Спосіб іонно-плазмового азотування довгомірної сталевої деталі

 

Винахід відноситься до області хіміко-термічної обробки і може бути використане при іонно-плазмового азотування сталевих виробів, наприклад для обробки циліндрів свердловинних насосів.

Відомий спосіб виготовлення деталей з конструкційних сталей (патент UA №2250273, МПК C23C 8/26, опубл. 20.042006 р.), що включає поліпшення, чорнову обробку, стабілізуючий відпустку, остаточну механічну обробку, яку ведуть шляхом двократною чистової механічної обробки з проміжним і кінцевим відпусткою у селитровой ванні при температурі 520-540°C протягом 0,25-0,5 ч. Двоступеневе газове азотування ведуть з витримкою в атмосфері аміаку спочатку при температурі 510-515°С, потім при 540-545°C проводять у постійному магнітному полі напруженістю 100-150 Е протягом 1-2 год з наступним охолодженням зі швидкістю 20-30°C/хв.

Недоліком відомого винаходу є те, що даний вид азотування неприйнятний для обробки довгомірних трубних деталей, при якому неминучий процес жолоблення деталей, що призводить до необхідності введення наступних додаткових операцій редагування і хонінгування. Для досягнення нормативних вимог азотированние циліндри з високою твердостьюя поверхню і різко знижується її корозійна стійкість. Недолік полягає також у тривалості процесу азотування.

Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого є спосіб іонно-вакуумного азотування довгомірної сталевої деталі в тліючому розряді (патент UA №2419676, МПК C23C 8/36, опубл. 27.05.2011 р.), що включає нагрівання деталі при температурі 400-500°C, ізотермічну витримку протягом 20-30 хв, попереднє азотування при температурі 480-510°C протягом 60-120 хв, остаточне азотування при температурі на 20-50°C вище температури попереднього азотування протягом 8-16 годин і охолодження до 350-400°с протягом 40-60 хв.

При даній хіміко-термічної обробки довгомірних сталевих деталей у зв'язку з припиненням охолодження деталей у печі при температурі 350-400°C і вивантаження їх з печі відбувається прискорене охолодження до температури навколишнього середовища. Внаслідок чого можливі виникнення внутрішніх напруг. Тому не вдається уникнути деформацій довгомірної деталі, особливо тонкостінних довгих циліндрів, до яких пред'являються підвищені вимоги по забезпеченню міцності і зносостійкості. Іншим недоліком є те, що подачу азотсодержащей газового середовища здійснюють протягом усього циклу, чт�разование оксидів (посиніння поверхні металу).

Технічним завданням пропонованого винаходу є збереження геометричних розмірів довгомірних сталевих деталей за рахунок відсутності деформації деталей після азотування і збереження поверхні металу від утворення окисної плівки.

Поставлена технічна задача досягається тим, що в способі іонно-плазмового азотування довгомірної сталевої деталі, що включає нагрівання деталі, ізотермічну витримку, попереднє азотування, остаточне азотування та охолодження, згідно винаходу процес охолодження здійснюють послідовно, починаючи з температури 530°C до 370-390°C протягом 100-140 хвилин в плазмі тліючого розряду, далі до 240-260°C проводять протягом 100-140 хвилин і остаточне охолодження до 140-160°C протягом 100-140 хвилин проводять у печі без впливу плазми, подачу іонізуючих газів здійснюється циклічно, причому при нагріванні до температури 200-220°C ведуть подачу газової суміші водень, азот, метан протягом 15-20 хвилин, далі до температури нагріву 400-440°C протягом 100-140 хвилин і при ізотермічній витримці протягом 20-40 хвилин здійснюють подачу водню, при подальшому нагріванні до 480°C подають водень протягом 20-30 хвилин, попереднє азотування ведуть з учаетана протягом 14-16 годин, охолодження до температури 530°C - 370-390°C ведуть в середовищі азоту і водню протягом 120 хвилин і подальше охолодження до 150-170°C протягом 240 хвилин ведуть з участю лише азоту.

Охолодження оброблюваних деталей за вищевказаною схемою дозволяє виконати процес охолодження в уповільненому м'якому режимі, що виключає різке охолодження деталей з прискореним формуванням мікрокристалічної структури металу, що веде до появи внутрішніх напружень і, як наслідок, деформації. Контакт металу з повітрям при витяганні деталей при температурі 140-160°C не веде до утворення оксидної плівки на поверхні. Таким чином, уповільнене охолодження довгомірної деталі до температури 140-160°C дозволяє отримати необхідну геометричну точність без подальшої механічної обробки правки і хонінгування. Циклічність подачі газової суміші веде до її економному витрачанню.

