Способ комбинированной химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов



Способ комбинированной химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов
Способ комбинированной химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов

Владельцы патента RU 2709563:

Щигарцов Иван Михайлович (RU)
Морозова Анастасия Юрьевна (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к химико-термической обработке деталей из металлов или сплавов насыщением поверхностного слоя неметаллами или металлами и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов включает нагрев деталей и активной среды при одновременном воздействии на скорость и глубину диффузионных процессов путем возбуждения в деталях высокочастотных токов, причем возбуждение высокочастотных токов осуществляют в поверхностных слоях на глубину насыщения легирующими химическими элементами. Обеспечивается получение необходимой глубины легирования поверхностных слоев металла при минимальных затратах времени и энергии.

 

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, именно к химико-термической обработке деталей из металлов или сплавов способом насыщения (легирования) поверхностного слоя неметаллами (углерод, азот, бор и др.) или металлами (цинк, хром, алюминий и др.) и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей или придания им особых свойств.

В настоящее время для химико-термической обработки используются различные виды энергии и различные среды, в которых происходит насыщение поверхностных слоев легирующими элементами. Процесс протекает в расплавах солей, в нагретых газах, получаемых при сжигании углеводородного топлива, в твердых карбюризаторах, в вакууме или тлеющем разряде (ионное азотирование).

Все перечисленные способы имеют ряд недостатков:

- длительность процесса до 90 часов;

- недостаточная эффективная толщина диффузионного слоя (при борировании до 0,3 мм, при азотировании до 0,8 мм);

- существенное изменение свойств легированного слоя по толщине;

- большие энергозатраты.

Известны различные методы ускорения процессов и глубины химико-термической обработки: путем изменения режимов нагрева деталей, выбора сталей различного химического состава, изменения состава и свойств активной среды, применения двухступенчатого нагрева, изменения структуры материалов.

Такие технологические решения рассматриваются в различных источниках информации, но их применение не устраняет перечисленных недостатков:

1. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы. Москва, Металургия, 1981.; [1]

2. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. - 3-е изд., перераб. и доп. В 3-х Т. Т. II. Основы термической обработки / Под. ред. Бернштейна М.А., Рихштадта А.Г. М.: Металлургия 1983. 368. С. [2]

Известен способ ионного азотирования в тлеющем разряде, позволяющий сократить время процесса в 1,5-2 раза. Однако, и в этом случае, эффективная толщина упрочненного слоя для ряда деталей (коленчатые валы, распределительные валы двигателей внутреннего сгорания) не превышает 0,4 мм при цикле обработки до 40 часов (Светличный Н.Н., Аюкин З.А. и др. Развитие упрочняющей технологии коленчатых валов дизелей КАМАЗ. Автомобильная промышленность, 2015, №4 - С. 29-33) [3].

Наиболее близким, по существу заявляемого изобретения, прототипом является способ химико-термической обработки при индукционном нагреве сталей в активной среде (см. Николаев Е.Н., Коротин И.М. Термическая обработка металлов токами высокой частоты. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Высшая школа". 1977, с. 131). [4]

Недостатком прототипа [4] является то, что ток высокой частоты используется только для нагрева деталей, частота тока выбирается из необходимости прогрева деталей на всю глубину, а не для воздействия на диффузионные процессы в поверхностном слое.

Применение такой технологии снижает возможности управления скоростью диффузионных процессов в поверхностных слоях деталей, при больших мощностях высокочастотных установок с коэффициентом полезного действия менее 35%.

Все известные технологии химико-термической обработки требуют больших затрат энергии, так как эффективные способы управления скоростью процессов диффузии легирующих элементов в поверхностные слои металлов не разработаны.

Известные способы химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов не позволяют получать эффективную глубину легированного слоя, более 0,3-0,8 мм. Для деталей, работающих в условиях абразивного износа или подвергающихся обработке в ремонтные размеры (например, коленчатые валы двигателей), минимальная эффективная толщина легированного слоя составляет 1,5-2 мм. Эта задача для процессов азотирования, борирования известными способами не решается.

Повышение толщины легированного слоя, в предлагаемом способе, достигается тем, что нагрев деталей и активной среды проводится любыми источниками энергии, а ток высокой частоты, возбуждается только в поверхностных слоях, на глубину необходимого легирования.

Сущность предлагаемого способа химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов заключается в нагреве деталей и активной среды при одновременном воздействии на скорость и глубину диффузионных процессов высокочастотными токами, возбуждаемыми в поверхностных слоях на глубину насыщения легирующими химическими элементами.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено, например, следующим путем.

В печь для азотирования в атмосфере аммиака помещают детали и проводят процесс азотации по известным технологиям. Одновременно в поверхностных слоях деталей возбуждаются высокочастотные токи путем прямого подключения к высокочастотному источнику электрического тока или методом электромагнитной индукции.

Возникающие при этом в поверхностных слоях вихревые токи вызывают хаотичное перемещение не только электронов, но и ионов легирующих элементов, что ускоряет процессы диффузии на всю глубину проникновения тока.

Скорость этих процессов зависит от плотности индуктируемых токов, что обеспечивается их концентрацией в поверхностных слоях, и выбором соответствующей частоты при минимальной мощности высокочастотных установок. Поэтому частоту тока необходимо выбирать в соответствии с необходимой глубиной легирования по известной формуле [4]:

где δ - глубина проникновения тока высокой частоты (глубина легирования)

ρ - удельное электрическое сопротивление, Ом⋅мм2/м;

М - магнитная проницаемость материала, Гс/э;

t - частота тока, Гц.

