Способ обработки изделий

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии обработки изделий путем облучения их поверхности потоком энергии или частиц. Цель - упрощение способа обработки . Способ включает размещение изделий, в полости изоляционного корпуса , в торцах которого установлены электроды, вакуумирование полости корпуса до давления 2-1700 Па, подачу напряжения на электроды и обработку импульсной плазмой с плотностью энергии, достаточной для модификации структуры поверхности. Длительность ч одного импульса t 10бТ/Т,tгде Т - температура плавления, °С; TK - скорость кристаллизации,0С/с. Для улучшения качества обрабатываемой поверхности обработку изделий производят N импульсами, где НЬ2. Изобретение позволяет исключить операцию напуска рабочего газа и повысить однородность физико-механических свойств упрочненной поверхности металлов, сплавов и неметаллических материалов. 1 . ф-лы. е Э

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 !! /09, Н 05 Н /ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I " ° = a о -ъ так "аи а

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии обработки иэделий путем облучения их поверхности потоком энергии или частиц, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, в частности в авиационной, автомобильной, станкоинструментальной, судостроительной промышленности, для улучшения свойств и увеличения срока службы иэделий.

Целью изобретения является упрощение способа обработки и улучшение качества обрабатываемой поверхности

Цель достигается тем, что, в способе обработки изделий импульсной пла змой

\ с плотностью энергии, достаточной для модиоикацн стр кттрн поверхности, еаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 15.05.93. Бюл. !! 18 (21) 4681095/02 (22) 18.04.89 (72) В.Н.Ляшенко, И.В.Скворцов и С,С.Церевитинов

\ .! (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1092959, кл . С 2 1 D 1/09, 1982.

Авторское свидетельство СССР!!- 1407384, кл. Н 05 И 1/00„ 1986. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИИ (57) Изобретение относится к.метал лургии, в частности к технологии обработки изделий путем облучения их поверхности потоком энергии или .частиц. Цель — упрощение способа обработки. Способ включает размещение изделий. в полости изоляционного корÄÄSUÄÄ 1628539 А пуса, в торцах которого установлены электроды, вакуумирование полости корпуса до давления 2-1700 Па, подачу напряжения на электроды и обработ ку импульсной плазмой с плотностью энергии, достаточной для модификации структуры поверхности. Длительность ° " одного импульса t «с10 Т/Т ., где Ттемпература плавления, С; Т !, — скоо, рость кристаллизации, С/с, Для улучшения качества обрабатываемой поверхности обработку изделий производят И импульсами, где N 2. Изобретение поз" воляет исключить операцию напуска рабочего газа и повысить однородность физико-механических свойств упроч- а ненной. поверхности металлов, сплавов и неметаллических материалов. 1 s.ë. ф-лы.

Ф ключающемся в размещении иэделий в полости изоляционного корпуса, в торцах которого установлены электроды, g вакуумировании полости корпуса, подав че напряжения на электроды, вакуумиро- С„ ванне полости изоляционного корпуса производят до давления 2-1700 Па, а обработку проводят N импульсами, где

Nh 2.

Благодаря такому вакуумированию полости изоляционного корпуса упрощается способ обработки изделий, поскольку не требуется вакуумирование, как минимум, до фарвакуума, исключлется необходимость последующего нлпуска рабочего газа, не требуется дополнительная временная синхронизация

t6?8539 между вакуумированием и напуском рабочего газа.

Длительность одного импульса

СT -10 - где T - температура планления, С; Т - скорость кристаллизации материала изделия, С/с.

Благодаря такой длительности им" пульса плазменного воздействия поверх-10 ностный слой обрабатываемого изделия модифицируется, его эксплуатационные характеристики улу ппаются за счет быстрого расплавле пюя и закалки по- средством отвода тепла от поверхност- 15 ного слоя на массу изделия по механизму электронной теплопроводности либо возгонки поверхностного слоя мате- . риала.

Обработку изделий с целью улучше- 20 ния качества обрабатываемой поверхHocTH производят количеством импульсов более одного (2-мя, 3-мя и т.д ° ) до тех пор, пока изделие. не будет обработано равномерно. Благодаря такой 25 обработке исключается неравномерность физико-механических свойств изделий по всей обрабатываемой поверхности, . поскольку могут иметь место локальные загрязнения и т.п., которые первыми gp импульсами плазмы ликвидируются.

