Способ упрочнения изделий из металла или сплава, или сверхтвердого или графитсодержащего материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛА ИЛИ СПЛАВА, ИЛИ СВЕРХТВЕРДОГО ИЛИ ГРАФИТСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Шеменков Владимир Михайлович Короткевич Александр Федорович(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(56) ХОДЫРЕВ В.И. и др. Вестник Могилевского государственного технического университета. - 2002. -2(3). С. 159-163.6404 1, 2004.2026419 1, 1995.2001073112 , 2001.(57) Способ упрочнения изделий из металла или сплава, или сверхтвердого или графитсодержащего материала, при котором размещают изделия на катоде и обрабатывают поверхности изделий плазмой тлеющего разряда, возбужденного в вакууме с разряжением 10-2-10-1 мм ртутного столба при напряжении 1-5 кВ, плотности тока 0,005-0,05 мА/см 2, с расстоянием между электродами 600-800 мм в течение 15-45 мин. Изобретение относится к области обработки изделий из металлов, сплавов и графитсодержащих материалов немеханическими способами и может найти применение в приборостроении, машиностроении, инструментальном производстве, а также в других отраслях промышленности. Известен способ упрочнения методом ионно-плазменной обработки, при котором вещество осаждаемого металла в вакууме последовательно превращают в газ, пар, ионизированный пар и осаждают в атмосфере реакционного или нейтрального газа в виде конденсата на упрочняемую поверхность. Однако при упрочнении по данному способу необходимо производить предварительную подготовку и подогрев до температуры 900-1100 С осаждаемой смеси, что приводит к необходимости использования специальных устройств для ее подготовки производить предварительный подогрев упрочняемого изделия до температуры 1030-1060 С, что может привести к изменению геометрических форм и размеров обрабатываемых изделий,что недопустимо для ответственных и длинных деталей. Используемая смесь является токсичной и требует применения специальных устройств очистки и фильтрации выбросов. Способ эффективен лишь при тщательной очистке поверхностей упрочняемого изделия 1. 14716 1 2011.08.30 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному изобретению является способ упрочнения изделий из металлов и сплавов, при котором упрочнение изделий осуществляется при напряжении горения разряда 25 кВ, плотности тока 0,05-0,4 мА/см 2, с расстоянием между катодом и анодом 300-600 мм в течение 45-90 мин. 2. Однако указанный способ упрочнения изделий из металлов и сплавов имеет малую производительность процесса и низкие технологические возможности в связи с относительно большим временем обработки и малой эффективной площадью катода. Задачей настоящего изобретения является повышение производительности процесса упрочнения за счет уменьшения времени, необходимого на обработку, и расширение технологических возможностей процесса упрочнения изделий из металлов, сплавов, сверхтвердых и графитсодержащих материалов за счет повышения межкатодного расстояния. Указанная задача достигается использованием способа упрочнения изделий из металла или сплава, или сверхтвердого или графитсодержащего материала, при котором размещают изделия на катоде и обрабатывают поверхности изделий плазмой тлеющего разряда,возбужденного в вакууме с разряжением 10-2-10-1 мм ртутного столба при напряжении 15 кВ, плотности тока 0,005-0,05 мА/см 2, с расстоянием между электродами 600-800 мм в течение 15-45 мин. Согласно изобретению, происходит модификация структуры приповерхностного слоя изделия в среде плазмы тлеющего разряда, возбуждаемого в вакууме с разряжением 10-210-1, напряжением 1-5 кВ при обеспечении расстояния между анодом и катодом в интервале 600-800 мм, при плотности тока 0,005-0,05 мА/см 2 в течение 15-45 мин посредством потока положительно заряженных частиц. Модификация приповерхностных слоев изделия осуществляется в среде остаточных атмосферных газов при нагреве изделия в процессе обработки не более 150 С, что позволяет сохранить конструктивные и геометрические параметры обрабатываемых изделий. Сущность способа заключается в том, что упрочнение осуществляется без специально приготовленной и вводимой в камеру рабочей среды (азот или азотсодержащие газы), изделия упрочняются при более низких температурах, не вызывающих термических превращений, более высоком электрическом потенциале, за более короткое время за счет изменения свойств поверхностного слоя вследствие торможения в нем налетающих заряженных частиц, в результате чего повышается эффективность упрочнения - повышается стойкость и износостойкость материалов, сохраняются конструктивные и геометрические параметры изделий. Для реализации способа используют герметичную камеру с расположенными в ней катодом и анодом, подключенными к высоковольтному источнику питания. Пример 1. Изделия - многогранные неперетачиваемые пластины из твердого сплава ВК 8 ГОСТ 3883-84 - помещаются на катод, камера герметизируется и откачивается до давления 210-2 мм рт. ст., затем подается потенциал 1,5 кВ, при этом в межэлектродном пространстве (анод-катод) возникает тлеющий разряд с плотностью тока 0,05 мА/см 2 с электродвижущей силой. Заряженные частицы, вылетающие из анода, устремляются к катоду. Обладая кинетической энергией, они с большой силой ударяются о поверхность изделия,что приводит к изменениям физико-механических свойств и структуры приповерхностного слоя изделий, приводящим к повышению стойкости и износостойкости в процессе эксплуатации инструмента. Продолжительность процесса 30 мин. В результате упрочнения стойкость пластин повышается в среднем в 2 раза. Пример 2. По схожей технологии были обработаны токосъемники троллейбусов из углеграфита. Обработка проводилась при подающем потенциале 1 кВ и плотностью тока 0,005 мА/см 2, 2 14716 1 2011.08.30 продолжительность обработки составила 15-30 мин. Стойкость токосъемников повышается от 2,5 до 4 раз. Пример 3. Были обработаны партии многогранных неперетачиваемых пластин из твердого сплава Т 15 К 6 ГОСТ 3883-84. Обработка проводилась при подающем потенциале 2,5 кВ и плотностью тока 0,02 мА/см 2, продолжительность обработки 40 мин. Стойкость пластин повышается в 3 раза. Пример 4. Обработка по предлагаемой технологии штампов из стали 5 Х 3 В 3 МФС ГОСТ 5950-71,предназначенных для горячей высадки, повысила их стойкость в 6 раз. Обработка проводилась при подающем потенциале 4,5 кВ и плотностью тока 0,03 мА/см 2, продолжительность обработки 45 мин. Кроме изделий из твердых сплавов, инструментальных сталей и графитсодержащих материалов упрочнению подвергались изделия из стали У 10 ГОСТ 1435-90, стали 3 ГОСТ 380-94, стали 45 ГОСТ 1050-88, стали 12 Х 18 Н 10 Т ГОСТ 5949-75. Все обработанные материалы приобретают повышенную износостойкость от 1,5 до 4 раз. Использование предлагаемого способа упрочнения металлов, сплавов, сверхтвердых и графитсодержащих материалов по сравнению с существующими способами обеспечивает снижение энергоемкости за счет снижения необходимой мощности тлеющего разряда повышение производительности процесса упрочнения за счет сокращения времени,необходимого на обработку расширение технологических возможностей за счет возможности упрочнения изделий с большими габаритными размерами и увеличение количества одновременно обрабатываемых изделий. Источники информации 1. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение машиностроительных материалов Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М. Машиностроение, 1994. - С. 355-364. 2. Ходырев В.И., Короткевич А.Ф., Шеменков В.М. Прогрессивные электрофизические методы упрочнения твердосплавного инструмента // Электромеханика, приборостроение и информатика. Вестник МГТУ. - 2002. -2 - С. 159-163. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3