Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей


 


Владельцы патента RU 2599950:

Климов Владимир Николаевич (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм. 2 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей.

Известен способ ионно-плазменного азотирования инструмента из быстрорежущей стали, включающий размещение инструмента в установку для ионного азотирования и осуществление азотирования при 400-500°C в течение 5-120 мин до формирования слоя толщиной 5-200 мкм (RU 2013464, 30.05.1994) /1/.

Известен способ азотирования деталей из конструкционных легированных сталей, включающий высокотемпературное ионное азотирование при температуре выше Ac3, закалку с температуры полного растворения нитридных фаз, отпуск и дополнительное ионное азотирование при температуре 500°C на глубину не менее глубины деазотированного слоя с получением азотированного слоя глубиной до 1,4 мм за суммарное время обработки порядка 25 часов (RU 2058421 С1, 20.04.1996) /2/.

Наиболее близким аналогом принимается известный способ ионно-плазменного азотирования инструмента из быстрорежущей стали, включающий нагрев изделий в вакууме до 500-540°C в плазме смеси газов азота, аргона и ацетилена повышенной плотности в течение 3-5 ч и дополнительный нагрев до 900-1000°C, выдержку и охлаждение в потоке гелия для осуществления закалки изделия (RU 2409700 C1, 20.01.2011) /3/.

Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение глубины азотированного слоя за короткий промежуток времени, повышение суммарной износостойкости перетачиваемого инструмента за счет заданной глубины упрочненного азотированного слоя.

Технический результат достигается тем, что в способе ионно-плазменного азотирования инструмента из инструментальной стали, включающий размещение предварительно отожженного инструмента в вакуумной камере, его нагрев в газовой среде до заданной температуры и ионно-плазменное азотирование, отличающемся тем, что предварительно отожженный инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450°C и не выше Ac1(50÷70)°C, с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота, с концентрацией азота не менее 20%, двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5 А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5÷2 ч, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.

В результате получается азотированный слой со структурой азотистого мартенсита и небольшим количеством нитридной фазы, обладающий повышенной твердостью, теплостойкостью и износостойкостью, глубиной до 2,5 мм за короткое время выдержки без существенного усложнения процесса химико-термической обработки.

Осуществление изобретения

Пример 1

Азотирование проводят на установке с двухступенчатым вакуумно-дуговым разрядом. Особенностью установки является высокая эмиссионная способность плазмы, которая обеспечивает эффективный нагрев, очистку и высокую скорость диффузии азота в поверхностный слой /4/. Инструмент, изготовленный из отожженной легированной инструментальной стали ХВГ, помещали в вакуумную камеру установки. Инструмент нагревают до 590°C в среде аргона при давлении 0,4 Па, при этом происходит ионная очистка поверхности. Ионно-плазменное азотирование проводят при 590°C в течение 1 ч в среде газов азота 45% и аргона 55% при токе дуги Iд=100 А и токе дополнительного анода Iда=90 А, на стол с деталью подают напряжение смещения U=-800 B. Инструмент охлаждают до комнатной температуры в вакуумной камере и проводят стандартную термическую обработку для этой стали: выдержка в соляной ванне в течение 2 мин при температуре 850°C (время выдержки в соляной ванне зависит от размеров инструмента), охлаждение в масле и отпуск при 160°C - 1 ч. В результате получают азотированный слой со структурой азотистого мартенсита и небольшим количеством нитридной фазы, обладающий повышенной твердостью 9300 МПа, теплостойкостью и износостойкостью, глубиной более 2 мм.

Пример 2

Азотирование проводят на установке с двухступенчатым вакуумно-дуговым разрядом. Инструмент, изготовленный из отожженной заготовки легированной инструментальной быстрорежущей стали Р6М5, помещают в вакуумную камеру. Инструмент нагревают до 650°C в среде аргона при давлении 0,4 Па, при этом происходит ионная очистка поверхности. Ионно-плазменное азотирование проводят при 650°C в среде чистого азота (100%) в течение 1 ч при токе дуги Iд=80 А и токе дополнительного анода Iда=75 А, на стол с деталью подают напряжение смещения U=-700B. Деталь охлаждают до комнатной температуры и проводят стандартную термическую обработку для этой стали: выдержка в соляной ванне в течение 4 мин при температуре 1220°C, охлаждение в масле и трехкратный отпуск при 560°C по 1 ч каждый. В результате общая глубина азотированного слоя составила более 2 мм с максимальной твердостью 9500 МПа.

Были проведены испытания перетачиваемого инструмента в виде токарных пластин из быстрорежущей стали марки Р6М5. Испытания на стойкость при точении конструкционной стали 45 проводились на скорости 90 м/мин с подачей 0,15 мм/об, глубиной резания 0,275 мм без охлаждения и показали повышение суммарной стойкости инструмента (включая повышение стойкости до переточки) в результате переточки на глубину 0,8 мм по передней поверхности, а по задней поверхности на глубину 0,2 мм, более чем в 4 раза по сравнению с неазотированными пластинами. Глубина азотированного слоя после финишного шлифования на 0,35 мм составила 1,7 мм с максимальным значением микротвердости 9600 МПа.

Источники информации

1. Григорьев С.Н., патент №2036245, «Способ химико-термической обработки изделий ионно-плазменным методом в среде реакционного газа».

