СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ И ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЕЙ В ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА Советский патент 1997 года по МПК C23C14/38 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к процессам азотирования железа и черных сплавов в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение сопротивления деталей износу в условиях воздействия агрессивных сред путем формирования на обрабатываемой поверхности нитрокарбидной зоны.

Сущность изобретения заключается в следующем. В способе химико-термической обработки стальных и чугунных деталей, заключающемся в многократном чередовании двух стадий изотермической выдержки: первоначально в аммиаке, а затем в аргоне, при температуре 560 650^oC в плазме тлеющего разряда, после изотермической выдержки в среде аммиака и аргона осуществляют дополнительно изотермическую выдержку в течение 2 ч в аммиачно-пропановой смеси. При этом в состав газовой смеси для химико-термической обработки стальных и чугунных деталей, содержащей аммиак, введен пропан со следующим содержанием компонентов, мас. пропан 10 20, аммиак остальное.

Способ осуществляют следующим образом. Азотируемое изделие в рабочем контейнере является катодом, а сама камера анодом. Воздух из рабочего объема контейнера откачивают до давления 5•10² мм рт.ст. После чего камера продувается аммиаком в течение 10 мин при давлении 10 мм рт.ст. а затем подают напряжение на электроды и возбуждают тлеющий разряд.

При давлении, необходимом для его равномерного горения по всей поверхности азотирования (при давлении 2 6 мм рт.ст.), и температуре 520 - 650^oC проводят первую стадию насыщение. После ее окончания из камеры откачивают аммиак и ее заполняют аргоном до давления 0,1 4 мм рт.ст. и в тех же температурах 520 650^oC проводят вторую стадию. При необходимости для получения заданной глубины слоя циклы повторяют. После этого аргон откачивают до давления 5•10^-2 мм рт.ст. и камеру заполняют аммиачно-пропановой смесью, содержащей 10 20% пропана до рабочего давления 2 6 мм рт.ст и в течение 2 ч проводят заключительную стадию формирование нитрокарбидной зоны соединений при температурах 560 650^oC. При этом содержание пропана в смеси и температуры должны быть строго регламентированы, так как любое изменение состава и температуры приводит к нежелательным явлениям. Повышение содержания пропана в смеси выше 20% как и снижение температуры ниже 560^oC, приводит к осаждению сажи на обрабатываемой поверхности, которая тормозит формирование зоны соединений. В случае понижения содержания пропана в смеси ниже 10% происходит формирование коррозионно нестойких нитридов, а повышение температуры заключительной стадии выше 650^oC приводит к снижению твердости подложки, т.е. материала деталей. Следует отметить, что проводить изотермическую выдержку в аммиачно-пропановой смеси продолжительностью более 2,5 ч нецелесообразно, поскольку при этом не происходит дальнейшее приращение толщины нитрокарбидной зоны, при выдержке менее 2 ч не происходит формирование нитрокарбидной зоны необходимой глубины (2 4 мкм).

Результаты экспериментов сведены в табл. 1.

Приведены испытания обработанных материалов на изнашиваемость при фреттинге. Для сравнения эти же материалы испытывались после закалки и после азотирования способом, указанным в прототипе. Испытания проводились на образцах, изготовленных по ГОСТ -23.211-80 с чистотой рабочей поверхности 8 - 9 класса в воздушной среде при температуре 20±2^oC и влажности 80 - 90% на установке ФК-1 (см. табл. 2).

По сравнению с базовым объектом (прототипом) износостойкость образцов, обработанных по предлагаемому способу, повысилась на 30%

Способ химико-термической обработки стальных м чугунных деталей в плазме тлеющего разряда при 500 - 680^oС с многократным чередованием стадий изотермической выдержки, первая стадия в аммиаке, вторая в аргоне, отличающийся тем, что, с целью повышения сопротивления деталей износу в условиях агрессивных сред за счет формирования на обрабатываемой поверхности деталей нитрокарбидной зоны, после многократного чередования стадий изотермической выдержки проводят дополнительную изотермическую выдержку при 500 - 600^oС в аммиачно-пропановой смеси в течение 2-2,5 ч.

1 Способ химико-термической обработки стальных и чугунных деталей в плазме тлеющего разряда при 500 680<198>С с многократным чередованием стадий изотермической выдержки, первая стадия в аммиаке, вторая в аргоне, отличающийся тем, что, с целью повышения сопротивления деталей износу в условиях агрессивных сред за счет формирования на обрабатываемой поверхности деталей нитрокарбидной зоны, после многократного чередования стадий изотермической выдержки проводят дополнительную изотермическую выдержку при 500 600<198>С в аммиачно-пропановой смеси в течение 2-2,5 ч.