×
17.08.2018
218.016.7c34

СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к обработке металлов поверхностной пластической деформацией и вакуумному ионно-плазменному азотированию и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из сталей. Способ низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда включает катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов. Указанный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда проводят при температуре 430С, причем сначала осуществляют поверхностную интенсивную пластическую деформацию посредством ультразвуковой обработки поверхности стального изделия с подачей инструмента S=2 м/мин, рабочей частотой f=22 кГц и частотой вращения детали N=30 об/мин. Обеспечивается осуществление низкотемпературной обработки в тлеющем разряде и повышение прочностных, трибологических характеристик поверхности, контактной долговечности и износостойкости стальных деталей. 4 ил., 1пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Способ относится к области обработки металлов поверхностной пластической деформацией и вакуумному ионно-плазменному азотированию и может быть использован в машиностроении и других областях промышленности для обработки широкого ассортимента деталей машин и инструмента, изготовленных из стали.

Известен способ (патент РФ №2362831, кл. С23С 8/38 27.07.2009) азотирования стальных изделий, заключающийся в том, что изделие в качестве катода помещают в емкость с анодом, заполненную азотосодержащей средой, затем на катод и анод подают постоянное напряжение, создавая между изделием и анодом электрическое поле, и осуществляют затем процесс насыщения поверхности изделия азотом, в качестве азотосодержащей среды и одновременно анода используют раствор электролита, при этом процесс азотирования ведут при атмосферном давлении, а к катоду и аноду подводят напряжение в интервале 15-315 В, причем процесс азотирования ведут в два этапа - подготовительный и собственно азотирование, при этом подготовительный этап проводят при плавно изменяемом напряжении в интервале 15-150 В, а процесс собственно азотирования ведут после образования газовой рубашки между изделием и электролитом при напряжении в интервале 150-315 В.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием низкотемпературной обработки материала детали.

Известен способ (патент РФ №2418095, кл. С23С 8/36, 29.06.2009) азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающий проведение вакуумного нагрева изделий в плазме азота повышенной плотности, по которому плазму азота повышенной плотности создают в тороидальной области движения электронов, образованной скрещенными электрическими и магнитными полями, причем под действием магнитного поля, создаваемого двумя цилиндрическими магнитами, один из которых полый, электроны движутся по циклоидальным замкнутым траекториям.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием низкотемпературной обработки материала детали.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ (патент РФ №2413784, кл. С23С 8/36, 08.04.2013) азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающий вакуумный нагрев изделий, являющихся катодом, в плазме азота повышенной плотности, которую формируют в прикатодной области пучком сгенерированных и ускоренных вспомогательным анодом электронов, при этом электроны, вылетающие из электронной пушки, направляют к аноду и к вспомогательному аноду, создавая электронный газовый поток, обеспечивающий столкновение электронов с нейтральными частицами и поддерживание существования плазмы, при этом скоростью движения электронов управляют посредством вспомогательного анода, подключенного к собственному источнику питания.

Недостатком аналога является высокая температура обработки (500-540°С) и взрывоопасность, обусловленная использованием в газовой смеси ацетилена.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей, обусловленных повышением прочностных, трибологических характеристик поверхности, контактной долговечности и износостойкости стальных деталей.

Технический результат - осуществление низкотемпературной обработки в тлеющем разряде и повышение прочностных, трибологических характеристик поверхности, контактной долговечности и износостойкости стальных деталей.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда, включающем катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотсодержащего и инертного газов, указанный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда проводят при температуре 430°С, причем сначала осуществляют поверхностную интенсивную пластическую деформацию посредством ультразвуковой обработки поверхности стального изделия с подачей инструмента S=2 м/мин, рабочей частотой f=22 кГц и частотой вращения детали N=30 об/мин.

Эффективность процесса ионного азотирования зависит от температуры, а именно, чем она выше, тем меньше длительность процесса азотирования при прочих равных условиях. Однако, при высокотемпературной обработке деталей со сложной конфигурацией возникает коробление детали, снижается качество поверхности из-за интенсивного ее распыления ионами насыщающей среды. Уменьшение температурного воздействия приводит к возрастанию длительности процесса, а в некоторых случаях диффузионное насыщение может вовсе остановиться.

Кроме температуры обработки на процесс диффузионного насыщения существенное влияние оказывает структура материала детали, например размер зерен и плотность дефектов на границах, которые оказывают стимулирующее воздействие на продвижение атомов азота вглубь материала при азотировании. Диффузионное насыщение удается повысить благодаря измельчению структуры материала детали и повышению плотности дефектов.

Измельчение структуры материала детали во всем ее объеме является трудоемким процессом. В этом случае рационально измельчать структуру в поверхностном слое. Для получения ультрамелкозернистого слоя часто используется способ поверхностной пластической деформации.

