Способ ионно-вакуумной химико-термической обработки стальной детали с резьбовой поверхностью

Авторы патента:

C23C8/36 - с использованием ионизированных газов, например ионоазотирование (разрядные трубки с устройствами для ввода объектов или материалов, подлежащих воздействию разряда H01J 37/00)

Владельцы патента RU 2428504:

Закрытое акционерное общество "Торговый дом ПКНМ" (RU)

Изобретение относится к области химико-термической обработки сталей ионно-вакуумным азотированием и может быть использовано для упрочнения деталей с резьбовой поверхностью. Способ включает нагрев детали, азотирование в процессе нагрева в азотсодержащем газе от 390-410°С до 500-570°С в течение 1-4 часов и охлаждение с 500-570°С до 350-400°С в течение 40-60 минут в плазме тлеющего разряда непосредственно после нагрева. Технический результат: повышение качества и потребительских свойств резьбовых деталей, производительности и сокращения затрат ресурсов путем азотирования в процессе нагрева и охлаждения.

Изобретение относится к области химико-термической обработки сталей ионно-вакуумным азотированием и может быть использован для упрочнения деталей с резьбовой поверхностью.

Известен способ химико-термической обработки стальной детали с резьбовой поверхностью, описанный в способе изготовления шпинделя из стали для трубопроводной арматуры (пат. RU 2308543, МПК (2006.01) С23С 28/00, опубл. 2007.10.20), включающий нагрев детали до 320°С-450°С, изотермическое азотирование в течение 20-60 минут и последующее нанесение многослойного титаносодержащего покрытия.

Недостатком такого способа является его высокая сложность, трудоемкость и стоимость нанесения многослойных композиционных покрытий.

Известен способ азотирования резьбовых деталей (авторское свидетельство SU 981449, опубл. 1982.12.15), включающий нагрев деталей до 520°С, изотермическое азотирование в течение 10-14 часов и охлаждение.

Данный способ имеет большую длительность изотермического азотирования и не гарантирует высококачественного упрочнения в связи с охрупчиванием и неравномерным развитием азотированного слоя на резьбовой поверхности.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является способ ионно-вакуумного азотирования стальной детали с резьбовой поверхностью (М.С.Поляк. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения. Т.2. - М.: Машиностроение, 1995 г., с.415-419), включающий ее нагрев, в азотосодержащем газе при температурах, начиная с 350-400°С, изотермическую выдержку и охлаждение.

Такой способ позволяет повысить качество и потребительские свойства резьбовых деталей.

Однако необходимость изотермической выдержки увеличивает длительность процесса и не позволяет получить равномерный и однородно-развитый слой и сохранить размерную точность и шероховатость резьбы.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества и потребительских свойств резьбовых деталей, производительности и сокращения затрат ресурсов путем азотирования в процессе нагрева и охлаждения.

Поставленная задача решается усовершенствованием способа ионно-вакуумной химико-термической обработки стальной детали с резьбовой поверхностью, включающего ее нагрев, азотирование и охлаждение.

Для решения поставленной задачи азотирование осуществляют в процессе нагрева от 390-410°С до 500-570°С в течение 1-4 часов, а охлаждение с 500-570°С до 350-400°С осуществляют в течение 40-60 минут в плазме тлеющего разряда непосредственно после нагрева.

Такое выполнение операций способа позволяет получить азотированный слой не более 200 мкм и избежать его охрупчивания.

При температуре ниже 390°С процесс азотирования не осуществляется, а при температуре выше 570°С образуется азотированный слой с пониженной твердостью в связи с возможным перегревом резьбовой поверхности в ионной плазме, имеющей повышенную энергоемкость в электрическом анормальном тлеющем разряде.

После достижения указанных температур нагрева осуществляют охлаждение детали в ионной плазме до 350-400°С в течение 40-60 минут, что позволяет повысить концентрацию нитридных фаз для формирования более равномерного и однородноразвитого слоя, а также позволяет сохранить размерную точность и шероховатость резьбы.

Такое замедленное («мягкое») охлаждение способствует снижению и благоприятному распределению внутренних остаточных напряжений при дисперсионном твердении в тонком высокопрочном азотированном слое с повышенной твердостью >600 HV.

Способ осуществляется следующим образом.

Стальные детали с резьбовой поверхностью помещают в вакуумную камеру и осуществляют их ионно-вакуумный нагрев от 390-410°С до 500-570°С в азотосодержащем газе и при давлении р=4-10 гПа (мбар) в течение 1-4 часов. Непосредственно после нагрева охлаждение с 500-570°С до 350-400°С осуществляют в течение 40-60 минут в ионной плазме тлеющего разряда при давлении р=4-10 гПа (мбар).

Предлагаемым способом азотировали резьбовые замки насосно-компрессорных труб (НКТ 89 №45) из стали 40ХГМА с резьбовым участком длиной 53 мм, которые размещались в нагревательной камере на специальной оснастке в количестве 60 шт в садке, нагрев деталей осуществляли в ионной плазме от 400°С до 540°С в течение 2.5 часов в смеси азота и водорода (1/3) при давлении 6 гПа (мбар). Непосредственно после нагрева проводили охлаждение с 540°С до 400°С в течение 40 минут при давлении 6 гПа (мбар).