2. Герасимов С.Α., Карпухин С.Д, Елисеев Э.А., и др., патент №2058421, «Способ азотирования деталей из конструкционных легированных сталей».

3. Григорьев C.H., Волосова М.А., Климов В.Н. «Модификация поверхности режущего инструмента из быстрорежущей стали путем вакуумно-плазменной обработки. Физика и химия обработки материалов. 2005. №5, с. 11-18.

4. Будилов В.В., Киреев P.M., Рамазанов К.Н., Вафин Р.К., патент №2409700, «Способ азотирования в плазме тлеющего разряда».

Способ ионно-плазменного азотирования инструмента из легированной инструментальной стали, включающий размещение инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, в вакуумной камере, его нагрев в газовой среде до заданной температуры, ионно-плазменное азотирование, охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что нагрев инструмента в вакуумной камере осуществляют в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом силу тока дуги устанавливают (80-100)±0,5А, а силу тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в вакуумной камере, а термическую обработку проводят путем закалки и отпуска с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения упрочненного сплава, имеющего металлическую основу, в объеме которой диспергированы наночастицы, из которых по меньшей мере 80% имеют средний размер от 0,5 нм до 50 нм.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу комбинированной химико-термической обработки деталей машин. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей включает циклическую цементацию деталей и закалку.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к азотированию стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения машин.
Изобретение относится к способу нанесения тонкопленочного покрытия на металлические изделия и может найти применение при изготовлении режущего инструмента, изделий триботехнического назначения, высоко нагруженных деталей машин и механизмов.
Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к ионному азотированию в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей сложной конфигурации, режущего инструмента и штамповой оснастки.

Изобретение относится к химико-термической обработке стального и твердосплавного инструмента и может найти применение в различных отраслях машиностроения, горной, строительной, металлообрабатывающей и станкостроительной промышленности.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно - к процессам нитроцементации инструментальных сталей в плазме тлеющего разряда.

Изобретение относится к способу обработки, по меньшей мере, одной детали из магнитомягкого материала согласно ограничительной части п. .

Изобретение относится к химико-термической обработке. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке изделий из металлов и их сплавов, преимущественно сталей, и может быть использовано для упрочения изделий и повышения их эксплуатационной стойкости.

Изобретение относится к способу выращивания пленки нитрида галлия путем автосегрегации на поверхности подложки-полупроводника из арсенида галлия и может быть использовано при изготовлении светоизлучающих диодов, лазерных светодиодов, а также сверхвысокочастотных транзисторных приборов высокой мощности.
Изобретение относится к области термической обработки деталей из легированного чугуна с различной формой графита. Способ включает контроль исходной структуры, термическую обработку, азотирование, механическую обработку, при этом исходную структуру детали контролируют на содержание графита, цементита и феррита, термообработку для деталей из чугуна, содержащего в структуре графит шаровидной формы, до 10% графита нешаровидной формы и до 20% феррита, проводят путем высокого отпуска и старения, при содержании в структуре от 10 до 80% графита нешаровидной формы и от 20 до 85% феррита путем аустенизации, охлаждения со скоростью 5-15°С в секунду до температуры верхнего бейнита, изотермической выдержки, высокого отпуска и старения, а при содержании в структуре от 10 до 80% графита нешаровидной формы, от 20 до 85% феррита и до 80 % цементита путем предварительного диффузионного отжига, аустенизации, охлаждения со скоростью 5-15°С в секунду до температуры верхнего бейнита, изотермической выдержки, высокого отпуска и старения, после термообработки контролируют структуру деталей, осуществляют механическую обработку поверхности детали с припуском, обеспечивающим при последующей после азотирования механической обработке удаление слоя ε-фазы, после чего участки детали с наименьшей толщиной стенки подвергают деформационному наклепу, затем детали фосфатируют, проводят низкотемпературное азотирование, рабочую поверхность детали подвергают электрохимическому травлению, хонингуют и фосфатируют.

Группа изобретений относится к способу упрочнения стальных деталей, устройству для осуществления способа и упрочненным в соответствии с этим способом стальным деталям.
Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения свариваемости стальных полос с цинковым покрытием получают полосу из стали, содержащей, вес.%: С 0,04-1,0, Мn 9,0-30,0, Аl 0,05-15,0, Si 0,05-6,0, Cr ≤6,5, Cu ≤4, Ti+Zr ≤0,7, Nb+V ≤0,5, остальное - железо и неизбежные примеси, подвергают ее отжигу и затем на нее электролитическим методом наносят покрытие из цинка или цинкового сплава.

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения путем азотирования деталей. Может использоваться при изготовлении деталей и инструмента, к которым предъявляются требования повышенного сопротивления схватыванию и адгезии в парах трения и коррозионной стойкости в условиях влажного воздуха.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, а также в медицине и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству штанг для бурильных машин мелкошпурового бурения (до 4250 мм). .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе кобальта, упрочняемым азотированием. .
Изобретение относится к химико-термической обработке изделий, получаемых методом порошковой металлургии, а именно к азотированию. .
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты пера лопаток компрессора от эрозии и солевой коррозии при температурах эксплуатации до 800°C.
Наверх