование вблизи точки аллотропического превращения в насыщающей среде, увеличивая мощность излучения до предплавитльных температур по режиму, определенному максимальным падением радиационного сигнала от предварительно нанесенной на образец радиационной метки, что значительно повышает скорость диффузионного насыщения. 2 ил , 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (лл С 23С 8/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4720724/02 (22) 19,07.89 (46) 07,12.91. Бюл, ¹ 45 (71) Горьковский политехнический. институт (72) Г.А.Мишаков и В.M.Àïoëëoíîâ (53) 621.785.51.06 (088,8) (56) Заявка Франции ¹ 2594145, кл. С 21 0 1/06, 1975. (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к металлургии

Изобретение относится к мeòàëëóðãèè и может быть использовано в машиностроении и для упрочнения изделий из сплавов железа.

Целью изобретения является интенси фикация процесса насыщения..

На фиг. 1 и 2 показаны схемы реализации предлагаемого способа, Химико-термическую обработку металлических изделий из сплавов железа реализуют в среде, содержащей легирующее соединение, путем термоциклирования вблизи точки a y аллотропического поевращения, нагрев поверхности начинают сканирующим лазерным лучом с периодичностью и плотностью мощности, обеспечивающими изменение температуры поверхностного слоя от верхней до нижней точки аллотропического ау превращения, а затем мощность излучения увеличивают до получения на поверхности предплавильных температур. Оптимальное значение мощности лазерного излучения в каждый момент времени определяют по максимальной ско„„SU,, 1696571 А1 и может быть использовано в машиностроении для упрочнения изделий. Цель изобретения — интенсификация процесса насыщения, Проводят лазерное термоциклирование вблизи точки аллотропического превращения в насышающей среде, увеличивая мощность излучения до предплави льных температур по режиму, определенному максимальным падением радиационного сигнала от предварительно нанесенной на образец оадиационной метки, что значительно повышает скорость диффузионного насыщения, 2 ил„2 табл. рости падения радиационного сигнала от радиоактивной метки, предварительно на- М несенной на обрабатываемую поверхность, Изменение параметров облучения в процессе обработки и выбор их оптимального значения в каждый момент времени по скорости изменения радиационного сигна- а ла от радиоактивной метки, диффундирую- 0, щей вместе с легирующей примесью, О позволяет перемещать изотерму аллотро- О пическсго поевращения вглубь металла вслед за диффузионным фронтом, что приводит к увеличению скорости диффузии и в конечно 4 счете к уменьшению времени обработки металла, Способ может быть реализован по схеме, представленной на фиг. 1. Поверхность металла 1, помещенного в среду, содержащую легирующее соединение, обрабатывается излучением технологического лазера 2, прошедшего через сканатор 3. При заданных ширине обрабатываемой дорожки и скорости сканирования плотность мощности выбирается такой, чтобы температура на

1696571 поверхности изменялась оТ нижней до верхней точки аллотрапическсго а.—.- y превращения. Это состояние обнаруживается по быстрому падению радиационного сигнала, принимаемого приемникам 4 и измеряемого прибором 5, 3 дальнейшем максимальная скорость сигнала, регистрируемого прибором 5, достигается увеличением мощности технологического лазера 2, Пример, Способ реализован па схеме, представленной на фиг. 2, которая не требует использования сканатора луча, на может быть использована для оарабстки тол "Ko цилиндрических поверхностей. В качестве лазерного технологического модуля использована промышленная установка "Комета2", обеспечивающая плавное изменение мощности излучения до Р == 1,5 кВт и непрерывном режиме генерации, Обрабатываемая деталь выполнена в виде цилиндра радиуса R = 2 см из стали УВА, вращающегося с угловой скоростью а = 45 рад/с ьокруг оси 0 — О, 1

Ширина обрабатываемой дорожки 5 мм, Обработку проводят в среде СН4, реализуя процесс цементации, Для увеличения поглощательной способности поверхность обрабатывают водным растворам персульфата аммония, а затем на нее чаносят ра14 диоактивную метку С, обладаюшую р-3KTNBHQGTblo с знерплей -150 кэВ. "IT06b! избежать выгарания углерода в зоне нагрева, на поверхность гальваническими мвIoдами наносят танку о пленку тугоплавкага композита толщиной 2-3 мкм, В качестве приемника В-излучения используют счетчик Мюллера-Гейгера, сигнал ат которого регистрируется приемником 4, ";1осле установления нужной скорости врашения образца на поверхность падают лазерное излучение мощностью 200 Вт. сфокусированное в пятно диаметрам 5 мм. Пгатность мощности излучения таким образам, составляет 2 10 BT/cì . При увеличении

3 . 2 мощности лазера да величлны 620 Вт радиационный сигнаг начинает резка падать, Через t = 10 с обработки корр. ктируется мощность излучения да получения максимальной cl(opocTM падения радиационного сигнала.

