×
27.07.2015
216.013.688f

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области термической, химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности. Способ упрочнения поверхностей деталей из титановых сплавов включает азотирование с последующим отжигом. Азотирование деталей проводят в вакуумной камере в газовой смеси 15 мас.% азота и 85 мас.% аргона при температуре 650-700°C путем вакуумного нагрева в плазме повышенной плотности с эффектом полого катода. Плазму повышенной плотности формируют между деталью и экраном, выполненным с отверстиями и изготовленным из титанового сплава, затем проводят вакуумный диффузионный отжиг в аргоне при температуре 800-850°C. Повышается твердость и контактная износостойкость титановых сплавов, при меньшем давлении рабочего процесса и меньшем временем выдержки. 3 ил., 1 пр.
Основные результаты: Способ упрочнения поверхностей деталей из титановых сплавов, включающий азотирование с последующим отжигом, отличающийся тем, что азотирование деталей проводят в вакуумной камере в газовой смеси 15 мас.% азота и 85 мас.% аргона при температуре 650-700°C путем вакуумного нагрева в плазме повышенной плотности с эффектом полого катода, причем плазму повышенной плотности формируют между деталью и экраном, выполненным с отверстиями и изготовленным из титанового сплава, затем проводят вакуумный диффузионный отжиг в аргоне при температуре 800-850°C.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области термической, химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности.

Известен способ поверхностного упрочнения изделий из титана и титановых сплавов (патент РФ №2318077, C23C 8/06, 04.07.2006), который проводят при помощи термообработки. Термообработку проводят в активной газовой среде. Затем осуществляют частичное удаление газонасыщенного слоя, обладающего повышенной хрупкостью, травлением. Глубину зоны, обладающей повышенной хрупкостью, определяют по формуле, также глубина может быть определена по среднему расстоянию между трещинами, образующимися в газонасыщенном слое при разрушении образца изгибом.

Недостатками данного способа являются:

- высокая трудоемкость;

- снижение ресурса работы в условиях интенсивного износа, так как при обработке данным способом травитель может удалить часть диффузионной зоны с поверхности деталей.

Известен способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов (патент РФ №2346080, C23C 8/02, 25.01.2007), который проводят при помощи электроискрового легирования поверхностного слоя с последующим оксидированием или азотированием. Электроискровое легирование проводят нитридообразующими элементами или сплавами на их основе. Затем осуществляют термическое оксидирование в окислительной воздушной среде при температуре 600-800°C в течение 2-16 часов или диффузионное азотирование, проводят в каталитически приготовленных газовых аммиачных средах при температуре 500-680°C в течение 15-40 часов.

Недостатками данного способа являются:

- высокая трудоемкость;

- большая длительность процесса;

- азотирование титанового сплава проводят в аммиачной среде, что может приводить к охрупчиванию поверхности вследствие образования гидридов титана.

Известен способ азотирования стальных изделий в тлеющем разряде (патент РФ №2276201, C23C 8/36, 9.11.2004), который осуществляют путем вакуумного нагрева изделий в плазме азота повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет эффекта полого катода. Процесс азотирования проводят при температуре 700-750°C. После азотирования проводят поверхностную закалку охлаждением в потоке аргона со скоростью, превышающей критическую скорость закалки стали.

Недостатками данного способа являются:

- невозможность проведения азотирования титановых сплавов в плазме повышенной плотности, так как применение стальных экранов может приводить к попаданию распыленных частиц железа на обрабатываемую поверхность и блокированию диффузии азота вглубь обрабатываемой поверхности;

- снижение эффективности диффузии азота вглубь изделий, так как азотирование проводят в среде азота, что приводит к образованию сплошной нитридной пленки на поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ упрочнения титановых сплавов в газовой среде (патент РФ №2365671, C23C 8/80, 06.12.2007), по которому проводят высокотемпературное азотирование при температурах 700-750°C в течение 10-30 мин. Затем проводят восстановительный отжиг в аргоне при температуре, превышающей температуру азотирования на 100-150°C, время отжига вычисляют по формуле

τотж=0,75·(Kазот/Kр)·exp(Eр/RTотж-Eазот/RTазот)·τазот,

где Kазот, Kр - эмперические коэффициенты учитывающие соответственно скорость образования и скорость растворения нитридного газонасыщенного слоя, мкм2/с;

Eазот - энергия активации процесса, контролирующего повышение концентрации азота в охрупченном азотированием слое, Дж/моль;

Eр - энергия активации процесса, контролирующего понижение концентрации азота в охрупченном азотированием слое, Дж/моль;

R - газовая постоянная, Дж/К·моль;

Tазот - температура азотирования, К;

Tотж - температура восстановительного отжига, К;

τазот - время азотирования, с.