Микроструктурный анализ образцов-свидетелей и трех деталей от каждого ряда садки показал, что предлагаемый способ ионно-вакуумного азотирования обеспечивает формирование качественного и равномерно развитого азотированного слоя по всей резьбе в пределах 100-120 мкм с поверхностной твердостью >650 HV, что соответствует конструкторским и технологическим требованиям.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает требуемое качество и свойства азотированных деталей с резьбовой поверхностью и снижает трудовые и материальные затраты.

Способ ионно-вакуумного азотирования стальной детали с резьбовой поверхностью, включающий ее нагрев в азотсодержащем газе и охлаждение, отличающийся тем, что азотирование осуществляют в процессе нагрева от 390-410°С до 500-570°С в течение 1-4 ч, а охлаждение с 500-570°С до 350-400°С осуществляют в течение 40-60 мин в плазме тлеющего разряда непосредственно после нагрева.

Изобретение относится к области металлургии, а именно способам химико-термической поверхностной обработки титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин.

Способ ионно-вакуумного азотирования длинномерной стальной детали в тлеющем разряде // 2419676

Изобретение относится к области обработки поверхности металлического материала и может быть использовано для обработки длинноменых прецизионных цилиндров скважинных насосов, работающих в условиях абразивного износа.

Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании // 2418096

Изобретение относится к области термической, химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности. .

Способ вакуумного ионно-плазменного азотирования изделий из стали // 2418095

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования.

Способ плазменного борирования // 2415965

Изобретение относится к способу получения износоустойчивых металлических поверхностей. .

Способ ионного азотирования стали // 2413784

Способ плазменного азотирования изделия из стали или из цветного сплава // 2413033

Изобретение относится к способу упрочняющей обработки деталей механизмов и машин, штампового и режущего инструмента. .

Способ азотирования в плазме тлеющего разряда // 2409700

Изобретение относится к плазменной химико-термической обработке поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении. .

Способ создания неоднородной структуры материала при азотировании в тлеющем разряде // 2409699

Изобретение относится к области химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов.

Способ локального азотирования металлической детали в плазме тлеющего разряда // 2402632

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов, в частности к азотированию. .

Способ получения изделий // 2440794

Изобретение относится к способу получения изделий из материала на основе титана с покрытием, представляющих собой полусферическую головку медицинской полусферической фрезы

Установка для вакуумной ионно-плазменной обработки длинномерных изделий // 2450083

Изобретение относится к вакуумной ионно-плазменной технологии, а именно к устройствам для обработки длинномерных изделий

Способ обработки длинномерной стальной детали // 2455386

Изобретение относится к области обработки поверхности длинномерных прецизионных цилиндров скважинных насосов, работающих в условиях абразивного износа

Способ повышения стойкости стальных трубопроводов к коррозии цементацией // 2488649

Изобретение относится к способам повышения стойкости металла к коррозии и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте

Способ азотирования деталей машин с получением наноструктурированного приповерхностного слоя и состав слоя // 2522872

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу азотирования деталей узлов трения скольжения с получением наноструктурированного приповерхностного слоя. Проводят предварительную термообработку деталей путем закалки при температуре 920-940°C, последующего высокого отпуска с нагревом до 600-650°C в течение 2-10 часов и удаления обезуглероженного слоя. Затем осуществляют ионно-плазменное азотирование в диапазоне температур 500-570°C при напряжении на катоде 300-320 B, плотности тока 0,20-0,23 мА/см2, при использовании в качестве газовой среды аммиака со степенью диссоциации от нуля до 80%, расходе аммиака до 20 дм3/ч, давлении в камере при катодном распылении 1,3-1,35 Па, при насыщении 5-8 ГПа. Указанное азотирование проводят в режиме циклического изменения температуры и степени диссоциации аммиака, при этом в первой половине цикла температура составляет 570°C при максимальном азотном потенциале, а во второй половине цикла температуру снижают до 500°C, при этом азотный потенциал снижают за счет увеличения степени диссоциации аммиака до 40-80%, при этом число упомянутых циклов должно быть не менее 10. Азотированная деталь имеет приповерхностный слой, содержащий диффузионный слой с α-фазой с наноразмерными некогерентными нитридами легирующих элементов, которая образует мягкую матрицу, и поверхностный слой с твердыми включениями, представляющими собой наночастицы нитридов железа ε-фазы, сформированные путем фазовой локальной перекристаллизации решеток нитридов железа, которая обеспечивается циклическим изменением температуры азотирования и степени диссоциации аммиака. Обеспечивается повышение износостойкости приповерхностных слоев материала и увеличивается долговечность узлов трения скольжения из материала с таким составом приповерхностного слоя. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Способ формирования микроструктурированного слоя нитрида титана // 2522919

Изобретение относится к способу формирования микроструктурированного слоя нитрида титана. Формирование микроструктурированного слоя нитрида титана осуществляют путем воздействия на титановую подложку фемтосекундным лазерным излучением с энергией в импульсе порядка 100 мкДж и с плотностью мощности в импульсе порядка 1013 Вт/см2 в среде жидкого азота. Обеспечиваются износостойкие и коррозионно-стойкие покрытия на изделиях из титана и его сплавов, а также улучшаются антифрикционные свойства их поверхностей. 2 ил.

