1. Искробезопасные борсодержащие термодиффузионные слои на углеродистых конструкционных сталях.
Разработка относится к области металлургии, а именно созданию сплавов и покрытий высокой искробезопасности и может быть использована для упрочнения стальных деталей и обеспечения повышенной искробезопасности в условиях фрикционного контакта.
Разработаны составы насыщающих сред и определены условия насыщения для обеспечения высоких показателей износостойкости в условиях трения скольжения и искробезопасности покрытий диффузионного типа на сталях, полученных в процессе комплексной обработки в борсодержащей среде.
Образцы испытаны в условиях искрообразования на специально сконструированном модуле с максимальной скоростью фрикционного взаимодействия до 80 м/с.
В качестве результатов испытаний приведены фотографии искрообразования образцов из стали без покрытия (рисунок а) и с борсодержащим покрытием (рисунок б), при одинаковых условиях проведения испытаний. По представленным результатам подтверждается эффективность предлагаемой обработки, обеспечивающей низкий уровень искрообразования в условиях фрикционного контакта. Многокомпонентное насыщение, насыщение в системе на основе бора – эффективное технологическое решение для создания искробезопасных слоев на углеродистых сталях типа Сталь 40, Сталь 45 и др.
|
а) |
б) |
|
а – сталь 45 без покрытия; б – сталь 45 после насыщения поверхности борсодержащим комплексом Рисунок – Искрообразование исследуемых образцов |
|
2. Комплексные износостойкие борсодержащие термодиффузионные слои пониженной хрупкости.
Разработка относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке и может быть использована для изготовления диффузионно-упрочненных стальных деталей, имеющих повышенную долговечность при эксплуатации в условиях механического изнашивания с умеренными ударными нагрузками.
Способ термодиффузионного борирования хорошо известен и эффективен для многих изделий машиностроения, сельского хозяйства, строительства. Тем не менее, сдерживающим фактором активного внедрения данной технологии во многие области является повышенная хрупкость слоев и не способность работать в условиях ударных воздействий, которые вызывают скалывание образовавшегося слоя. Данная разработка за счет оригинальных составов смесей, управления температурно-временными показателями, проведения предварительной подготовки поверхности позволяет получать особую морфологию слоя, которая компенсирует упругие взаимодействия между структурными составляющими и обеспечивает повышенную пластичность слоя. В результате повышается стойкость в условиях умеренных ударных нагрузок и соответственно расширяется номенклатура упрочняемых изделий.
На рисунке приведена микроструктура модифицированного боридного слоя на стали, имеющая частичную фрагментацию игольчатой структуры за счет состава смеси, условий предварительной обработки и температурно-временных условий насыщения.
Рисунок – Микроструктуры модифицированного боридного слоя на стали
Максимальное значение микротвердости у данных слоев на сталях достигается у поверхности образца и может составлять 18 ГПа, что соответствует микротвердости фазы FeB.
Рассматриваемые комплексные покрытия имеют пониженную хрупкость, определенную по напряжению скола, в 1,5..1,8 раза меньше чем традиционное борирование. Функционально, такие слои за счет снижения хрупкости показывают высокие показатели износостойкости в условиях испытаний с умеренными ударными нагрузками.
3. Износо- и коррозионностойкие азот-, углерод-, борсодержащие композиционные покрытия на инструментальных сталях, полученные термодиффузионным насыщением и вакуумным осаждением.
Разработана гамма композиционных покрытий на основе TiN, TiAlN и др. полученных по технологии упрочнения, включающих предварительную химико-термическую обработку подложки и последующее нанесение вакуумного покрытия. В результате совместного применения химико-термической и вакуумной ионно-плазменной обработки на поверхности стального изделия путем термохимического воздействия и вакуумного осаждения формируется слой нового, отличного по составу и свойствам материала – композиционного покрытия «термодиффузионный слой – ионно-плазменное покрытие».
