RU2777087C1 - Способ упрочнения стальной поверхности - Google Patents
Способ упрочнения стальной поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777087C1 RU2777087C1 RU2022106599A RU2022106599A RU2777087C1 RU 2777087 C1 RU2777087 C1 RU 2777087C1 RU 2022106599 A RU2022106599 A RU 2022106599A RU 2022106599 A RU2022106599 A RU 2022106599A RU 2777087 C1 RU2777087 C1 RU 2777087C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel surface
- steel
- hardening
- carbon electrode
- ceo
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 3
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области упрочнения стали и может быть использовано в различных отраслях, например в металлургии, сельском хозяйстве, оборонной промышленности и машиностроении. Способ упрочнения стальной поверхности включает нагрев стальной поверхности электрической дугой обратной полярности, горящей с угольного электрода, перемещение угольного электрода вдоль стальной поверхности с одновременным перемещением в направлении стальной поверхности со скоростью, равной скорости его износа. На стальной поверхности до ее нагрева формируют пленку оксида церия (CeO2). Обеспечивается повышение износостойкости стальной поверхности за счет получения стальной поверхности с высокими физико-механическими свойствами при упрощении конструкции оборудования для осуществления предложенного способа. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области упрочнения стали путем нагрева электрической дугой обратной полярности с использованием угольного электрода и может быть использовано в различных отраслях - металлургии, сельском хозяйстве, оборонной промышленности, машиностроении и др.
Известен вибродуговой способ упрочнения поверхности стальных изделий (см. патент на изобретение РФ №2563572, МПК С23С 8/22, опубл. 20.09.2015). Способ включает цементацию поверхностного слоя стального изделия с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом из углеродсодержащего материала и упрочняемой поверхностью стального изделия с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности. Цементацию поверхностного слоя ведут пульсирующей дугой, для чего электроду из углеродсодержащего материала сообщают колебательные движения с частотой колебаний 5-20 Гц, при этом на каждом колебании электрод из углеродсодержащего материала вводят в контакт с упрочняемой поверхностью с продолжительностью контакта 0,02-0,05 с. Предлагаемый способ упрочнения обеспечивает глубину упрочнения слоя 1-3 мм и твердость HRC 55-60.
Однако он не позволяет получить высокую температуру в связи с последовательно повторяющимися моментами нагрева и остывания упрочняемой поверхности.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ упрочнения стальной поверхности по патенту на изобретение РФ № 2699599, МПК С23С26/00, опубл. 06.09.2019. Способ включает нагрев поверхности электрической дугой обратной полярности с использованием первого угольного электрода, перемещение первого угольного электрода вдоль упрочняемой поверхности и внесение керамических и/или легирующих добавок. При этом дополнительно к перемещению первого угольного электрода вдоль упрочняемой поверхности его перемещают в направлении упрочняемой поверхности со скоростью, равной скорости его износа, обеспечивая постоянный дуговой зазор. Упрочняемую поверхность впереди движущегося первого угольного электрода подогревают при помощи второй электрической дуги прямой полярности с использованием второго угольного электрода до температуры, не менее 800°C, а керамические и/или легирующие компоненты вносят в образующуюся позади первого угольного электрода ванну расплавленного металла в виде смеси порошков.
Недостатком заявляемого способа является его сложность, так как для реализации требуется второй электродов и внесение керамической добавки в процессе упрочнения, которое также требует дополнительного оборудования, а именно дополнительного источника питания, крепления и автоматического регулировки напряжения дуги на подогревающем электроде.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании на упрочняемой поверхности необходимого химического состава за счет протекания высокотемпературной перекристаллизации, рафинирующих, легирующие-модифицирующих процессов в условиях, защищенных от окружающей среды.
Технический результат заключается в повышение износостойкости стальной поверхности за счет получения стальной поверхности с высокими физико-механическими свойствами при упрощении конструкции оборудования для реализации предлагаемого способа.
Технический результат достигается тем, что в способе упрочнения стальной поверхности, включающем нагрев поверхности электрической дугой обратной полярности горящей с угольного электрода, перемещение электрода вдоль поверхности с одновременным перемещением в направлении поверхности со скоростью, равной скорости его износа, согласно решению, на упрочняемой поверхности до ее нагрева формируют пленку оксида церия (CeO2).
Изобретение поясняется чертежами, на фиг. 1 приведена блок схема установки для реализации способа, на фиг. 2 - приведен снимок полученной структуры где:
1 - упрочняемая поверхность;
2 - угольный электрод;
3 - электропривод постоянного тока 24 В;
4 - электропривод переменного тока 220 В;
5 - регулируемый преобразователь частоты 220 В;
6 - источник питания электрической дуги;
7 - блок автоматической регулировки напряжения дуги;
8 - зерна игольчатого цементита;
9 - зерна перлита.
