Способ термической обработки поверхности металлических изделий

 

09) (И) А1 (51)5 С 21 D 1/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ H ОТНРЫТИЙ (46) 07. 12. 91. Бюл. ¹ 45 (21) 2830412/22 (22) 21.08. 79 (72) С.Г.Алиханов (53) 621.785.79 (088.8) (5á) .Егоров А. А.Плазменная поверхностная закалка. М.: Металлургия, 1961..

Carley L.M. "Laser Heat Treating"

Heat Treating, 1977,Febr р.16. (54) (57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ; включающий импульсный нагрев концентрированным источником энергии, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, нагрев осуществляют в герметичной камере водородной плазмой с температурой вьппе

10 К в период ее распада;

1282551

Изобретение относится к термической обработке стальных иэделий н может быть. использовано для улучшения свойств поверхностного слоя матсриала изделий.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей.

Сущность изобретения состоит в следующеи.

В камере за время, меньшее энергетического времени распада плазмы, создают плазму, которая успевает равномерно распределиться по всему объему камеры. Это связано с тем, что скорость распространения звука в горячей плазме более 10 см/с и, следовательно, время установления давления меньше времени распада. Горячая плазма быстро теряет свою энергию за счет теплопроводности и излучения, которая выделяется в тонком слое деталей, размещенных в камере, и стенках камеры. Поскольку глубина прогретого слоя детали зависит от времени выделения энергии Ф Ггг, где — глубина прогрева, D — - коэффициент температуропроводности материала, — время выделения тепла, то для получения необходимого качества термообработки можно регулировать величину.

В этом отношении горячая распадающаяся плазма удобна для осуществления качественной и дозированной термообработки, так как время распада достаточно легко регулируется параметрами плазмы.

Например, характерное энергетическое -время распада водородной плазмы в сферической камере (- + —,,), 1 Р(9+32 7) 8

90,4 8 10 Р К где — время в 10 с

P — давление плазмы, атм., 8 — температура плазмы эВ, R — - радиус камеры, см

Меняя Р, 8, К можно подобрать нужную величину.

Другое необходимое условие терио-обработки — зто выделение определенной порции энергии в поверхностном слое. Энергия определяется как

g =-сртъ, .где Ц вЂ” энергия, приходящаяся на си детали .

С вЂ” теплоемкость;

P — - удельная масса материала;

Т вЂ” необходимая температура нагрева.

С другой стороны Q =0 05PR(1+ †)

У

2В для сферической камеры, где g; — энергия ионизации. Для достаточно горячей

Q, плазмы †а1. Температура термообработ2g ки Т определяется давлением плазмы Р и размером камеры К и практически не зависит от температуры плазмы Q ..

В результате устанавливается как глубина, так и температура нагрева. контролируемым образом. Поскольку тер- мообработка поверхностного слоя при импульсном нагреве происходит за счет того, что энергия дисситерует в глубину материала, то для качественной обработки необходимо, чтобы объем детали был существенно больше объема поверхностного слоя., Использование импульсной горячей водородной плазмы позволяет обрабатывать достаточно миниатюрные детали, поскольку толщину прогрева можно сделать минимальной, уменьшая время распада .

Более того, используя возможность горячей водородной плазмы, при увели-.. чении параметра PR без увеличения, можно подвергать обрабатываемые детали сильному и кратковременному перегреву, получая на поверхности аморфные или микрокристалЛические слои металла, что во многих случаях улучшает качество.

Импульсное создание горячей и достаточно чистой плазмы в рабочей камере возможно разными способами. Один из способов — использование коаксиальных электромагнитных ударных трубок.

lI р и м е р. Система откачивается

-2 до давления 10 -10 мм рт,ст., после чего sàïaëíÿåòñÿ рабочим газом (водоу5.pîäoì) до давления 0,5-5 мм рт.ст.

Малоиндуктивные конденсаторные батареи, включенные через малоиндуктив-. ные разрядники íà коаксиальные трубки, передают энергию в ударные волны распространяющиеся по газу с числом маха до 100. В результате энергетические струи водородной плазмы впрыскиваются в рабочую камеру, ионизируя и нагревая газ до необходимой температуры и давления.

Поскольку выделение энергии на поверхности детали при прочих равных условиях пропорционально времени, то необходимым условием изотроп1282551

Составитель А.Кулемин

Техред Л.Сердюкова КорректорИ.Эрдейи

Редактор М.Стрельникова

Заказ <662, Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 ности прогрева является сокращение времени создания плазмы, ибо создание плазмы сопровождается существенными неоднородностями. Распадающаяся плазма, в которой отсутствуют нли почти отсутствуют активные процессы генерации, характерна своим устайовившимся режимом, Поэтому важно, чтобы термообработка происходиsta именно в плазме распада. А для этого необходимо, чтобы энергетическое время было больше времени создания плазмы. Чтобы получить достаточно однородную обработку, необходимо предварительно откалибровать камеру с помощью болометров для уточнения распределения плотности потока энергии. Определенная неоднородность имеется в местах, куда непо-, средственно попадают струи плазмы иэ коаксиальных трубок. Поэтому для иэотропности обработки детали надо помещать в камере вне ускоренных струй.

Расход электроэнергии 9 на тер Э мообработку единицы поверхности изделия равен где „- КПД плазмы, 5

- козффициен г заполнения каЭ меры, приблизительно этот коэффициент равен отношению суммарной поверхности деталей к внутренней поверхноt0 сти камеры. Если взять Д„ 0,1-0,2, ) 0,2-0,3, то Q> — 0,01-0,03 квт.ч на 100 см .

В камере с горячей водородной плазмой: начальное давление 50 атм, 15 температура„ плазмы 20 эВ объем каЭ

1 меры 300 см, энергетическое время

30 мкс -. получено закаливание повер хностного слоя толщиной около 30 мкм с увеличением твердости в 3 раза

20 (с 250 до 800).

Способ сочетает в себе следующие преимущества: длительность импульса теплового прогрева и его величина удобно меняются в широких пределах, 25 прогрев совершается одновременно, .процесс происходит в вакууме, что обеспечивает чистоту обработки.