Способ упрочнения поверхности стальных изделий

Изобретение относится к химико-термической поверхностной обработке стали, в частности к методам упрочнения стали с помощью электрической дуги обратной полярности, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости деталей машин и различного режущего инструмента.

Известен способ упрочнения поверхности изделий из сталей электрической дугой [1], однако при этом требуются большие энергетические затраты и не достигается локальность нагрева.

В качестве прототипа принят способ упрочнения стальных изделий, включающий нагрев поверхности до температуры плавления электрической дугой обратной полярности дисковым угольным электродом при относительном перемещении дуги и изделия [2]. К недостаткам способа можно отнести следующее: необходимость дополнительного охлаждения изделия; не обеспечивает достаточной локальности нагрева, вследствие чего поверхность имеет невысокую твердость.

Задача, решаемая изобретением, - повышение твердости обработанной поверхности. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем нагрев электрической дугой обратной полярности, зажигаемой между графитовым электродом и поверхностью изделия, при относительном перемещении дуги и изделия, электрическую дугу сжимают струей инертного газа до значения плотности мощности 10³ Вт/см².

Электрическая дуга обратной полярности, зажигаемая между графитовым электродом и поверхностью изделия, горящая в среде инертного газа, расплавляет поверхностный слой детали, тем самым происходит науглероживание поверхностного слоя, а также сверхскоростная закалка за счет больших значений плотности мощности дуги и быстрого охлаждения поверхностного слоя теплоотводом в глубь детали. Пятно нагрева свободной горящей дуги составляет 8 мм, а при сжатии ее инертным газом - 4 мм, что увеличивает плотность мощности до значения 10³ Вт/см². Это приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя глубиной до 1,2 мм, что в свою очередь приводит к повышению износостойкости детали.

Величина твердости и прочности зоны воздействия электрической дуги определяется полученной микроструктурой. Структура и твердость поверхности обработанной стали зависит от степени науглероживания поверхностного слоя. При обработке происходит насыщение металла углеродом до 0,6%, вследствие чего структура состоит из мартенсита, который имеет повышенную твердость.

На чертеже представлена схема упрочнения стальных изделий.

Между деталью 1 и угольным электродом 2 горит электрическая дуга 3 в среде инертного газа. Газ подается в сопло 4. Электрод перемещается относительно детали со скоростью V. Электрод 2 охлаждается водой.

Пример: Обработку электрической дугой, горящей между графитовым электродом и поверхностью детали из малоуглеродистой стали 20, осуществляют на следующих режимах: ток дуги 130 А, напряжение 40 В, расстоянием между электродом и образцом 8 мм, относительное перемещение детали и электрода 0,03 м/с, расход газа 0,2 м³/ч. Пятно нагрева при сжатии дуги газом аргоном составляет 4 мм, величина плотности мощности составляет 10³ Вт/см². Полученный при обработке поверхностный слой имеет глубину 1,2 мм и твердость до 60 HRc.

1. Авторское свидетельство SU №1289078, кл. С 21 D 1/06, 1/09, опубл. 1984.

2. Авторское свидетельство СССР №1804149, кл. С 23 С 8/52, опубл. 1990.

Способ упрочнения поверхности стальных изделий, включающий нагрев электрической дугой обратной полярности, зажигаемой между графитовым электродом и поверхностью изделия, при относительном перемещении дуги и изделия, отличающийся тем, что электрическую дугу сжимают струей инертного газа до значения плотности мощности 10³ Вт/см².