ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ № 42-029-05

Данная работа является результатом выполнения конструкторской разработки.

Обеспечение равномерной высокой твердости упрочненного слоя при одновременном снижении затрат на упрочнение деталей достигается тем, что согласно способу упрочнения деталей, включающему нанесение на поверхность детали присадки, нагрев и присадки упрочняемого места, присадку берут с содержанием углесодержащего вещества не менее 0,4%. Содержание оксидов железа в любом их соотношении не менее 1,0 % от массы присадки. Нагрев упрочняемого места ведут до 700-1500 ⁰ С и выдерживают в течение 2-300 секунд. Углеродосодержащее вещество целесообразнее применять в виде графита или сажи. Рекомендуется следующий состав присадки: (1,0 - 91,6)%FeOилиFe₂O₃илиFe₃O₄, (0,01-8,0)% примеси, графит или сажа остальное, а также (1,0-30,0)%FeOилиFe₂O₃илиFe₃O₄, (1,0-30,0)%Cr₂O_3,графит или сажа остальное.

Нагрев может производиться токами высокой или промышленной частоты, электрической дугой, плазмой или газовыми горелками. Нагрев упрочняемого места и присадки с содержанием углеродосодержащего вещества по массе не менее 0,4% и содержанием оксидов железа в любом их соотношении не менее 1% приводит к протеканию экзотермических реакций.

Образовавшийся углекислый газ защищает нагретую поверхность от окисления, оттесняя воздух от нагретого участка, а восстановленное железо активно взаимодействует с частью углерода присадки по реакции:

3Fe+C=Fe ₃C

Образовавшийся цемент повышает прочность и твердость наружной части детали. Одновременно оставшаяся часть углерода за счет диффузии проникает вглубь детали, что приводит к повышению твердости металла, а также к образованию цемента и специальных карбидов ( при наличии карбидообразующих элементов в металле детали. В связи с повышением температуры за счет протекания экзотермических реакций границы зерен упрочняемого металла вблизи поверхности находятся в твердожидком состоянии. В результате наблюдается интенсивная диффузия углерода по границам зерен вглубь металла, а затем в тела зерен с образованием твердой фазы - ледебурита.

В результате обработки в поверхностном слое образуется упрочненный слой с равномерной твердостью без наличия больших твердых и мягких участков, т.к. упрочнение получено за счет процесса диффузии, а не за счет перемешивания твердых зерен присадки и жидкой фазы основного металла.

При содержании в присадке менее 0,4% углеродсодержащего вещества или менее 1,0% оксидов железа в любом их соотношении значительного повышения твердости в упрочненном слое получить не удается. При нагреве поверхности детали ниже 700 ⁰С скорость диффузии углерода резко замедляется, а при нагреве выше 1500 ⁰С, в совокупности с протеканием экзотермических реакций, наблюдается интенсивное оплавление поверхности и твердые частицы присадки начинают перемешиваться с жидким металлом, что приводит к неравномерной твердости в поверхностном слое детали ( в основном из-за наличия включений оксидов железа).

Нагрев присадки и поверхности упрочняемого места детали можно осуществлять различными способами, например токами высокой частоты или промышленной частоты, электрической дугой, плазмой, газовыми горелками. Одним из отходов металлургического производства является окалина, образующаяся в большом количестве на станах горячей прокатки, которая состоит преимущественно из оксидов железа. Использование окалины в смеси с углеродсодержащим веществом, например, графитом или сажей, которые также могут быть отходами металлургического производства, в качестве присадки для упрочнения деталей обеспечивают равномерную высокую твердость упрочненного слоя при минимальных затратах на упрочнение. При этом утилизируются отходы металлургического производства.