Способ упрочнения стальной поверхности осуществляется следующим образом.
На упрочняемой поверхности 1, например, стали марки Ст. 3, формируют пленку оксида церия (CeO2). Оксид церия имеет высокую адгезию, вследствие чего его достаточно просто нанести на поверхность тонким слоем с последующим удалением излишков. Однако при этом трудно контролировать равномерность распределения. Предпочтительнее наносить пленку в виде суспензии. Для этого порошок оксида церия смешивают со спиртом до консистенции, которую можно без проблем распылить пульверизатором или обмакнуть деталь в ванночку с суспензией. Экспериментальным путем было установлена оптимальная пропорция оксид церия (CeO2) к спирту 1 к 2.
Способ реализуется с помощью установки (фиг. 1), содержащей электропривод постоянного тока 24 В 3 для перемещения угольного электрода 2 над упрочняемой стальной поверхностью 1, перемещение которой в свою очередь контролируется электроприводом переменного тока 220 В 4. Электропривод 4 соединен с регулируемым преобразователем частоты 220 В 5, контролирующим скорость перемещения упрочняемой поверхности 3, обеспечивая постоянный дуговой зазор. Установка содержит источник питания электрической дуги 6 и блок автоматической регулировки напряжения дуги 7.
Поверхность 1 с нанесенной пленкой нагревают электрической дугой обратной полярности, горящей с угольного электрода 2. Перемещают электрод 2 вдоль упрочняемой поверхности 1 с одновременным перемещением в направлении упрочняемой поверхности со скоростью, равной скорости его износа, обеспечивая постоянный дуговой зазор.
Способ был реализован с помощью представленной установки. Для упрочнения выбрана сталь марки Ст. 3 со сформированной на ее поверхности пленкой CeO2. В результате нагрева стальной поверхности электрической дугой обратной полярности и перекристаллизации стали с использованием на поверхности пленки CeO2 образовалась твердая, плотная износостойкая структура с твердостью 67-74 HRC. В полученной структуре наблюдалось неравномерное распределение твердости, а именно приповерхностный слой имел твердость 72 - 74 HRC. На снимке (фиг. 2) на точках 8 видны зерна игольчатого цементита. На снимке также видны зерна перлита 9. Выше указанных точек отчетливо видно область с более плотно упакованными и широкими зернами игольчатого цементита. Они имели твердость 67-70 HRC. Также сохранилась переходная зона на не упрочненном металле на ферритную часть с твердостью не более 15 HRC. Такая многослойная монолитная структура обеспечивает отличную износостойкость, прочность и улучшение эффекта самозатачивания при высоком абразивном износе. При этом температура горения электрической дуги на упрочняемой поверхности может достигать температуры свыше 3500°С. Так как при нагреве поверхности происходит процесс кипения стали и оксида церия, температура кипения которого свыше 3500°С.
Срок службы деталей из получаемой структуры в 2-3 раз выше известных высокотемпературных сталей за счет структурных превращений.
Предлагаемый способ позволяет повысить температуру нагрева металла, вследствие чего отпадает необходимость в подогревающем электроде, который был использован в прототипе. Кроме того, не требуется внесение керамической добавки в процессе упрочнения, которое также требует дополнительного оборудования, что также приводит к упрощению установки для реализации способа.