Способ изготовления деталей машин с получением субмикро- и наноструктурированного состояния диффузионного приповерхностного слоя при азотировании // 2524892

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам повышения механических свойств приповерхностных слоев деталей машин из сплавов на основе железа с получением субмикро- или наноструктурированного состояния диффузионных слоев. Способ включает сборку пакета из попеременно чередующихся стальных листов, имеющих различный химический состав, вакуумирование и нагрев пакета, горячую деформацию пакета по высоте при температуре, находящей между значениями температур полиморфных превращений обоих сплавов, при этом после горячей деформации из пакета вырезают заготовки деталей таким образом, чтобы при последующем азотировании направление межслойных границ в заготовке детали совпадало с направлением диффузионного потока азота, после чего проводят азотирование с получением субмикро- и наноструктурированного состояния диффузионного приповерхностного слоя на поверхности детали. Способ позволяет повысить механические свойства приповерхностных слоев материала, формирующихся в результате азотирования, и, соответственно, увеличить долговечность деталей. 9 ил., 1 пр.

Способ ионно-плазменного азотирования длинномерной стальной детали // 2528537

Изобретение относится к способу ионно-плазменного азотирования длинномерной стальной детали. Способ включает нагрев детали, изотермическую выдержку, предварительное азотирование, окончательное азотирование и охлаждение. Начинают охлаждение с температуры 530°C до 370-390°C в течение 100-140 минут в плазме тлеющего разряда. Затем проводят охлаждение до 240-260°C в течение 100-140 минут. Окончательное охлаждение до 140-160°C в течение 100-140 минут проводят в печи без воздействия плазмы. Подачу ионизирующих газов осуществляют циклически. При нагреве с температуры 200-220°C ведут подачу газовой смеси водород, азот, метан в течение 15-20 минут, далее до температуры нагрева 400-440°C в течение 100-140 минут и при изотермической выдержке в течение 20-40 минут осуществляют подачу водорода, а при дальнейшем нагреве до 480°C подают водород в течение 20-30 минут. Предварительное азотирование ведут с участием водорода и азота в течение 100-140 минут, а окончательное азотирование ведут с участием азота, водорода и метана в течение 14-16 часов. Охлаждение с температуры 530°C - 370-390°C ведут в среде азота и водорода в течение 120 минут и дальнейшее охлаждение до 150-170°C в течение 240 минут ведут с участием только азота. В результате достигается сохранение геометрических размеров длинномерных стальных деталей за счет отсутствия деформации деталей после обработки и сохранения поверхности металла от образования окисной пленки.

Способ и устройство для ускоренного азотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля // 2532779

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу ионоазотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля. Обеспечивают подачу в камеру для азотирования реакционного газа, его нагрев с одновременным генерированием в камере переменного электромагнитного поля посредством соленоида. Внутри соленоида располагают обрабатываемую деталь с направлением вектора магнитной индукции перпендикулярно обрабатываемой поверхности детали и изменением в процессе азотирования его величины с формированием прямоугольных импульсов, длительность и периодичность которых обеспечивает ускорение движения и внедрения ионов азота в обрабатываемую поверхность за счет вертикального фронта нарастания напряженности магнитного поля. Устройство для осуществления упомянутого способа содержит камеру для азотирования детали, устройство для подачи реакционного газа в упомянутую камеру на обрабатываемую деталь, нагревательное устройство и устройство для генерирования электромагнитного поля. Устройство для генерирования электромагнитного поля выполнено в виде расположенного вокруг упомянутой камеры соленоида, обеспечивающего генерирование импульсного электромагнитного поля с прямоугольными импульсами с направлением вектора магнитной индукции перпендикулярно обрабатываемой поверхности находящейся внутри него детали. Обеспечивается одновременное ускорение процесса азотирования и повышение механических свойств приповерхностных слоев материала, формирующихся в результате одновременного азотирования и воздействия как на ионы азота, так и на материал обрабатываемой детали импульсами сравнительно маломощного магнитного поля. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании // 2534697

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 нагрев детали в плазме тлеющего разряда, состоящей из смеси азотсодержащего и инертного газов, с формированием участков с разнородной структурой стали, при этом переходный участок между участками с разнородной структурой имеет микронеоднородную структуру с постепенным изменением одного вида в другой. Разнородную структуру формируют в виде макронеоднородной структуры стали посредством перфорированного экрана, выполненного с отверстиями диаметром d, причем d>4·l, где l - толщина катодного слоя, и плотно прилегающего к обрабатываемой детали, и экрана для создания эффекта полого катода, плотно прилегающего к перфорированному экрану, для обеспечения возможности получения на поверхности участков, азотированных в тлеющем разряде с эффектом полого катода, чередующихся с неазотированными участками. Обеспечивается повышение контактной долговечности и износостойкости упрочненного слоя за счет локальной обработки и создания макронеоднородной структуры материала. 4 ил., 1 пр.