УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Советский патент 1995 года по МПК C23C14/32 

Изобретение относится к области упрочнения режущего инструмента и деталей машин методом вакуумно-плазменной технологии и может найти применение в машиностроении.

Целью изобретения является повышение качества обработки внутренних поверхностей полых изделий.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема установки для химико-термической обработки; на фиг. 2 конструкция держателя изделий; на фиг. 3 представлен график зависимости микротвердости поверхностного слоя внутренней цилиндрической полости трубчатого изделия (кривая а для азотированного изделия в данной установке, кривая б для изделия, прошедшего химико-термическую обработку в установке-прототипе).

Установка для химико-термической обработки сквозных внутренних полостей изделий содержит вакуумную камеру 1, в которой установлены катод 2, анод 3, оптически непрозрачный экран 4, электроизолированный держатель 5 изделий в виде перегородки с отверстиями 6 (см. фиг. 2), в которых установлены обрабатываемые полые изделия 7. Электропитание катода 2 и анода 3 осуществляется от источника 8 постоянного тока, в цепи которого установлено реле 9 тока. Держатель 5 подсоединен к отрицательному полюсу источника 10 питания через нормально открытые контакты 11.

Установка для химико-термической обработки работает следующим образом.

Системой откачки (не показана) вакуумная камера 1 откачивается до давления (1,3-6,6) ˙10^-3 Па, а затем в нее напускается азот с помощью системы напуска (не показана) до давления 6,6˙10^-2 6,6˙10^-1 Па. Между катодом 2 и анодом 3 с помощью источника 8 постоянного тока зажигается вакуумно-дуговой разряд. Для зажигания разряда используется электромеханическая система поджига, состоящая из поджигающего электрода, электрически соединенного с анодом, и электромагнита, осуществляющего кратковременное соприкосновение электрода с катодом. Возникающее при размыкании поджигающего электрода катодное пятно на катоде служит инициатором вакуумно-дугового разряда. Вакуумно-дуговой разряд в установке состоит из двух разнородных в физическом отношении областей: область I заключена межу катодом 2 и экраном 4 и заполнена металлической плазмой, область II заключена между экраном 4 и анодом 3 и заполнена азотной плазмой. Ионы металлической плазмы, распространяющиеся с поверхности катода по прямолинейным траекториям задерживаются экраном 4, благодаря чему в пространстве экрана 4 формируется граница металлической плазмы.

Электрическое поле анода, проникая в пространство экрана, ускоряет электроны металлической плазмы, которые ионизуют газ в области II.

При размещении держателя 5 с отверстиями 6, в которых расположены полые изделия 7 со сквозными внутренними полостями, между анодом и экраном разряд проходит через сквозные полости изделий, образуя однородную плазму внутри них. Благодаря этому достигается однородность по толщине азотированного слоя. Для прогрева изделий на них подается высоковольтный до 400 В отрицательный потенциал от источника 10 постоянного тока. Ионы газовой плазмы, ускоряясь в дебаевском слое у поверхности полости, бомбардируют ее и, тем самым, прогревают изделия, одновременно осуществляя азотирование внутренней поверхности полых изделий.

В цепи тока разряда установки установлено реле 9 нормально открытый контакт которого находится в цепи источника 10 питания. Реле 9 предназначено для подачи отрицательного напряжения на держатель изделий после зажигания разряда и образования внутри полостей изделий плазменных столбов. В противном случае зажигание разряда затруднено, поскольку электроны металлической плазмы, проникающие из области I сквозь оптически непрозрачный экран в область II, отталкиваются электрическим полем перегородки и возбуждения разряда между катодом 2 и анодом 3 не происходит.

Экспериментальная установка для азотирования внутренних сквозных полостей содержит вакуумную камеру длиной 1000 мм и диаметром 500 мм. На одном конце камеры располагается катодный узел электродугового испарителя титана с магнитным удержанием катодного пятна, на противоположном конце установлен на водоохлаждаемый анод в виде плоского диска диаметром 400 мм. На расстоянии 400 мм от катода установлен экран в виде шеврона для формирования границы металлической плазмы.

В пространстве между экраном и анодом расположена перегородка с отверстиями диаметром 51 мм, в которые вставлялись отрезки труб из нержавеющей стали Х18Н10Т диаметром 50 мм, длиной 350 мм. На перегородку держатель изделий подавался отрицательный потенциал 400 В. Ток разряда 150 А, ток в цепи перегородки составлял 16 А. Температура азотирования 550^оС поддерживалась отключением высоковольтного источника. Время азотирования 30 мин.

Контроль азотирования осуществлялся замером поверхностной микротвердости по длине внутренней полости. График зависимости микротвердости по длине трубы представлен на фиг. 3 (кривая а). Для сравнения показан график (кривая б) для труб, прошедших обработку обычным способом (внутри полых изделий pазpяд отсутствует). Сравнение вышеприведенных графиков показывает, что в данной установке достигается практически равномерное азотирование протяженных внутренних полостей, что повышает качество обрабатываемых изделий.

Изобретение относится к области упрочнения металлорежущего инструмента и может найти применение в машиностроении. Цель изобретения повышение качества обработки внутренних поверхностей полых изделий. Установка для химико-термической обработки изделий содержит вакуумную камеру 1, в которой установлены катод 2, анод 3, оптически непрозрачный экран 4, электроизолированный держатель 5 обрабатываемых изделий в виде перегородки с отверстиями 6 для установки изделий 7. Питание электродов 2 и 3 осуществляется от источника 8, в цепи которого установлено реле 9 тока с открытым контактом 11. При размещении держателя 5 между анодом и экраном разряд проходит через сквозные полости изделий, образуя однородную плазму внутри них. Для прогрева внутренних поверхностей на изделия подается отрицательный потенциал до 400 В от источника 10, при этом ионы газовой плазмы, ускоряясь в дебаевском слое у поверхности полости, бомбардируют ее поверхность, прогревая и азотируя ее. Благодаря наличию однородной плазмы внутри полых изделий качество обработки изделий повышается за счет однородности толщины азотированного слоя. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ преимущественно полых изделий, содержащее вакуумную камеру с размещенными в ней катодом электродугового испарителя, анодом, оптически непрозрачным экраном, держателем изделий, источник питания вакуумного дугового разряда и источник напряжения смещения, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки внутренних поверхностей изделий, оно снабжено токовым реле, один из выводов которого подключен к катоду, а другой к отрицательному полюсу источника питания дугового разряда, держатель выполнен в виде электроизолированной перегородки с отверстиями, размещенной между экраном и анодом и подклченной к источнику напряжения смещения, отрицательный полюс которого подключен к перегородке через замыкающий контакт токового реле.