Экспериментально установленное 1 значение минимального предела давления внутри изоляционного корпуса, равного 1 Па, при котором и ниже которого не наблюдается эффект обработки изделий, объясняется .отсутствием условий формирования устойчивой плазменной оболочки. В начальные, после подачи на электроды напряжения, моменты времени плазменный слой формируется у внутренней стенки изоляционного корпуса, где достигается наиболь" шая плотность тока, так как путь разрядного тока через эти области обес- 4 печивает наименьшую индуктивHocTb разрядной цепи„

<На последующих стадиях под действием электродийамических сил происходит ускоренное движение плазменного слоя K геометрической оси изоляционного корпуса, где устанавливается об батываемое изделие., По мере ускорен" ного движения плазменного слоя он увеличивает свою энергию как за счет повьппений скорости, так и за счет захвата все большего числа частиц газа, находящихся на его пути. В случае, когда начальное давление рабочеrn газа меныие 1 Па, вовлечение нейтральных частиц в плазменную оболочку становится не эффективным по причине снижения их числа в разреленном газе.

В таких режимах необходимые носители электрического тока вырываются из материала изоляционного корпуса, что приводит к привязке плазменного слоя к внутренней стенке корпуса и расходу запасенной энергии накопителя на возбуждение 1яжелых примесных ионов, а не на формирование ускоряемой к цент ру изоляционного корпуса плазменной оболочки.

Экспериментально установленное значение максимального предела давления, равного 2000 Па, при котором и выше которого не наблюдается эффект обработки иэделий, объясняется также отсутствием условий для формирования i плазменной оболочки, движущейся к геометрической оси изоляционного корпуса, В указанном случае во всем объеме изоляционного корпуса имеется такая плотность частиц газа, которая обеспечивает в объеме изоляционного корпуса стримерные пробои. При этом не формируется единая плазменная оболочка с тенденцией симметричного устойчивого движения к обрабатываемой детали.

Экспериментально установленное значение длительности одного импульса

Плазмы, выше которого не наблюдается эффект обработки изделий, равной Т

t < 10 --, объясняется отсутствием моФ

Tg дифицирования исходной кристаллической структуры, где T — скорость кристаллизации. В случае импульсной плазменной обработки изделий, основанной на быстром остывании поверхностного слоя, усвоившего энергию плазменной оболочки, за счет отвода тепла на всю массу изделия по механизму электронной теплопроводности, время остывания примерно равно времени нагрева, т.е. длительности импульса. Эффект закалки изделия наблюдается при скоростях охлаждения порядка 10 К/с.

Для чистых металлов, йапример, ско« рость кристаллизации лежи в пределах

10 -10 К/с, при этом температура плавления порядка 10 I<. Отношение

T —,— для металлов составляет величину

"г „

5 1 (1", -8 - )

}(ори;(кл 10 — 1() с . Те(2)>е }(t(с к(!

> (1>lfII1f(HT в ()}>()>3>(:0(}(1)(t - Т/ Г>. !((>!(ж()H

> о иметь знлче)п((. )}орядKr 1О, но H(>

arCCfIePHhfe»T((Jf»)f) n«J(7Hf(}(hf ЕГО ЗНЛ (Е)п(Е близко к 1О" . Тл к()я злвисимость имеет место и для сплаве в. Нижний пред(л длитепьности импульса t огрлничен возможностями пллэмоимпульсного оборудовлния.

Л р и м е р 1. Обработке импульсной плазмой подвергался цилиндрический стержень, выполненный из титана, который рлэме(((ллся в центре полости изоляционного цилиндрического +;opпуса. Плотность энергии плазменного потока cocT7(3JIHJ(a 10 Дж/см, длител).— ность одного импульса равнялась 10"

-г

Х10 с, 1.е. меньше значения t=iO с.

Бакуумирование изоляционного корпусл проводилось до ((лнлешш .?, 10, 100, 1000, 1700 Пл. После обработки cTep (ней физико †механическ испытания показали наличие упрочненного слоя толщиной 10 мкм, микротвердость которого )3 2 рлзл ныне микротвердости основы; коррозионная стойкость повысилась в 5 рлз..

Пример 2. Все сделано, как в

-примере 1, только обработку стержня произ)Зели 2-мя импульсами. Результаты испытаний показали равномерное улучшение физико-меха(п(ческих свойств в поверхностном слое толщиной 10 мкм.

Пример 3, Все сделано, клк в примере .1, только длительность импуль-.

-6 са составляла 5 10 с, т; е. меньше значения t=2(10 с, а стержни были изготовлены .из стали 30 ХГСН2А. После обработки стержней физико-механичес кие испытания .показали наличие упрочненного слоя толщиной 10 мкм.

Примеро 4. Обработке импульсной плазмой по способу-прототипу подвергался стержень,, изготовленный из сплава ОТ4-1, который размещался в центре полости изоляционного корпуса.