Недостатками прототипа являются:

- снижение эффективности процесса насыщения при азотировании, так как высокотемпературная обработка в открытой атмосфере приводит к образованию оксидных пленок на обрабатываемой поверхности;

- небольшая продолжительность азотирования, вследствие чего образуется малая толщина диффузионной зоны либо диффузионная зона не образуется.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение содержания азота в обрабатываемой поверхности за счет азотирования в плазме повышенной плотности, что приведет к повышению твердости и, как следствие, к износостойкости, а также улучшение эксплуатационных характеристик, расширение функциональных возможностей способа, за счет последующего диффузионного отжига, что приведет к снижению хрупкости и повышению пластичности.

Техническим результатом является повышение твердости и контактной износостойкости титановых сплавов, при меньшем давлении рабочего процесса и меньшем времени выдержки.

Задача решается и технический результат достигается способом упрочнения титановых сплавов, включающим азотирование с последующим отжигом, по которому, согласно изобретению, азотирование проводят в вакуумной камере в газовой смеси 15 мас.% азота и 85 мас.% аргона при температуре 650-700°C путем вакуумного нагрева в плазме повышенной плотности с эффектом полого катода, причем плазму повышенной плотности формируют между деталью и экраном, выполненным с отверстиями и изготовленным из титанового сплава, затем проводят вакуумный диффузионный отжиг в аргоне при температуре 800-850°C.

Вакуумный диффузионный отжиг в аргоне проводят после азотирования с целью уменьшения толщины нитридного слоя, вследствие эффективной диффузии азота с поверхности вглубь материала под температурным воздействием.

Плазма повышенной плотности обеспечивается за счет эффекта полого катода.

Эффект полого катода проявляется в значительном повышении плотности тока, увеличении степени ионизации при одновременном снижении напряжения горения разряда.

Экран выполнен из титановой пластины с отверстиями.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображены параметры экрана для создания эффекта полого катода, где a - диаметр отверстия, b - расстояние между центрами отверстий. На фиг. 2 изображен экран из титанового сплава для создания эффекта полого катода. На фиг. 3 изображена схема реализации способа ионного азотирования титанового сплава в тлеющем разряде с эффектом полого катода.

Схема содержит источник питания 1, анод 2, катод 3, катод-деталь 4, экран 5, изготовленный из титанового сплава в виде пластины с отверстиями, установленный на определенном расстоянии от катод-детали 4, корпус из металла вакуумной камеры 6.

Пример конкретной реализации способа.

Способ осуществляется следующим образом: в вакуумной камере (фиг. 3) на определенном расстоянии от обрабатываемой поверхности устанавливают экран, выполненный из титанового сплава с расчетными параметрами a и b (b=2a) (фиг. 1), деталь и экран подключают к отрицательному электроду, герметизируют камеру и откачивают воздух до давления 133 Па. После эвакуации воздуха камеру продувают рабочим газом в течение 5-15 мин при давлении - 1330 Па, затем откачивают камеру до давления 20-30 Па, подают на электроды напряжение и возбуждают тлеющий разряд. При напряжении 900-1100 В на этой стадии осуществляется катодное распыление. После 5-20-минутной обработки поверхности по режиму катодного распыления напряжение понижают до рабочего, а давление повышают до 90 Па. Рабочая смесь имеет состав газов - 15% азота - 85% аргона.

С помощью эффекта полого катода, возникающего в полости между экраном и обрабатываемой поверхностью, происходит нагрев и азотирование детали в плазме повышенной плотности, обеспечивающий повышение твердости поверхности титанового сплава. Продолжительность насыщения составляет 4 часа при температуре 650-700°C.

После азотирования в камере повышают давление до 300 Па и проводят диффузионный отжиг при температуре 800-850°C в газовой среде аргона в течение 1 часа.

Азотирование в плазме повышенной плотности приводит к интенсификации процесса насыщения обрабатываемой поверхности азотом, что способствует увеличению диффузионной зоны, вследствие увеличения концентрации ионов азота в приповерхностном слое под действием осциллирующих электронов.