При поверхностной пластической деформационной обработке создание поверхностного слоя с ультрамелкозернистой структурой осуществляется в результате воздействия внешних сил на поверхность детали, реализуется пластическая деформация зерен. Во время обработки активизируется множество систем скольжения и создается большое количество различно ориентированных дислокаций. Под действием напряжений дислокации движутся и встречаются с перпендикулярно направленными дислокациями, где происходит их закрепление. Так в поверхностном слое формируются равноосные структуры в виде блоков (зерен), которые в зависимости от режимов обработки и применяемого способа поверхностной пластической деформации имеют средний размер D=100 нм…2 мкм. В результате поверхностной пластической деформационной обработки во время низкотемпературного ионного азотирования преимущественно происходит зернограничная диффузия, интенсифицируется процесс диффузионного насыщения.

Толщина измененного слоя Н в зависимости от режимов обработки и используемого метода поверхностной пластической деформации может достигать 0,05…2 мм. При этом измененный поверхностный слой имеет переходную зону между ультрамелкозернистой и крупнозернистой структурами толщиной h, в которой структура материала изменяется плавно от одного вида к другому. Этим обеспечивается хорошая совместимость свойств слоев друг с другом.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена принципиальная схема ультразвуковой обработки поверхности вала, здесь S - подача инструмента, м/мин, N - обороты изделия, об/мин, ƒ - частота ультразвуковых колебаний инструмента. На фиг. 2 изображена схема низкотемпературного ионного азотирования вала в тлеющем разряде, здесь 1 - источник питания, 2 - электрод-анод, 3 - подложка, 4 - обрабатываемая деталь, 5 - вакуумная камера. На фиг. 3 изображены кривые распределения микротвердости по глубине поверхностного слоя в поперечном сечении, здесь 6 - после дробеструйной обработки, 7 - после низкотемпературного ионного азотирования.

Пример конкретной реализации способа.

Реализация способа показана на примере обработки детали-вала, изготовленного из стали 30Х3ВА (ТУ 14-1-950-74). Данная деталь работает в условиях высоких температур (до 450°С) и знакопеременных нагрузок, что предопределяет проведение низкотемпературной поверхностной упрочняющей обработки. Перед операцией поверхностной пластической деформации заготовка проходила предварительную термическую обработку - закалку и отпуск по ТУ-14-1-950-74. Создание поверхностного слоя с ультрамелкозернистой структурой материала заключается в следующих действиях: поверхность детали обрабатывают путем ультразвуковой обработки с подачей инструмента S=2 м/мин, рабочей частотой ƒ=22 кГц и частотой вращения детали N=30 об/мин. В результате ультразвуковой обработки формируется ультрамелкозернистый слой материала детали толщиной Н. Распределение микротвердости в поперечном сечении детали после ультразвуковой обработки имеет вид кривой 6. Затем осуществляют низкотемпературное ионное азотирование в следующем порядке. Деталь 4 подключают к отрицательному электроду, герметизируют камеру и откачивают воздух до давления 10 Па. После эвакуации воздуха камеру продувают рабочим газом 5-10 минут при давлении 1000-1330 Па, затем откачивают рабочий газ до давления 20-30 Па, подают на электроды напряжение и возбуждают тлеющий разряд. При напряжении 800-1000 В осуществляют катодное распыление. После 5-10-минутной обработки по режиму катодного распыления напряжение понижают до рабочего, а давление повышают до 150 Па, необходимое для эффективной обработки. В качестве рабочего газа используется газовая смесь азота, аргона и водорода (N2 35% + Аr 35% + Н2 30%). Азотирование в тлеющем разряде производят при давлении газа p=150 Па, токе I=1,2 А и напряжении U=460 В в течение 10 ч и температуре 430°С. Каждые 15 минут осуществляют смену газовой смеси в камере, которая заключается в откачке рабочего газа до давления 75 Па и последующего его повышения до рабочего давления 150 Па. Все процессы проходят за один технологический цикл, в одной камере и в одной атмосфере. После обработки деталь вместе с вакуумной камерой охлаждают под вакуумом до комнатной температуры. По окончании охлаждения в вакуумную камеру напускают атмосферный газ и извлекают обработанную деталь. Распределение микротвердости в поперечном сечении детали после низкотемпературного ионного азотирования имеет вид кривой 7 (фиг. 4).

Заявляемый способ позволяет расширить функциональные возможности ионного азотирования и повысить прочностные, трибологические характеристики поверхности, контактную долговечность и износостойкость стальных деталей при низкотемпературной обработке в тлеющем разряде за счет формирования поверхностного слоя с ультрамелкозернистой структурой материала детали путем дробеструйной обработки.