Вакуумирование проводилось до форвакуума с последующим напуском газа до давления 1000 Па. Плотность энергии плазменного потока состанляла

10 Дж/см, длительность импульса раннялась 15 10 с. Поверхность обработа-6 на полностью, Но микротвердость, которая (3 исходном состоянии равнялась

340 кг/мм, колебалась в зависимости от участков в пределах 4500-6500,МПа, а толщина упрочненного слоя колебалась от 5 до 15 мкм, Н р i(ht .,П > . () (; i;l (а ) ((1 h (t (h> (I (Най H!(Л З(}(>!()(H)>i 2(((((с,i((Oh)> (ПОС(((( ((o!El> (3P ) л.:.(.. ():.. те)(:(:(>}((° .! (. (> ).(()t!(((>(it! it (HH с(!лл () ) (IT- 1 кс(т(>)! (t! p:(! Г(("((и(« в де(IT))Р па)(а: тlj ((Зо)(я!>)! а(((((г;> ((((2(>((! ( рического карп с,7, Влкyyhf (р()пл)п! °;(! .>— водилос(, до д7в.(е>л,(-,H —,, il(7(();7 Нчо. наст(энергии пплзГ(ен(((2(с ))отокл (-(>(—

10 т((влялл 10,,(1ж/см", (!п(т(. ((,нг ст(}(;(и>>>.(}(. с 7 pл в}(л)(лс;> 16 О с, .1ап(.)>х—

HOOT l> O(>Pr7 (>OТЛ }) 7 ПОH}((2(Т >,!0 (!(Р )»h»0(I Л

МЕСТ(f((«PHI) }i, >h}C")>)(ОС.. Ь (П (к)2(> (!3 С), »OCT)( в пред" 3)2 }500-6500 )!)7,, т(>2(п(((((л

yrfpo«Hенного слоя колеблллсь ат 5 до 15 мкм., 1л H)»ыР ((pi! . (Рр! и(о)(:) з! (влит (>(т(2 эf( счет упро»(ения способл клчестно поверхности;(осле ()(Н)лботк((((е ухуд!))().20 е (ся .. Не))л)3 но! (е)(ность с» ойс т (3 Ho)JPpx-

НОСТИ П -IV >)(+I}P>>>CT .ß > ЕС(llf >()(СЛО lfhf пульсон обрлботк«уве(п» пес(>, Об))лб>отка идентичного стержня п))ед((лглс(((»( способом при числе нмп-... (ьссв 1(1=3 рав-5 номерно увели (ив((е-: микро! >3ерд()отh .на всех участклх до»250(>(200 МПл, а толщина упрочив ногo слоя колеГхпется в пределлх 1МЗ мкм.

Пример 6. Обработке импульс" ной плазмой l(oH)3cргллся херам:! )вский ре30 жущий ннстр1>мент BOI(-63, которь(}» рлэмещался в центре полости изоляциа п3ого корпуса. Платность энергии п(2(азмен4 0 .((>((/ c M ) (JI(I" тельност ь одного им((ульса равняллсь

15 10 ñ, т. е. меньше значения

=10 с. Блкуумировлние изоляционного корпуса проводилось "до давлений 2, 10, 100, 1000, f 700 Па. После обработки и увеличение стойкости инструмента в 1,6 раза.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что он существенно про-. ще, поскольку не требует закуумирования полости изоляционного корпуса, как минимум, до форвакуума, исключа" ет необходимость последующего напуска рабочего газа не требует дополни50 тельной временной синхронизации межпу вакуумированием и напуском рабочего газа, улучшает качество обрабатынаемой поверхности изделия.

Формула и э о бр ет ени я

1. Способ обработки и ад лий, включающий разме)цен)3е изделий ь полости

40 инструмента испь(тания показали наличие упрочненного слоя толщиной 10 мкм

1628539

Составитель Е.Носырева

Редактор-Н.Корченко Техред М.Дндык . Корректор Л.Патай

Заказ 1975, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,301 изоляционного корпуса, в торцах которого установлены электроды, вакуумирование полости корпуса, подачу напряжения на электроды и воздействие импульсной плазмой с плотностью энергии,, достаточной для модификации структуры . поверхности, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, вакуумирование полости корпуса произ- 10 . водят до давления 2-1l00 Па, а воздействие плазмой проводят при длительности одного импульса

6Т ь тк о где Т " температура плавления, С; о

Ф» — скорость кристаллизации, С/с.

2. Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что,.с целью улучшения качества обрабатываемой поверхности, обработку иэделий проводят -N импульсами, где КЬ 2.