Спосіб здійснюється наступним чином.

Технологічний процес хіміко-термічної обробки азотируемих довгомірних сталевих деталей представлений у наступній послідовності. Оброблювані довгомірні деталі поміщають у вакуумну камеру і здійснюють їх нагрівання в плазмі тліючого розряду. При нагр�т до температури 400-440°C протягом 100-140 хвилин і здійснюють подачу водню. Потім здійснюють ізотермічну витримку протягом 20-40 хвилин з подачею також водню. Попереднє азотування ведуть з участю водню і азоту протягом 100-140 хвилин, а остаточне азотування в середовищі азоту, водню і метану протягом 14-16 годин при температурі 520-540°C. Процес охолодження ведуть послідовно. Охолодження деталей здійснюють за температури 520-540°C до 370-390°C, остаточне охолодження до температури 150-170°C проводять в печі без впливу плазми протягом 200-280 хвилин тільки в середовищі азоту.

Приклад. Пропонованим способом обробляли циліндри свердловинних насосів із сталі 38Х2МЮА довжиною 4277 мм, внутрішній діаметр 31,75 мм, зовнішній діаметр 40,75 мм. Циліндри завантажували в піч у спеціальній оснащенні по 48 штук. На початку процесу для витіснення атмосферного повітря з об'єму печі подавали газ (водень, азот, метан) при температурі 210°C протягом 18 хвилин. Далі нагрівання печі до температури 420°C здійснювали тільки в середовищі водню протягом 120 хвилин з подальшою ізотермічною витримкою 30 хв. Нагрівання до температури 480°C здійснювали також з подачею водню протягом 25 хвилин. Потім попереднє азотування вели додатково за участю азоту протягом 120 хвилин. Остаточне авидержки проводили послідовне охолодження. Охолодження до температури 530°C до t 380°C проводили з участю азоту і водню в плазмі тліючого розряду протягом 120 хвилин. Подальше охолодження з t 380°C до t 250°C проводили протягом 120 хвилин і остаточне охолодження до температури 150°C протягом 120 хвилин здійснювали без впливу плазми тільки в середовищі азоту. При температурі 150°C здійснювали вивантаження циліндрів з печі.

В результаті отримали технологічний процес азотування із збільшенням виходу придатних циліндрів з геометричним характеристикам з 98% до 99,7%, з повною відсутністю перекисного посиніння поверхні циліндрів і з повною відповідністю азотованого шару пропонованим вимогам.

Таким чином, використання запропонованого способу азотування довгомірної сталевої деталі дозволяє за рахунок сповільненого охолодження до температури, трохи перевищує температуру навколишнього середовища, забезпечити збереження необхідних геометричних характеристик обробленої деталі та виключити оксидування поверхні деталей. Завдяки цьому забезпечується бездеформационное і якісне зміцнення, що сприятливо впливає на експлуатаційні характеристики, підвищується економічна ефективність производсермическую витримку, попереднє азотування, остаточне азотування та охолодження, відрізняється тим, що процес охолодження здійснюють послідовно, починаючи з температури 530°C до 370-390°C протягом 100-140 хвилин в плазмі тліючого розряду, далі охолодження до 240-260°C проводять протягом 100-140 хвилин і остаточне охолодження до 140-160°C протягом 100-140 хвилин проводять у печі без впливу плазми, подачу іонізуючих газів здійснюється циклічно, причому при нагріванні до температури 200-220°C ведуть подачу газової суміші з водню, азоту, метану протягом 15-20 хвилин, далі до температури нагріву 400-440°C протягом 100-140 хвилин і при ізотермічній витримці протягом 20-40 хвилин здійснюють подачу водню, а при подальшому нагріванні до 480°C подають водень протягом 20-30 хвилин, попереднє азотування ведуть з участю водню і азоту протягом 100-140 хвилин, а остаточне азотування ведуть з участю азоту, водню і метану протягом 14-16 годин, причому охолодження до температури 530°C до 370-390°C ведуть в середовищі азоту і водню і подальше охолодження до 150-170°C ведуть з участю лише азоту.