Микротвердость и износостойкость композиционных покрытий «термодиффузионный слой – покрытие TiAlN», получаемых в результате различных видов химико-термической обработки (ХТО) представлена в таблице ниже.
Таблица – Свойства сталей с диффузионными слоями и покрытием TiAlN
Для рассматриваемых покрытий отмечается неаддитивное повышение микротвердости и износостойкости поверхности стали в результате карбонитрации и нанесения покрытия TiN. Увеличение микротвердости и износостойкости от комплексной обработки более чем в 3,0…6,2 и 2,4…10,8 раза соответственно превышает суммарное увеличение названных свойств от карбонитрации и нанесения покрытия TiN в отдельности. Присутствие на стальной подложке карбонитридного слоя усиливает адгезию покрытий TiN и TiAlN и способствует их вязкому разрушению. Это связано с формированием переходного диффузионного слоя между термодиффузионным слоем и вакуумным покрытием и процессами вторичного структурообразования.
4. Наплавочные материалы и материалы для напыления, полученные термодиффузионным легированием.
Сущность разработки это использование поверхностно-легированного дискретного материала в виде порошка или дроби в качестве наплавочного сплава. Кроме этого эффективным является использование проволоки, которая после насыщения способна применятся для процессов наплавки и напыления (металлизации). В общем виде можно выделить следующие направления синтеза новых материалов для наплавки и напыления:
- поверхностное легирование флюсующе-упрочняющими элементами порошков чугунов, в том числе чугунной стружки (стружки чугунов: ИЧХ28Н2, СЧ20);
- поверхностное легирование флюсующе-упрочняющими элементами стальных порошков (порошки: ПР-сталь 45, ПР-10P6M5, ПР-Х18H9);
- поверхностное легирование флюсующе-упрочняющими элементами стальных проволок (проволоки: У7, сталь 08).
Рисунок – Диффузионно-легированные порошковые материалы для наплавки и напыления
Отличительная особенность – использование в качестве исходного компонента отходов производства в виде стружки или дроби. При этом достигается резкое снижение затрат на наплавочный материал. Применяется такой материал, как правило, для индукционной наплавки. Порошковую шихты наносят на обрабатываемую поверхность слоем заданной толщины, затем индуктором разогревают поверхность детали и порошок. Формируется износостойкая наплавка толщиной порядка 1,0 – 2 мм. Пористость полученных слоев составляет порядка 3 – 5 %. При использовании чугунной дроби структура наплавленного слоя имеет участки доэвтектического, эвтектического и заэвтектического строения, твердость наплавленных слоев до 60 HRC.
5. Высокоэффективная технологии термодиффузионного цинкования стальных изделий.
Сущность разработки это формирование защитного слоя путем термодиффузионной обработки в порошковых средах на основе отходов горячего цинкования.
В результате обеспечивается высокая экономическая эффективность термодиффузионного цинкования обусловленная использованием синтетических сред на основе отходов горячего цинкования;, а также экономия энергоресурсов за счет устранения заключительных операций термической обработки изделий, объединение в одну технологическую операцию нанесение защитного слоя и формирование требуемых эксплуатационных свойств изделий.
Технология обеспечивает обработку изделий с поверхностью любой сложности. Покрытие однородно и в точности повторяет профиль поверхности. Кроме этого формируется отличная адгезия с лакокрасочными покрытиями без использования грунтовок. Практически все виды промышленных красок хорошо прилегают к данному покрытию, что, практически исключает вздутие и отслоение красок от поверхности.
Образующаяся структура и фазовый состав слоя обеспечивают повышенную стойкость к коррозионному разрушению и механическим воздействиям (максимальная интегральная микротвердость из всех известных цинковых покрытий, до 4500 МПа). Процесс термодиффузионного цинкования является экологически безопасным, т.к. процесс протекает в герметично закрытых контейнерах.
Рисунок – Крепежные элементы после термодиффузионного цинкования
