Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: обработка изделий из металлов и их сплавов. Сущность изобретения: одновременно с наложением ультразвука поверхность изделия нагревают источником с высокой плотностью энергии, например лучом лазера, до температур, не превышающих Ac1 , и охлаждают. В зоне комбинированного воздействия формируется особое напряженное состояние, которое способствует ускорению всех процессов, требующих для своего развития термической активации.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2025505
Класс(ы) патента: C21D1/09
Номер заявки: 5018305/02
Дата подачи заявки: 20.12.1991
Дата публикации: 30.12.1994
Заявитель(и): Гуреев Дмитрий Михайлович; Медников Сергей Иванович; Ямщиков Сергей Викторович
Автор(ы): Гуреев Дмитрий Михайлович; Медников Сергей Иванович; Ямщиков Сергей Викторович
Патентообладатель(и): Гуреев Дмитрий Михайлович; Медников Сергей Иванович; Ямщиков Сергей Викторович
Описание изобретения: Изобретение относится к обработке металлов и их сплавов с помощью концентрированных источников энергии.
Известен способ подготовки функциональных слоев (авторское свидетельство ЧССР N 238436, кл. C 21 D 1/09), заключающийся в нагреве поверхности изделий, изготовленных из металлов и их сплавов до температуры аустенизации источником с высокой плотностью энергии с одновременным воздействием на изделие ультразвуковых колебаний в диапазоне 15-213 кГц в непрерывном или импульсном режиме. Целью этого изобретения является повышение твердости.
К существенным недостаткам этого способа относится то, что повышение твердости осуществляется только за счет нагрева до температуры аустенизации, хотя известно, что для ряда материалов повышение твердости достигается и при более низких температурах, например, в процессе отпуска и старения.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ термообработки высокоуглеродистых, преимущественно подшипниковых сталей, включающий в себя нагрев до температуры в интервале АС1СТ с одновременным наложением ультразвуковых колебаний [1]. В данном способе также предусматривается наложение ультразвуковых колебаний в процессе выдержки или охлаждения при температуре на 20-30оС ниже АС1. В результате предлагаемой обработки ускоряется сфероидизация карбидов.
Недостатком такого способа является то, что для осуществления сфероидизации карбидов предлагается нагрев только до температур на 20-30оС ниже АС1, хотя в ряде сплавов сфероидизация карбидов может происходить и при более низких температурах. Основным недостатком данного способа является существенная продолжительность процесса обработки, связанная с невысокими скоростями нагрева и охлаждения, а также выдержкой при температуре нагрева.
Цель изобретения состоит в сокращении длительности структурно-фазовых превращений, протекающих в металлах и их сплавах при нагреве до температур ниже температуры аустенизации.
Это достигается тем, что в способе обработки изделий из металлов и их сплавов, включающем нагрев поверхности изделий ниже температуры аустенизации с одновременным воздействием ультразвуковыми колебаниями, нагрев осуществляют источником с высокой плотностью энергии, например, лучом лазера.
Для предлагаемого технического решения и его признаков характерно следующее отличительное свойство. Наложение на металлы и их сплавы ультразвуковых колебаний и одновременный нагрев их источником с высокой плотностью энергии в интервале температур, не превышающем температуру аустенизации, приводит к формированию в объеме особого напряженного состояния, характеризующегося интенсивными процессами размножения, взаимодействия и движения дислокаций, и других дефектов кристаллического строения. В результате этого, несмотря на относительно невысокий нагрев, структурно-фазовые превращения, процессы типа диффузии и рекристаллизации, требующие для своего развития термической активации, резко ускоряются и протекают за очень малое время.
Для технических свойств аналога и прототипа также характерна возможность протекания структурно-фазовых превращения, но при более высокой температуре (выше температуры аустенизации) для первого способа и с большей длительностью для последнего.
Вышеупомянутые свойства не совпадают, поэтому заявленное техническое решение соответствует критерию охраноспособности "изобретательский уровень".
Предлагаемый способ лазерно-ультразвуковой обработки реализован следующим образом.