 

Схожі патенти:

Спосіб виготовлення деталей машин з отриманням субмікро - та наноструктурованого стану дифузійного приповерхневого шару при азотуванні

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до способів підвищення механічних властивостей приповерхневих шарів деталей машин із сплавів на основі заліза з отриманням субмікро - або наноструктурованого стану дифузійних шарів. Спосіб включає збирання пакета з поперемінно чергуються сталевих листів, що мають різний хімічний склад, вакуумування і нагрівання пакету, гарячу деформацію пакета по висоті при температурі, що знаходить між значеннями температур поліморфних перетворень обох сплавів, при цьому після гарячої деформації з пакету вирізають заготовки деталей таким чином, щоб при подальшому азотування напрямок міжшарових меж у заготівлі деталі збігалося з напрямком дифузійного потоку азоту, після чого проводять азотування з отриманням субмікро - та наноструктурованого стану дифузійного приповерхневого шару на поверхні деталі. Спосіб дозволяє підвищити механічні властивості приповерхневих шарів матеріалу, що формуються в результаті азотування, і, відповідно, збільшити довговічність деталей. 9 іл., 1 пр.

Спосіб формування микроструктурированного шару нітриду титану

Винахід відноситься до способу формування микроструктурированного шару нітриду титану. Формування микроструктурированного шару нітриду титану здійснюють шляхом впливу на титанову основу фемтосекундним лазерним випромінюванням з енергією в імпульсі близько 100 мкДж і з щільністю потужності в імпульсі порядку 1013 Вт/см2 в середовищі рідкого азоту. Забезпечуються зносостійкі і корозійно-стійкі покриття на виробах з титану і його сплавів, а також поліпшуються антифрикційні властивості їх поверхонь. 2 іл.

Спосіб азотування деталей машин з отриманням наноструктурованого приповерхневого шару і шару склад

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до способу азотування деталей вузлів тертя ковзання з отриманням наноструктурованого приповерхневого шару. Проводять попередню термообробку деталей шляхом гартування при температурі 920-940°C, подальшого високого відпустки з нагріванням до 600-650°C протягом 2-10 годин і видалення зневуглецьованого шару. Потім здійснюють іонно-плазмене азотування в діапазоні температур 500-570°C при напрузі на катоді 300-320 B, щільності струму 0,20-0,23 мА/см2, при використанні в якості газового середовища аміаку зі ступенем дисоціації від нуля до 80%, витрати аміаку до 20 дм3/год, тиск у камері при катодному розпиленні 1,3-1,35 Па, при насиченні 5-8 ГПа. Зазначене азотування проводять в режимі циклічної зміни температури і ступеня дисоціації аміаку, при цьому в першій половині циклу температура становить 570°C при максимальному азотному потенціалі, а у другій половині циклу температуру знижують до 500°C, при цьому азотний знижують потенціал за рахунок збільшення ступеня дисоціації аміаку до 40-80%, при цьому кількість згаданих циклів повинно бути не менше 10. Азотированная деталь має приповерхневих шар, що містить дифузійний шар з α-фазою з наноразм� з твердими включеннями, представляють собою наночастинки нітридів заліза ε-фази, сформовані шляхом фазової локальної перекристалізації решіток нітридів заліза, яка забезпечується циклічним зміною температури азотування і ступеня дисоціації аміаку. Забезпечується підвищення зносостійкості приповерхневих шарів матеріалу і збільшується довговічність вузлів тертя ковзання з матеріалу з таким складом приповерхневого шару. 2 н.п. ф-ли, 1 табл., 2 іл.
Винахід відноситься до способів підвищення стійкості металу до корозії і може бути використане в підземному трубопровідний транспорт
Винахід відноситься до області обробки поверхні довгомірних прецизійних циліндрів свердловинних насосів, що працюють в умовах абразивного зносу

Установка для вакуумної іонно-плазмової обробки довгомірних виробів

Винахід відноситься до вакуумної іонно-плазмової технології, а саме до пристроїв для обробки довгомірних виробів

Спосіб отримання виробів

Винахід відноситься до способу отримання виробів з матеріалу на основі титану з покриттям, що представляють собою напівсферичну головку медичної напівсферичної фрези
Винахід відноситься до області хіміко-термічної обробки сталей іонно-вакуумним азотування і може бути використане для зміцнення деталей з різьбовою поверхнею

Спосіб зміцнення поверхні виробів з титанових сплавів

Винахід відноситься до галузі металургії, а саме способів хіміко-термічної поверхневої обробки титанових сплавів, і може бути використане в машинобудуванні для підвищення зносостійкості та корозійної стійкості деталей машин
Винахід відноситься до області обробки поверхні металевого матеріалу і може бути використане для обробки длинномених прецизійних циліндрів свердловинних насосів, що працюють в умовах абразивного зносу
Up!