На поверхности после азотирования образуется нитридный слой толщиной 2…5 мкм для деталей, работающих при циклических нагрузках (деталь типа стакан), может произойти зарождение трещин под действием знакопеременных нагрузок.

Для ликвидации нитридного слоя после азотирования проводят диффузионный отжиг в газовой среде аргона, что приводит к уменьшению хрупкости, повышению на 10…15% характеристик пластичности сплавов, интенсификации диффузии азота вглубь рабочей поверхности.

Способ упрочнения поверхностей деталей из титановых сплавов, включающий азотирование с последующим отжигом, отличающийся тем, что азотирование деталей проводят в вакуумной камере в газовой смеси 15 мас.% азота и 85 мас.% аргона при температуре 650-700°C путем вакуумного нагрева в плазме повышенной плотности с эффектом полого катода, причем плазму повышенной плотности формируют между деталью и экраном, выполненным с отверстиями и изготовленным из титанового сплава, затем проводят вакуумный диффузионный отжиг в аргоне при температуре 800-850°C.
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 112.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5d55

Способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы ti-al

Изобретение относится к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и деталей машин и инструмента. Обрабатываемую деталь размещают в вакуумной камере установки, содержащей плазменный источник с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489514
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a5d

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноблочного лопаточного диска (блиска), преимущественно, для ротора газотурбинного двигателя. Получают лопатку с выступом, параметры которого обеспечивают присоединение к диску посредством линейной сварки трением. На лопатке выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496987
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7a5f

Способ линейной сварки трением лопаток с диском для получения блиска

Изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к способу изготовления моноблочного лопаточного диска преимущественно для использования в роторе газотурбинного двигателя. При изготовлении лопаточного диска, имеющего множество лопаток, присоединенных к диску радиально, формируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496989
Дата охранного документа: 27.10.2013
Показаны записи 1-10 из 142.
20.02.2013
№216.012.28a8

Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в высокоскоростных магнитоэлектрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей высокоскоростных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475928
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.03.2013
№216.012.3136

Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты)

Изобретение относится к области получения алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения. Для повышения механической прочности и электрической проводимости в алюминиевых сплавах системы Al-Mg-Si формируют два типа ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478136
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.04.2013
№216.012.3ae4

Способ изготовления антифрикционного слоя вкладышей подшипников скольжения

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к созданию поверхностного слоя с особыми свойствами на металлических изделиях типа тел вращения с помощью обкатки, выглаживания, дорнования или виброобработки, и может быть использовано для изготовления и ремонта вкладышей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480637
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.40f8

Износостойкий композиционный материал с эвтектическим инфильтрантом

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к композиционным материалам для вставок буровых шарошечных долот. Композиционный материал содержит каркас из карбида титана и инфильтрант - сплав эвтектического состава с краевым углом смачивания менее 90°, содержащий кобальт 12-20%; хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482202
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.50ca

Способ получения ультрамелкозернистой заготовки лопатки гтд из титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке титановых сплавов, и может быть использовано в авиадвигателестроении при получении заготовок лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Способ получения заготовки лопатки ГТД с ультрамелкозернистой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486275
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5d55

Способ получения износостойкого покрытия на основе интерметаллида системы ti-al

Изобретение относится к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и деталей машин и инструмента. Обрабатываемую деталь размещают в вакуумной камере установки, содержащей плазменный источник с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489514
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.6195

Образец для испытания диффузионного соединения листовых заготовок на сдвиг, способ его изготовления и испытания

Изобретение относится к испытательной технике. Образец содержит две соединенные внахлест пластины, образующие диффузионное соединение и имеющие совмещенные с ними накладки, расположенные с противоположных от соединения сторон. Сумма толщин первой пластины и совмещенной с ней первой накладки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490613
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.696e

Способ определения экологического состояния водоемов

Измеряют гидробиологические показатели - индекс сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечек. Одновременно измеряют гидрохимические показатели - водородный показатель, химическое потребление кислорода, концентрация растворенного кислорода и электропроводность. Рассчитывают сводный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492641
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e77

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица для высадки этих изделий содержит корпус, в который запрессованы последовательно расположенные коническая вставка с многогранным отверстием и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493930
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.78d6

Матрица для высадки многогранных деталей

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица содержит корпус, в который запрессована промежуточная втулка. В упомянутую втулку запрессована цилиндрическая вставка с многогранным отверстием, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496596
Дата охранного документа: 27.10.2013
+ добавить свой РИД