C22F1 / 18 - тугоплавких або жаростійких металів або їх сплавів
Власники патенту RU 2550674:
Товариство з обмеженою відповідальністю "Інформаційні супутникові системи" імені академіка М.Ф. Решетньова "(RU)
Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до вакуумної хіміко-термічній обробці деталей. Спосіб отримання зносостійких покриттів на поверхні виробів з титану і його сплавів включає попередню підготовку виробів шляхом їх відпалу і механічної обробки і альфірованіе виробів. Альфірованіе здійснюють в електропечі при температурі 760 ÷ 780 ° C у вакуумі 10 -1 ÷ 10 -3 мм рт.ст. протягом 1,5 ÷ 2 ч, далі вироби охолоджують спочатку в вакуумі разом з піччю, а потім на атмосферному повітрі з отриманням альфірованного шару 0,007-0,02 мм і твердістю 600-900 HV. Спрощується процес підготовки оброблюваних деталей до процесу альфірованія, знижується тривалість процесу отримання зносостійкого покриття. Підвищується поверхнева твердість дифузійного шару до 600-900 HV при збереженні екологічної чистоти процесу. 2 мул.
Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до вакуумної хіміко-термічній обробці деталей при пічному нагріванні, а саме до способів отримання зносостійких покриттів, і може знайти застосування в приладобудуванні, в літакобудуванні і космічній техніці.
З рівня техніки відомий спосіб хіміко-термічної обробки деталей з титанових сплавів (Патент RU №2460826), що включає насичення поверхні деталей азотом і вуглецем в тигельної або електродної ванні з розплавом солей, розігрітих до температури 800 ° C.
Недоліком відомого способу є те, що для обробки використовується розплав солей, що вимагає спеціального устаткування і пристроїв для витяжки та уловлювання випарів солей, а також спеціальний захист органів дихання робітника від випарів солей.
Недоліком відомого способу є те, що спосіб характеризується тривалим і трудомістким циклом виготовлення, що вимагає великої кількості одиниць спеціального технологічного устаткування.
Відомий спосіб виготовлення тензорезисторов для вимірювання деформацій поверхні (Патент RU №2389973), що включає шліфування поверхні виробу з титанового сплаву марки ВТ20, альфірованіе титанового зразка, тобто оксидування в умовах особливого псевдоожиженного стану підігрітого піску, яке досягається примусовою подачею стисненого повітря. Оксидування в киплячому шарі проводять на спеціальній установці, що складається з шахтної нагрівальної печі, реактора з нержавіючої сталі і приладів контролю за режимом протягом 5 годин. При цьому відбувається насичення поверхні киснем і виходить шар оксиду титану TiO2. Після виконання оксидування в киплячому шарі зберігається клас чистоти обробки поверхонь.
Недоліком відомого способу є те, що для оксидування деталей застосовується шкідливий для здоров'я матеріал - пісок. Для захисту від шкідливого впливу пилу піску на органи дихання робочого потрібні спеціальне обладнання і засоби захисту. Недоліком даного способу також є тривалість і трудомісткість процесу.
Також відомий спосіб альфірованія деталей з титанових сплавів (інструкція №696-70 ВІАМ), в якому оброблювані вироби попередньо готують до альфірованію (піддають механічній обробці, отжигают в електропечі), потім упаковують в сталеві коробки з піском або графітом (попередньо прожареним) і поміщають в електропіч для альфірованія при температурі 700 ° C протягом 10 годин, а при температурі 800 ÷ 850 ° C протягом 2 ÷ 8 годин. Після завершення процесу альфірованія, деталі охолоджують на повітрі і піддають ретельному візуальному огляду та вимірюванню геометричних параметрів.
Даний спосіб обраний в якості прототипу як найбільш близький до способу по пропонованого винаходу.
Недоліком відомого способу є те, що для альфірованія деталей застосовується шкідливий для здоров'я матеріал - пісок. Для захисту від шкідливого впливу пилу піску на органи дихання робочого потрібні спеціальне обладнання і засоби захисту. Недоліком даного способу також є тривалість і трудомісткість процесу.
Завдання, на вирішення якої спрямовано заявлене винахід, полягає в розробці способу отримання зносостійкого альфірованного покриття на поверхні виробів з титану і його сплавів, що виключає недоліки прототипу.
Призначення процесу альфірованія - зміцнення поверхні деталей з титану і титанових сплавів з метою підвищення їх зносостійкості і свінчіваемості.
Альфірованіе полягає в насиченні поверхні деталей киснем повітря при температурах (700 ÷ 850) ° C з утворенням на їх поверхні твердого зносостійкого дифузійного шару, що представляє собою твердий розчин кисню в титані.