Claims (4)
1. Способ упрочнения стальной поверхности, включающий нагрев стальной поверхности электрической дугой обратной полярности, горящей с угольного электрода, перемещение угольного электрода вдоль стальной поверхности с одновременным перемещением в направлении стальной поверхности со скоростью, равной скорости его износа, отличающийся тем, что на стальной поверхности до ее нагрева формируют пленку оксида церия (CeO2).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование пленки CeO2 осуществляют нанесением порошка на стальную поверхность с последующим удалением излишков.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование пленки осуществляют путем нанесения на стальную поверхность суспензии, полученной смешиванием порошка CeO2 со спиртом в соотношении 1 к 2.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что упомянутую суспензию наносят путем распыления или погружения упрочняемой стальной поверхности в ванночку с суспензией.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2777087C1 true RU2777087C1 (ru) | 2022-08-01 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2857501C1 (ru) * | 2025-09-05 | 2026-03-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Способ упрочнения стальной поверхности |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA772327A (en) * | 1967-11-21 | General Electric Company | Method and apparatus for the direct conversion of thermal to electrical energy | |
| EA200300299A1 (ru) * | 2000-09-06 | 2003-10-30 | Силиконель Удвиклинг Апс | Способ и устройство для производства электрической энергии |
| RU2252266C2 (ru) * | 2002-12-30 | 2005-05-20 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М.Ф. Решетнева | Способ упрочнения поверхности стальных изделий |
| RU2420601C1 (ru) * | 2010-03-09 | 2011-06-10 | Анатолий Афанасьевич Аникин | Способ упрочнения лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий |
| RU123413U1 (ru) * | 2012-05-22 | 2012-12-27 | Юрий Владимирович Кудрявцев | Передвижное устройство для нанесения покрытий металлизацией |
| EA201690315A1 (ru) * | 2013-12-16 | 2016-06-30 | Хэтч Лтд. | Электродные узлы с малым сопротивлением для производства металлов |
| RU2699599C1 (ru) * | 2018-10-26 | 2019-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Способ упрочнения стальной поверхности |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA772327A (en) * | 1967-11-21 | General Electric Company | Method and apparatus for the direct conversion of thermal to electrical energy | |
| EA200300299A1 (ru) * | 2000-09-06 | 2003-10-30 | Силиконель Удвиклинг Апс | Способ и устройство для производства электрической энергии |
| RU2252266C2 (ru) * | 2002-12-30 | 2005-05-20 | Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М.Ф. Решетнева | Способ упрочнения поверхности стальных изделий |
| RU2420601C1 (ru) * | 2010-03-09 | 2011-06-10 | Анатолий Афанасьевич Аникин | Способ упрочнения лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий |
| RU123413U1 (ru) * | 2012-05-22 | 2012-12-27 | Юрий Владимирович Кудрявцев | Передвижное устройство для нанесения покрытий металлизацией |
| EA201690315A1 (ru) * | 2013-12-16 | 2016-06-30 | Хэтч Лтд. | Электродные узлы с малым сопротивлением для производства металлов |
| RU2699599C1 (ru) * | 2018-10-26 | 2019-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Способ упрочнения стальной поверхности |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2857501C1 (ru) * | 2025-09-05 | 2026-03-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" | Способ упрочнения стальной поверхности |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| IL46078A (en) | Method of case-alloying metals such as steel or cast iron | |
| Plotnikova et al. | Perspective of high energy heating implementation for steel surface saturation with carbon | |
| Cheng et al. | Improvement in corrosion resistance of a nodular cast iron surface modified by plasma beam treatment | |
| Xie et al. | Corrosion characteristics of plasma-sprayed Ni-coated WC coatings comparison with different post-treatment | |
| Karamış et al. | Surface modification of nodular cast iron: A comparative study on graphite elimination | |
| Vu et al. | Surface saturation with carbon using plasma arc and graphite coating | |
| JP2001503104A (ja) | 耐磨耗性のカムシャフトおよびその作製方法 | |
| Yan et al. | Surface treatment of 45 steel by plasma-arc melting | |
| RU2686505C1 (ru) | Способ плазменной обработки металлических изделий | |
| RU2685613C1 (ru) | Способ формирования покрытия, содержащего интерметаллические соединения системы Ni-Al, на подложке из алюминия или его сплава | |
| Van Huy et al. | Developing installation to increase cylindrical part surface hardness | |
| Saraev et al. | Control of structure and properties of deposited wear-resistant coatings by modification of the melt of the low-frequency modulation take | |
| Saraev et al. | Influence of energy impact on the structure formation and properties of deposited coatings | |
| Saraev et al. | Influence of energy action modes on heat and mass transfer of surfacing material, formation of structure and properties of coatings | |
| Khafizov et al. | Determination of regression materials mircohardness, processed by low-temperature plasma dependence on process conditions | |
| RU2754915C1 (ru) | Способ плазменной обработки металлических изделий | |
| Dong et al. | Strengthening mechanism of heat treatment on Al-25Si based coating: Microstructure evolution, mechanical properties, and tribological behavior | |
| Savulyak et al. | Modification of surfaces of steel details using graphite electrode plasma | |
| RU2095463C1 (ru) | Способ нанесения покрытий на металлические изделия | |
| Yan et al. | Effect of plasma-arc scanning on the wear resistance of gray iron | |
| SU1411102A1 (ru) | Способ нанесени порошковых покрытий на поверхность деталей | |
| RU2252266C2 (ru) | Способ упрочнения поверхности стальных изделий | |
| RU2718017C1 (ru) | Комбинированный способ упрочнения металлических поверхностей деталей машин, работающих в условиях абразивного изнашивания | |
| Kon et al. | Structural characterization of boro-titanized aisi 1040 steel | |
| SU1475975A1 (ru) | Способ лазерной химико-термической обработки стальных изделий |