Способ химико-термической обработки металлов и сплавов

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин. Цель изобретения - интенсификация процесса диффузионного насыщения и снижение температуры обрабатываемого изделия. Способ химико-термической обработки металлов и сплавов включает возбуждение тлеющего разряда между катодом-изделием и анодом, последующий нагрев до рабочей температуры и выдержку обрабатываемого изделия в газовой плазме тлеющего разряда, содержащей легирующий элемент, при 10-800 Па, при этом в процессе выдержки между изделием и анодом периодически через 30-50 с возбуждают импульсный автоэлектронный дуговой разряд с длительностью импульса 10-15 мс. Использование данного способа позволяет в 4-4,5 раза уменьшить время обработки до получения толщины и микротвердости диффузионного слоя, достигаемых в известном способе, снизив при этом в 4-5 раз температуру обработки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 23 С 8/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1 (21) 4324638/31-02 (22) 06.10.87 (46) 07.01.90. Бюл. 1@ 1 (71) Институт металлофизики АН УССР (72) Д.С. Герцрикен, В.М. Тышкевич, В.М. Фальченко и Т.В. Йрик (53) 621.785.5(088.8) (56) Защитные покрытия на металлах.

Сборник, Киев, Наукова Думка, 1970, вып. 3, с. 7-16.

I (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке в плазме тлеющего раз-, ряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин. Цель изобретения — интенсификация процесса,. диффузионного насыщения и снижение

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей манин.

Цель изобретения - интенсификация процесса диффузионного насыщения и снижение температуры обрабатываемого изделия.

Способ осуществляют следуюним образом.

Обрабатываемое изделие,B качестве катода в анодной схеме помещают н реакционную камеру, которую после вакуумной откачки заполняют до давÄÄSUÄÄ 1534092 А1

2 температуры обрабатываемого изделия.

Способ химико-термической обработки металлов и сплавов включает возбуждение тлеющего разряда между катодом-изделием и анодом, последующий нагрев до рабочей температуры и выдержку обрабатынаемого изделия в газовой плазме тлеющего разряда, содержащей легирующий элемент, при 10800 Па, при этом н процессе выдержки между иэделием и анодом периодически через 30-50 с возбуждают импульсный автоэлектронный дуговой разряд с длительностью импульса 10-15 мс.

Использование данного способа позволяет н 4-4,5 раза уменьшить время обработки до получения толщины и микротвердости диффузионного слоя, достигаемых в известном способе, снизив при этом в 4-5 раз температуру обработки. 1 з.п. ф-лы, 3 табл. ления 10-800 Па газовой смесью, со.— держащей химический элемент, исполь" зуемый для насыщения приповерхностного слоя обрабатываемого изделия.

Включают высокое напряжение, зажигают газовый разряд, выводят его в режим аномального тлеющего, Затем аномальный тлеющий разряд повышением напряжения на электродах периодически переводят н импульсную автоэлектронную электрическую дугу низкого давления с холодным катодом и продолжительностью импульса, обеспечивающей обработку изделия беэ эрозии его поверхности.

I 534092

Перевод оптимального тлеющего разряда в импульсную электрическую дугу низкого давления сопровожцается возникновением в прикатодной области яр5 ко светящихся, быстро перемещающихся пятен, плотность тока в которых превышает IO А/см . Концентрация нейтраль"

Z ных и заряженных частиц в катодных пятнах значительно больше, чем в поло- 0 жительиом,столбе, что приводит к су,щественному ускорению процесса насыщения поверхности изделия необходимым элементом, 1

Известно, что процесс миграции 15 атомов в металлах и сплавах в условиях ионной бомбардировки в тлеющем разряде сопровождается ускоренным проникновением атомов с поверхности вглубь, причем роль температуры здесь неод- 20 нозначна.

Установлено, что ускоренное проникновение атомов имеет место при температурах от 120 С вплоть до ком-. натных, что свидетельствует в пользу 25 того, что процессу миграции атомов присущ атермический эффект.