Способ низкотемпературного ионного азотирования стального изделия в плазме тлеющего разряда, включающий катодное распыление, вакуумный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотосодержащего и инертного газов, отличающийся тем, что указанный нагрев изделия в плазме тлеющего разряда проводят при температуре 430°С, причем сначала осуществляют поверхностную интенсивную пластическую деформацию посредством ультразвуковой обработки поверхности стального изделия с подачей инструмента S=2 м/мин, рабочей частотой f=22 кГц и частотой вращения детали N=30 об/мин.
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 146.
26.08.2017
№217.015.edc7

Способ изготовления комбинированной полой лопатки турбомашины из алюминиевого сплава

Изобретение относится к способам изготовления лопаток турбомашин. Способ изготовления полой лопатки турбомашины из алюминиевого сплава заключается в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам из алюминиевого сплава заданного профиля и размеров, их фиксации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628843
Дата охранного документа: 22.08.2017
29.12.2017
№217.015.f0b8

Способ диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к способу диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя и устройству для диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя. Техническим результатом является повышение достоверности и быстродействия определения начала помпажа на всех режимах работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638896
Дата охранного документа: 18.12.2017
19.01.2018
№218.016.02c3

Способ управления стартер-генератором, интегрированным в газотурбинный двигатель, при коротком замыкании

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в авиационных стартер-генераторах, интегрированных в авиационный газотурбинный двигатель. Технический результат: стабильная работа системы защиты от короткого замыкания в стартер-генераторе при высокой температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630285
Дата охранного документа: 06.09.2017
19.01.2018
№218.016.05f3

Электропривод летательного аппарата (варианты)

Группа изобретений относится к авиакосмическим летательным аппаратам. Электропривод для летательного аппарата содержит корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер и систему управления....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630966
Дата охранного документа: 15.09.2017
19.01.2018
№218.016.0c45

Форсунка с ультразвуковым излучателем

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная форсунка для ДВС, содержащая составной корпус 1 с топливным каналом высокого давления 7, распылитель 3 с иглой 2, штангу 5. В верхней части корпуса 1 форсунки закреплен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632639
Дата охранного документа: 06.10.2017
20.01.2018
№218.016.10cf

Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа, в медицине и других отраслях промышленности. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633867
Дата охранного документа: 18.10.2017
20.01.2018
№218.016.153d

Устройство защиты от короткого замыкания высокотемпературного стартер-генератора обращённой конструкции

Использование: в области электротехники. Технический результат: защита от короткого замыкания стартер-генератора обращенной конструкции в составе газотурбинного двигателя в температурном режиме до 450°С за счет механического расцепления статора с неподвижным стержнем, сопровождающегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634836
Дата охранного документа: 07.11.2017
20.01.2018
№218.016.1b7e

Гибридный магнитный подшипник с использованием сил лоренца (варианты)

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Отличие по первому варианту гибридного магнитного подшипника с использованием сил Лоренца состоит в том, что введены две управляющие m-фазные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636629
Дата охранного документа: 24.11.2017
20.01.2018
№218.016.1d36

Способ изготовления полой лопатки газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя из титанового сплава. Используют трехслойные заготовки обшивок и/или заполнителя, причем внешние слои заготовок выполняют из титанового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640692
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d3f

Способ упрочнения и формирования винтового арматурного стержня

Изобретение относится к области упрочнения и формирования винтового профиля, в частности арматурных стержней, используемых для изготовления железобетонных элементов. Способ включает скручивание арматурной заготовки вокруг своей продольной оси. Повышение прочности арматурных стержней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640705
Дата охранного документа: 11.01.2018
Показаны записи 1-10 из 34.
10.12.2014
№216.013.0cd0

Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности, для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда включает катодное распыление, вакуумный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534697
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0da1

Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда включает размещение стальной детали и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534906
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0da2

Способ локальной обработки материала при азотировании в тлеющем разряде

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда включает размещение стальной детали и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534907
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.07.2015
№216.013.688f

Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558320
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.09.2015
№216.013.7784

Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа, в медицине и других отраслях промышленности. Способ модификации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562185
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7786

Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа. Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562187
Дата охранного документа: 10.09.2015
13.01.2017
№217.015.82d6

Устройство для испытания пласта

Изобретение относится к устройствам для испытания продуктивных горизонтов в нефтяных и газовых скважинах. Техническим результатом является упрощение конструкции и уменьшение габаритов устройства. Устройство содержит сборный корпус, выполненный из соединенных между собой резьбой верхней и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601354
Дата охранного документа: 10.11.2016
25.08.2017
№217.015.a2c6

Способ алмазно-электрохимического шлифования

Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающим механическое и электрохимическое воздействие на обрабатываемую заготовку, и может быть использовано при алмазно-электрохимическом шлифовании деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов. Шлифование осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607060
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.a7d5

Способ азотирования в плазме повышенной плотности

Изобретение относится к области плазменной химико-термической обработки поверхности деталей и может быть использовано в авиадвигателестроении для повышения эксплуатационных свойств деталей, работающих при циклических нагрузках, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611251
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.a851

Способ азотирования деталей в тлеющем разряде на различную глубину азотированного слоя

Изобретение относится к области химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в тлеющем разряде с обеспечением на упомянутой детали участков с различной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611248
Дата охранного документа: 21.02.2017
+ добавить свой РИД