Значения оптимальной мощности излучения через каждые 60 с обработки приведены в табл, 1, При мощности излучения Р "1000 Вт поверхностный слой начинает псдплавляться, и обработку прекращают. Общее время процесса составляет - 600 с. Из образца приготавливают металлографический шлиф и снимают автарадисграмму. па которой иэ10 меряют максимальную диффузионную длину. Она оказалась равной -140 мкм. Средний коэффициент диффузии, определенный методом послойного травления, равен 1,6 10 и /с, что примерна в 16 раз превосходит соответствующий коэффициент диффузии углерода в железе при температуре 1000 С, В известном способе указывается на yEI=nv.÷åíèå скорости диффузии в

3-10 раз.

Вырубной штамп из стали Х12 M (пуансон), рабсчая часть которого имеет форму цилиндра, проходит финишную обработку после обычной термаобработки, Обрабаты15 ваемый методом термоциклирования участок поме.цают на 5 с в раствор уксусной кислоты, содержащей метку С . После суш14 ки на воздухе на зту поверхность наносят кисточную обмазку на основе аморфного бо20 ра (аморфный бор, ацетон, смола БМК). Голщина обмазки 100-150 мкм, Пуансон с нанесенной абмазкой зажимают в шпиндель делительной головки и вращают вдоль . горизонтальной оси (скорость вращения

25 плавно изменяют питанием двигателя). К поверхности пуансона, содержащей радиоактивную метку, под слоем обмазки подводят держатель са счетчиком МюллераГейгера с узким окном регистрации. Прибо30 ром регистрируют сигнал ат радиоактивной метки за время индикации- 5 с, Лазерное излучение СО2 — лазера "Комета-2" фокусируют на поверхности иэделия в пятно диаметром 5 мм с помощью металлического

35 зеркала (диаметр пуансона 15 мм}, При ncMoLUl4 лазерного излучения Р = 500 BT начинают подбирать скорость вращения, обеспечиьающую максимальное падение радиационного сигнала. При скорости вра40 щения и =: 12 рад/с радиационный сигнал начинает резко уменьшаться, В процессе обработки поддерживается максимальная скорость падения сигнала путем коррекции частоты вращения в сторону уменьшения

45 (до и = 9 рад/с). Общее время обработки =

15 мин, Свойства металла после лазерного термоциклиравания исследовалась на поперечных металлографических шлифах, 50 В табл, 2 представлены результаты диффузионного насыщения стали Х12 Ы методом лазерного термациклирования по предлагаемому способу и по известному при различной длительности процесса об55 работки. Глубина проникновения легирующего элемента в табл. "дана в микрометрах.

Из приведенных данных видно, чта лазерное термоциклирование вблизи точки аллотропического а=- упревращения с вы1696571

Таблица 1 240 300

180

120 с,с

665

710 .

580

600

630

760

Р, Вт

Продолжение табл.1

Подплавление поверхности

380

420

540

600

480

t,с

1000

815

880

940

1000

Р, Вт

Таблица 2 бором оптимального режима лазерного нагрева приводит к уменьшению времени химико-термической обработки в сравнении с традиционными методами, 5

Формула изобретения

Способ химико-термической обработки изделий из железоуглеродистых сплавов, включающий нагрев и диффузионное насыщение при термоциклировании вблизи точ- 10 ки эллотропического превращения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса насыщения, нагрев и термоциклирование проводят сканирующим лазерным излучением с увеличением мощности излучения до предплавильных температурах по режиму, определяемому максимальным падением радиационного сигнала от метки, предварительно нанесенной на изделие, 1696571

° с=у g

Корректор Н.Король

Редактор И.Горная

Заказ 4281 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 ()

Составитель И.Г!етров

Техред М.Моргентал