Способ азотирования металлических изделий в объемном электрическом разряде

 

Изобретение может быть использовано в машиностроении и химической промышленности. Цель изобретения - снижение энергозатрат на формирование азотированного слоя. Поток азота предварительно ионизируют, зажигают разряд между электродом и изделием, затем прекращают предыонизацию азота и насыщают изделие в потоке азота, возбужденном в самостоятельном продольном высоковольтном разряде атмосферного давления. Это позволяет снизить энергозатраты на азотирование изделий. 1 ил., 1 табл.

и!! 4 С 23 С 8/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ф".Т фс ССЮЭ ССВЕТСНИХ

А..." >:,." ", СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ф"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4271032/31-02 (22) 29.06.87 (46) 30.07.89. Бюл. !!",- 28 (71) Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова (72) С.A.Æäàíîê, Э.M.Âàñèëüåâà, В.И.Иванютенко и E.È.ØèðîêîB (53) 621.785.52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И- 1095673, кл. С 23 С 8/38, 1985. (54) СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ В ОБЪЕМНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ

РАЗРЯДЕ

И зо бр е те ние от но сит ся к машиностроению, преимущественно химическому, и может быть использовано при термической обработке деталей иэ металлов, работающих в сильно нагруженных узлах машин или агрессивных средах.

Цель изобретения — снижение энергозатрат на формирование газонасыщенного слоя металла.

Поток азота предварительно ионизируют.. В этом потоке зажигают разряд между электродом и изделием, а затем прекращают предионизацию азота и насыщают изделие в потоке азота, возбужденном в самостоятельном продольном высоковольтном разряде атмосферного давления, после чего снимают напряжение и охлаждают изделие в безразрядном потоке газа.

На чертеже приведена схема установки

Плазмохимическая установка содержит газодинамический тракт 1 из кварцевого стекла, в котором на выходе по„„SU 1497270 А 1, (57) Изобретение может быть использовано в машиностроении и химической промышленности. Цель изобретения— снижение энергозатрат на формирование азотированного слоя. Поток азота предварительно ионизируют, зажигают разряд между электродом и изделием, затем прекращают предыонизацию азота и насыщают изделие в потоке азота, возбужденном в самостоятельном продольном высоковольтном разряде атмосферного давления. Это позволяет снизить энергозатраты на азотирование изделий. 1 ил., табл. мещено изделие 2 с присоединением клеммой высокого напряжения, а на входе в него расположено сопло-электрод 3, перед которым находится капиллярный инжектор 4, с дополнительным 2 электродом 5. На входе в инжектор имеются подводы 6 для подачи газа с регулирующими кранами 7. В качест- ве изделий испытаны образцы из стали

38ХМЮЛ, сплава ВТ3-1. Ю

При помощи кранов 7 в капиллярный «3 инжектор подводят азот и прикладывают Я высокое напряжение к соплу-электроду

3 и дополнительному электроду 5, {",, вследствие чего на выходе из инжектора поток газа ионизируется. В гаэодинамическом тракте плазмотрона 1, который служит зоной для плазмохимической реакции, этот поток газа омы- В вает поверхность изделия 2. При пода-. че напряжения на сопло-электрод 3 и иэделие 2 в этом потоке зажигается разрядный столб плазмы, которая существует и после отключения напряже

1497270 нпя на предионизаторе в самостоятельном режиме горения, Экспериментальные исследования показали, что самостоятельный разряд плазмы атмо5 сферногo давления устойчиво поддерживается без дальнейшей предионизации.

Использование азота в качестве образующего такую плазму газа объясняется тем, что в нем отсутствуют электроотрицательные компоненты, приводящие к гибели электронов из-за прилипания, что затрудняет процесс зажигания разряда. Таким способом можно поддерживать высоковольтный самостоя- 15 тельный разряд атмосферного давления при следующих физических параметрах: о температура потока газа 10067-1500 С, энерговклад в разряде 300 — M <

Дж г 20

Дж 20000 вЂ, причем отношение напряг женности электрического поля Е (В/см) к плотности газа поддерживают в пределах 5 ° 10 В/см Е/N < 1"10 В/см .

57 -«6

После активации повышают расход азота, что приводит к уменьшению энерговклада и понижению температуры.

В таблице приведены результаты экспериментальной проверки процесса азотирования согласно предлагаемому изобретению, Образцы берут в виде цилиндров 9 10 х 10 мм из стали 38ХКОА.

Металлографический анализ показал на образцах, обработанных по предлагаемому способу, наличие упрочненного слоя с твердостью на поверхности 830 HV.

Для сравнения энергетических ха.— рактеристик оценивались затраты для одного я того же образца из стали, насьпцае.мой на глубину 500 мкм по известному способу и прилагаемому. Если для известного способа эти энергоФ заграты без учета затрат на нагрев корпуса контейнеров составляют 45

0,072 кВт ч/см2, то для предлагаемо- го только 0,0315 кВт ч/см . Экономия электроэнергии (0,072 0,0315)=

=0 0405 кВт ч на 1 см .

На поверхности образцов из титано- 5{) вых сплавов ЬТЗ-1 в процессе термообработки азотом синтезируется слой нитрида титана в течение 10 мин толщиной 10-20 мкм, образуются упрочняющие сплав структуры на глубину 55

40-50 мкм равномерно-плотной насыщенности по глубине.

Наличие в потоке газа большого числа возбужденных молекул, внедряемого в металл элемента, способствует более высокой скорости диффузии вглубь металла, чем при тлеющем разряде низкого давления.

В зависимости от выбора параметров разряда появляется возможность гибкого управления газонасыщением, микротвердостью, износостойкостью металла, распределением структуры по глубине, так как объемный самостоятельный разряд низкотемнературной плазмы атмосферного давления после поджига на азоте существуе в широких диапазонах.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известным обладает следующими преимуществами.

3а счет исключения потерь на ионизирующее излучение, на предварительный нагрев и откачку газов снижаются энергозатраты формирования газонасыщенного слоя, упрощается аппаратурное оформление способа, улучшаются удобства эксплуатации установок, повыыается их надежность, появляется возможность эффективного управления соответствующим выбором параметров разряда такими характеристиками, как газонасыщение, твердость, поверхностное покрытие металла, распределение химического состава и структуры по глубине, при этом отсутствует коробление тонкостенных и сложкофигурных изделий.

Формула изобретения

Способ азотнровакия металлических йзделий в объеглногл электрическом разряде, включающий подачу разности потенциалов на электрод и изделие, пространство между которыми заполнено газом при атглосферном давлении, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, изделие насыщают в потоке азота в саглостоятельном продольном высоковольтном разряде атмосферного давления, после чего снимают напряжение и охлаждают изделие в безразрядном потоке газа, причем поток азота предварительно ионизируют и зажигают в нем разряд между электродом и изделием.

1497270

Напряжение на

Расход газа, Ток разряда, Л

Удельные

Время наГлубина насыщения, мкм

Способ энергозатраты, кВт ч/см2 сыщения, мин

/ч электродах, кВ

Предлагаемый

4,5

250

0,025

280

0,0315 б0

450

4;2

0,034

Известный

1*ср.

=105

300

500

0,072

4,5

*Ток разряда 1 ср. известного равен произведению плотности тока разряда

4,2 мА/см2 на площадь поверхности образца 25 см .

Составитель И.Петров

Редактор М.Недолуженко Техред М.Дидык Корректор M,Âàñèëüåâà

Заказ 4412/32 Тираж 942 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

500