Поставлена задача вирішується за рахунок того, що оброблювані деталі попередньо готують (отжигают в електропечі, піддають механічній обробці і промивають від мастильно-охолоджувальної рідини), потім поміщають на етажерку в вакуумну електропіч і при температурі (760 ÷ 780) ° C і регульованому вакуумі 10 -1 ÷ 10 -3 мм рт.ст. (0,1 ÷ 15 Па) проводять операцію альфірованія протягом 1,5 ÷ 2 ч. Після завершення процесу альфірованія, деталі охолоджують спочатку в вакуумі разом з піччю, а потім на повітрі і піддають ретельному візуальному огляду та вимірюванню геометричних параметрів.
Винахід пояснюється графіками, які показують температурно-часову залежність процесу насичення киснем поверхні виробів з титану і його сплавів двома способами для отримання альфірованного шару певної глибини і мікротвердості.
На фіг. 1 показаний, згідно прототипу, графік режиму насичення киснем поверхні виробів з титану і його сплавів, упакованих в коробки з піском для отримання альфірованного шару, глибиною h = 0,015 мм і мікротвердістю 450 ÷ 500 HV. Процес отримання зносостійкого покриття проводиться в електричній печі опору в повітряному середовищі.
На фіг. 2 показаний графік пропонованого режиму насичення киснем поверхні виробів з титану і його сплавів в середовищі вакууму, для отримання альфірованного шару, глибиною h = 0,007 ÷ 0,020 мм і мікротвердістю ≥600 HV.
Процес отримання зносостійкого покриття проводиться у вакуумній електричній печі опору (наприклад, типу РЕВ 3.3 / 11,5) в середовищі вакууму 10 -1 ÷ 10 -3 мм рт.ст. (0,1 ÷ 15 Па). Оброблювані деталі попередньо готують (отжигают в електропечі, піддають механічній обробці і промивають від мастильно-охолоджувальної рідини), потім поміщають на етажерку в вакуумну електропіч і при температурі (760 ÷ 780) ° C і регульованому вакуумі 10 -1 ÷ 10 -3 мм рт .ст. (0,1 ÷ 15 Па) проводять операцію альфірованія протягом 1,5 ÷ 2 ч. Після завершення процесу альфірованія деталі охолоджують спочатку в вакуумі разом з піччю, а потім на повітрі, і піддають ретельному візуальному огляду та вимірюванню геометричних параметрів.
Після кожного охолодження печі, перед розвантаженням оброблюваних деталей, в робочий простір електропечі напускається повітря за допомогою системи насосів і вентилів, передбачених конструкцією печі. Напущені в простір печі повітря навколишнього середовища для створення робочого вакууму містить кисень, якого достатньо для отримання альфірованного шару на поверхні деталей, глибиною 0,007 ÷ 0,020 мм, що, в свою чергу, не вимагає установки додаткового обладнання для створення робочого середовища в печі.
За допомогою графіків можна порівняти два способи режиму альфірованія і виділити переваги пропонованого режиму і недоліки прототипу.
1. Тривалість пропонованого режиму в два рази менше режиму прототипу.
2. Мікротвердість альфірованного шару вище мікротвердості, одержуваної по режиму прототипу.
В результаті альфірованія досягається практично бездеформаціонная термічна обробка, а на поверхні деталі утворюється дифузійний шар, глибиною 0,007 ÷ 0,020 мм, поверхня деталей набуває фактичну твердість від 600 до 900 HV по Віккерсу.
Досягнутий технічний результат полягає в підвищенні поверхневої твердості дифузійного шару при збереженні екологічної чистоти процесу (без використання захисту від окислення деталей методом їх пакування в пісок або графіт), зокрема якості хіміко-термічної обробки, рівня експлуатаційних властивостей найбільш навантажених і дорогих деталей космічних апаратів ( КА). Передбачається зниження експлуатаційних складнощів і розширення технічних можливостей способу. Передбачається також зниження енергоємності, вартості і трудомісткості обробки.
Спосіб отримання зносостійких покриттів на поверхні виробів з титану і його сплавів, що включає попередню підготовку виробів шляхом їх відпалу і механічної обробки і альфірованіе виробів, що відрізняється тим, що альфірованіе здійснюють в електропечі при температурі 760 ÷ 780 ° C у вакуумі 10 -1 ÷ 10 - 3 мм рт.ст. протягом 1,5 ÷ 2 ч, далі вироби охолоджують спочатку в вакуумі разом з піччю, а потім на атмосферному повітрі з отриманням альфірованного шару 0,007-0,02 мм і твердістю 600-900 HV.