Воздействие дуги приводит к возникновению на поверхности тепловых пиков, которые являются источниками 30 гиперзвуковых волн, приводящих к возникновению в объеме облучаемого материала упругих напряжений, достигающих на глубинах в десятки и сотни микро-. метров значений,.104Па и приводящих к генерации окружающими дислокации примесно-дефектными комплексами избыточных вакансий, необходимых для протекания процесса миграции.

Пример. С помощью предлагаемо-ф)

ro способа проводят азотирование стали 4ХЗВМФ, алитирование никеля и силицирование молибдена. Обработке подвергают образцы диамвтром 30 и высотой

10 мм, которые помещают в реакционную 45 камеру для химико-термической обработки в тлеющем разряде. Камеру откачивают до вакуума 0,1 Па и заполняют до давления 135 Па очищенным азотом или смесью SiC1 и А1С1,1 с водородом в сочетании 1:3. Включают источник высокого напряжения„ зажигают газовый разряд и выводят его в режим аномального тлеющего, при котором обрабаты,ваемые образцы полностью покрывались тлеющим свечением. При этом напряженИе между анодом и катодом (образец) !

800 В, а ток разряда 10 мА/см . После обработки в аномальном тлеющем разряде в течение 30-50 с путем увеличения напряжения, приложенного к разрядному промежутку, до 3200 В тлеющий разряд переводят в импульсную электрическую дугу низкого давления с длительностью импульса 10-15 мс.

Операции обработки в аномальном тлеющем разряде и импульсной электрической дуге низкого давления повторяют последовательно и многократно, Проводят азотирование стали 4ХЗВМФ (табл. I), алитирование никеля .(табл.2) и силицирование молибдена (табл.3) по известному и предлагаемому способам.

Результаты проведенных испытаний приведены в табл.1-3, 7

Таким образом, как видно из табл.1-3, предлагаемый способ химикотермической обработки по сравнению с известным позволяет в 4-4,5 раза уменьшить время, необходимое для по-. лучения на поверхности изделия слоя, обладающего аналогичной микротвердостью, а также в 4-5 раз уменьшить температуру обработки, что позволяет уменьшить энергетические затраты на обработку.

Формула и э обретения

1. Способ химико-термической обработки металлов и сплавов, включающий возбуждение имеющего разряда между катодом-изделием и анодом, последующий нагрев до рабочей температуры и выдержку обрабатываемого изделия в газовой плазме тлеющего разряда, содержащей легирующий элемент, при

10-800 Па; о т л и : а ю шийся тем, что, с целью интеисификации процесса диффузионного насыщения и снижения температуры обрабатываемого изделия, в процессе выдержки между иэделием и анодом периодически возбуждают импульсный автоэлектронный дуговой разряд.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью предотвращения эрозии поверхности обрабатываемого изделия, дуговой разряд воз" буждают через 30-50 с при продолжительности импульса 10-15 м/с.

1534092

Таблица1

Микротвердость, кг/мм, при

2 расстоянии от поверхности

ТемпеОбщая толщина насы.—

Способ

Время обработки, мин ратура, OC поверх, 100 мкм 200 мкм щенного слоя, мкм

990-1010 910-920 730-740

970-1010 780-790. 560"580

120

345

580

Та блица 2

Микротвердость, кг/мм, при расстоянии от поверхности, мкм

Общая толщина насыщенного

ТемпеСпособ

Время обработки, мин ратура, С

1=0

300 слоя, мкм

Предлагаемый 20

790-810 520-530 170-180

790-800 510-530 170-180

240

Известный 90

950

Таблица3

ТемпеСпособ обработки ратура, ОС слоя, мкм

Известный

Предлагаемый

1380

1400 42

110

1420

320

Составитель А, Булгач

Редактор Н. Гунько Техред Л.Сердюкова Корректор Н. Король

Заказ 24 Тираж 791 Подписное

ВНИИПИ 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 I

Предлагаемый 15

Известный 60

Время обработки, мин

Толщина насыщенного

Микротвердость, кг/мм