Для практических расчетов можно использовать упрощенную формулу [4]:

В зависимости от целей химико-термической обработки, воздействие на скорость процесса и глубину легирования можно проводить путем изменения силы тока, частоты тока или путем периодического включения-отключения источника.

Технический результат предлагаемого способа химико-термической обработки заключается в получении необходимой глубины легирования поверхностных слоев металла при минимальных затратах времени и энергии.

Источники информации

1. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы. Москва, Металлургия, 1981.

2. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд - 3-е изд. перераб. и доп. В 3-х т. Т. 11. Основы термической обработки / под ред. Бернштейна М.А., Рихштадта А.Г.: Металлургия 1983. 368 с.

3. Светличный Н.Н, Аюкин З.А. и др. Развитие упрочняющей технологии коленчатых валов дизелей КАМАЗ. Автомобильная промышленность, 2015, №4. - с. 29-33.

4. Николаев Е.Н., Коротин И.М. Термическая обработка металлов токами высокой частоты. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Высшая школа". 1977, с. 131.

Способ комбинированной химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов, включающий нагрев деталей и активной среды при одновременном воздействии на скорость и глубину диффузионных процессов путем возбуждения в деталях высокочастотных токов, отличающийся тем, что возбуждение высокочастотных токов осуществляют в поверхностных слоях на глубину насыщения легирующими химическими элементами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения эксплуатационных свойства режущего инструмента и деталей проводят химико-термическую обработку деталей в условиях акустического резонансного воздействия потоком сжатого воздуха путем нагрева до температуры от 150 до 450 С° и охлаждения деталей в газовой смеси, состоящей из воздуха и газообразных химических реагентов, при этом нагрев и охлаждение деталей осуществляют в резонаторной камере при давлении 1.5-4.5 атм и воздействии на детали циркулирующим потоком сжатого воздуха на резонансной частоте в диапазоне 500-5000 Гц, а концентрация газовых компонент по отношению к воздушной среде в камере составляет: по водороду: от 2 до 2.5%, по метану: от 10 до 25%, по азоту: от 15 до 25%, по аммиаку: от 15 до 45%.

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к обработке наводороживанием поверхности стальных изделий, и может быть использовано для подготовки изделий из сталей низкой твердости к эксплуатации после финишной механической обработки.

Изобретение относится к изделию, содержащему электропроводящую основную часть, и способу его получения и может быть использовано в качестве электрода. .

Изобретение относится к способу, а также к устройству для измерения поступающего из окружающей газовой атмосферы и принимаемого деталями количества компонента при термохимической обработке металлических деталей.

Изобретение относится к химико-термической обработке деталей и может найти применение в машиностроении, в авиационной промышленности и в других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к сокатализаторам для термообработки атмосферы и способам их использования и введения. .
Изобретение относится к области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении. .
Изобретение относится к области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении. .

Изобретение относится к способам химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента и может быть использовано в машиностроении. .

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при изготовлении инструмента с химико-термической обработкой (ХТО) и окончательным отпуском при температуре не выше 500oC.

Способ бороалитирования поверхности стального изделия относится к металлургии и может быть использован в машиностроении для поверхностного упрочнения различных стальных изделий.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения детали, и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента для ленточнопильного металлорежущего станка, работающего в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения детали, и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента для ленточнопильного металлорежущего станка, работающего в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок.
Изобретение относится к технологиям и оборудованию для нанесения покрытий на детали при их химико-термической обработке. Способ защиты внутренних поверхностей реактора от насыщения компонентами рабочей среды при химико-термической обработке деталей включает формирование на внутренних поверхностях реактора защитного покрытия, химически нейтрального к рабочей среде.

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости режущего, штампового инструмента, а также конструкционных изделий из твердого сплава за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам нанесения покрытий из шликеров на внутреннюю поверхность проточной части статора турбины, который содержит корпус, выполненный в виде полусферы, сопловой аппарат с лопатками, входной патрубок и втулку.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении с целью повышения долговечности деталей машин.
Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных деталей, в частности к составу для поверхностного лазерного упрочнения, и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструментов, изготовленных из конструкционных сталей и работающих в условиях многократного контактного (статического и динамического) нагружения в машиностроительной, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке деталей с формированием диффузионных и поверхностных слоев с повышенной износостойкостью и высокой прирабатываемостью в условиях трения металла о металл, и может быть использовано в машиностроении.

Изобретение относится к области конструктивного исполнения высокотемпературных реакторов установок, предназначенных для объемного металлирования пористых материалов.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к химико-термической обработке деталей из металлов или сплавов насыщением поверхностного слоя неметаллами или металлами и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей из металлов или сплавов включает нагрев деталей и активной среды при одновременном воздействии на скорость и глубину диффузионных процессов путем возбуждения в деталях высокочастотных токов, причем возбуждение высокочастотных токов осуществляют в поверхностных слоях на глубину насыщения легирующими химическими элементами. Обеспечивается получение необходимой глубины легирования поверхностных слоев металла при минимальных затратах времени и энергии.

Наверх