Способ азотирования стальных изделий в тлеющем разряде Советский патент 1988 года по МПК C23C8/36 

00

со со

Ю

Oi

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин. Целью изобретения является интенсификация процесса азотирования и повышение микротвердости диффузионного слоя. Для этого при азотировании в тлеющем разряде в азотводородной плазме при 450-580®С проводят дополнительную ионизацию плазмы тлеющего разряда путем нагрева спирали, присоединенной к отдельному отрицательному электроду с потенциалом до 200 В. При этом обработку ведут при давлении 0,13... 13,3 Па. Все это позволяет получить легированные слои глубиной до 400 мкм. 4 ил., 1 табл. с S (Л

см

Изобретение относится к металлургии, а именно химико-термической обработке в плазме тлеющего разряда, и может бь1ть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин.

Целью изобретения является интенсификация процесса азотирования и повышение микротвердости диффузионного слоя.

На фиг.1 приведена схема устройства, используемого дпя осуществления способа; на фиг.2 и 3 - сравнительное распределение микротвердости по тoлшJ нe диффузионного слоя на образцах из стали 34ХМ5Ю и высокопрочной низколегированной стали, содержащей О,05%С и 4,4% Сг,после азотирования в азотводородной плазме при 450°С в течение 4 ч; на фиг.4 - схема распределения микротвердости по толщине слоя после азотирования при 400, 500 в течение 5 ч.

Вакуумную камеру 1, в которой осу ществляют обработку, вакуумируют с помощью насоса 2. Обрабатываемое изделие 3 соединяют болтом 4 с катодом

Катод изолируют от стенок камеры с помощью изолирующей втулки 6 и отделяют от окружающего пространства с помощью искрозащищенного покрытия.

Катод отрицательно поляризуют через проводник 7 от источника 8 напряжения. Стенки камеры присоединяют к положительному полюсу источника проводником 9.

Температуру обрабатьюаемого изделия регу шруют с исТтользованием термопары 10.

Регистрируюпщй прибор 11 располагают в отдельном кожухе 12 изолированно от окружающего пространства.

Катод окружают экраном 13, ограничивающим свечение вокруг обрабатываемого изделия 3. Газовую смесь по коллектору 14 направляют в вакуумную камеру I. Интенсивность тлеющего раз ряда регулируют с помощью горячей нити 15, которую соединяют про- нодииками 16 с автономным источником 17 напряжения. Проводники изолированы от корпуса. Отрицательное на- пряжение подают с помощью проводника 18 на нить от источника 19. Для получения отрицательного потенциала на нити вакуумную камеру 1 присоединяют

0

5

5

0

30

.

к положительному полюсу 20 источника 19.

Способ осуществляют следующим образом.

Азотводородную смесь впускают в рабочую камеру до давления 0,13 - 13,3 Па, зажигают между изделием-катодом и рабочей камерой-анодом тлею щий разряд при напряжении источника 9-4 кВ и ведут нагрев изделия-катода до 450...580°С, после чего производят выдержку при зтой температуре.

Температуру изделия в процессе нагрева и выдержки регулируют с помощью подаваемого на нить 15 отрицательного напряжения величиной до -200В.

В процессе плазменного азотирования при давлениях О,13...13,3 Па за счет увеличения интенсивности полной бомбардировки сокращается время диффузионного насьпцения, а также снижается возможность образования дуги, что способствует улучшению стабильности процесса.Обработке подвергают образцы из высокопрочной низколегированной стали, содержащей 0,05% С и 4,4% Сг (сталь 1), и стали 34ХМ5Ю (сталь 2). Азотирование проводят в азотводородной смеси с добавлением аргона при 450°С в течение 4 ч.

Результаты приведены в таблице.

Из анализа экспериментальных данных, приведенных в таблице, следует, что толщина упрочненного слоя ((, 600) после обработки по предлагаемому способу увеличивается в 1,5-3 раза на высокопрочной низколегированной стали, содержащей 0,05 /сС и 4,4% Сг, 40 и в 1,2-1,5 раза на стали 34ХМ5Ю. Формула изобретения

Способ азотирования стальных изделий в тлеющем разряде, включающий нагрев изделия-катода, помещенного в д5 рабочую камеру-анод, в азотводородной плазме до 450... и последующую выдержку при этой температуре, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса азотирования и повьштения микротвердости диффузионного слоя, азотирование осу ществляют при давлении О,13...13,ЗПа, при этом в процессе обработки производят дополнительную ионизацию плазмы тлеющего разряда путем нагрева спирали, присоединенной к отдельному отрицательному электроду с потенциалом до 200 В относительно рабочей камеры- анода .

5

1 80 20

55 20 25

30 20 50

16 74

80 20

55 20

25

1350 800

30 20 50

1280 620

16 74

480

Примечание. В числителе - после обработки по предлагаемому

способу, в знаменателе - по известному.

А80

400

390

420

400

380

400

350

340

340

tjeo

O.IO.Z0.3

Расстояние от no6epjrnocmu, мм

Pu . 2

HIGH - STRENGTH LOW - ALLOY STEEL PLASMA NITRIDiD AT 450°C

a/Q.I0.3

Расстойнив от подерхности, мм Фиг.З

KHN 0.5

ПП NITRIDING IN PLA SMA FOR S/i

т 0,10.20.30.4

Расстояние от поверхности, мм Фиг. 4

HIGH STRENGTH LOW ALLOW STEEL

X

Д 500 С