В образец из высокохромистого чугуна ИЧХ16НМФТЛ, используя непосредственный акустический контакт колебательной системы с образцом, вводились ультразвуковые колебания с частотой 45,8 кГц и амплитудой 7 мм. Одновременно поверхность образца нагревалась лучом непрерывного СО2-лазера ЛГН-702 с мощностью излучения 550 Вт до температуры 700оС. Данная температура характеризуется тем, что она ниже температуры аустенизации, но достаточная для выделения из пересыщенного аустенита высокохромистого чугуна дисперсных карбидов типа (Cr, Fe)7C3.
Эффективность предлагаемого способа оценивалась по интенсивности процесса выделения дисперсных карбидов в высокохромистом чугуне и по времени, затрачиваемому на проведение обработки.
Рентгено-структурный фазовый анализ показал, что в высокохромистом чугуне после лазерно-ультразвуковой обработки количество карбидной фазы (Cr, Fe)7C3 возросло на 5,8%. Длительность обработки для каждой точки на поверхности образца, включая нагрев и охлаждение, не превышала 2 с. Для сравнения проводилась обработка образцов из высокохромистого чугуна в печи ПМ-8, которая включала в себя нагрев до 700оС, выдержку и охлаждение на воздухе. Эксперименты показали, что для достижения аналогичного результата (прироста карбидной фазы (Cr, Fe)7C3 на 5,8%) требуются значительные выдержки при температуре нагрева, вследствие чего полностью термообработка осуществляется не менее чем за 4,5 ч. В случае нагрева с применением индукционной печи, введения в образец ультразвуковых колебаний и охлаждения сжатым воздухом (обработка по способу-прототипу [1]) длительность термообработки колеблется в пределах 50-135 мин, что на 3-4 порядка больше по сравнению с длительностью обработки по предлагаемому способу.
Эффективность лазерно-ультразвуковой обработки подтверждается также и вторым экспериментом.
В образец из высокохромистого чугуна ИЧХ16НМФТЛ, предварительно закаленный от 980оС в масло, вводились ультразвуковые колебания с частотой 45,8 кГц и амплитудой 7 мкм. Одновременно поверхность образца нагревалась лучом непрерывного СО2-лазера ЛГН-702 с мощностью излучения 550 Вт до температуры 500оС. В данном эксперименте оценивались интенсивность процесса распада остаточного метастабильного аустенита, появившегося в чугуне после закалки в масло, и время, затрачиваемое на проведение обработки.
Рентгено-структурный фазовый анализ (метод гомологических пар) показал, что в чугуне после обработки по предлагаемому способу количество остаточного аустенита снизилось с 32,6 до 12,8%. При этом длительность обработки для каждой точки на поверхности образца, включая нагрев и охлаждение, находилась в пределах 2 с.
Для сравнения проводилась обработка образцов из той же марки чугуна в печи ПМ-8. Установлено, что при печном нагреве, выдержке при 500оС и охлаждении на воздухе для распада остаточного аустенита с 32,6 до 12-13% требуется не менее 3,2 ч. При обработке же по способу-прототипу, включающему в себя нагрев в индукционной печи, наложение на образец ультразвуковых колебаний и охлаждение сжатым воздухом, длительность обработки может быть снижена до 50 мин, что также значительно больше по сравнению с длительностью обработки по предлагаемому способу.
Сокращение длительности процессов, протекающих в чугуне при обработке по предлагаемому способу, можно объяснить следующим.
При одновременном воздействии на образец ультразвуковых колебаний и лазерного излучения в зоне комбинированного воздействия формируется особое напряженное состояние, характеризующееся интенсивными процессами эволюции дислокационной подсистемы материала. Это, как известно, приводит к ускорению всех процессов (диффузии, рекристаллизации и т.п.), которые для своего развития требуют термической активации.
Формула изобретения: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, включающий нагрев до заданной температуры с одновременным наложением ультразвуковых колебаний и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев ведут источником с высокой плотностью энергии до температур, не превышающих Ac1.