Способ азотирования стальных изделий Советский патент 1990 года по МПК C23C8/24 

Изобретение относится к металлургии, в частности химико-термической обработке с использованием источников высококонцентрированной энергии, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости обработанных изделий.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит деталь 1, на поверхность которой напыляют слой 2

порошка нитрата бария или аммиачной селитры. Порошок нитрата бария или аммиачной селитры подается дозатором 3 в плазменную струю 4 плазмотрона 5, соединенного с источником 6 питания. Кроме того, в схеме содержится дополнительный источник 7 питания, который соединен с плазмотроном 5 через балластное сопротивление 8 и соединен с деталью 1.

Способ осуществляют в атмосфере следующим образом.

Первый этап: нагревают поверхность детали 1, производят плазменное напы%Ј ЧУ

о

ОЭ

ление порошка (нитрат бария или аммиачная селитра), подаваемого из дозатора 3 в плазменную струю 4 плазмотрона 5, питаемого источником 6 питания, до образования слоя 2.

Второй этап: поверхность детали 1 с напыленным слоем 2 обрабатывают плазменной струей 4, выходящей из плазмотрона 5, питаемого источником 6, которая поддерживается дополнительным источником 7 питания через балластное сопротивление 8, при этом положительный потенциал подается на деталь 1, а отрицательный - на анодную часть плазмотрона 5, т,е„ через плазменную струга пропускается ток прямой поляркости.

В качестве плазмотрона используют стандартный плазмотрон типа ПП-25 совместно с питающим устройством УПУ-ЗД. Мощность, подводимая к плазмотрону, составляет 10 кВт при токе разряда 400 А и напряжении горения 25 В. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с содержанием примесей не более 0,01% по объему. Расход аргона составляет 7 л/с. На первой стадии работы (напыление азотдетали 1 и напыленный слой 2 порош- (ка на втором этапе подвергаются концентрированному тепловому и электри-. ческому воздействию. В результате этого поверхностный слой детали 1 оплавляется на глубину 0,1 мм, а после финишной обработки оплавленного поверхностного слоя детали азотирование сохраняется на глубине 3-4 мм.

При скорости перемещения 8 м/мин оплавление происходит на глубине 1-1,5 мм, а после финишной обработки оплавленного слоя глубина азотированного слоя не превышает 0,05 мм.

При скорости перемещения 10 м/мин оплавление происходит на глубину 0,03-0,1 мм. Финишной обработкой азотированный слой удаляется.

При обработке по предлагаемому способу возможна работа как с плавлением, так и без него, при этом во время плавления борозд не образуется так как расстояние между соплом и деталью больше в 2-3 раза, поскольку по плазменной струе пропускается электрический ток. Таким образом, обработка по известному способу мо

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке с использованием источников высококонцентрированной энергии, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента. Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости обработанных изделий. Способ азотирования включает нанесение на обрабатываемую поверхность методом плазменного напыления слоя нитрата бария или аммиачной селитры и последующий нагрев поверхности струей аргонной плазмы, полученной в электродуговом плазмотроне. При этом через плазменную струю пропускают постоянный ток силой 80-140 А, причем положительный полюс источника тока присоединяют к обрабатываемой детали, а отрицательный - к анодной части плазмотрона. Использование данного способа обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости обрабатываемых изделий в 2-3,5 раза по сравнению с обработкой по известному способу. 1 ил., 1 табл.

содержащего компонента) в плазму до- о жет пР°исх°Дитъ лишь без оплавления

35

40

бавляют азот технический в количестве 5% по объему для увеличения энтальпии плазменной струи, что способствовало качественному нанесению азотсодержащего вешества на поверхность обрабатываемого изделия. Азотсодержащее вещество (нитрат бария либо аммиачная селитра) наносят толщиной 0,4-0,5 мм. На второй стадии (собственно азотирование) в качестве плазмообразующего газа используют чистый аргон без примеси азота при указанном расходе. Скорость подачи азотсодержащего вещества в плазменную струю на первой стадии подбирается экспериментально, определяющим здесь является достаточная степень адгезии наносимого вещества к поверхности обрабатываемой детали. Обычно величина расхода составляет 10-20 г/мин.

На второй стадии работы параметры разряда в плазмотроне остаются прежними, как и расход газа. Однако через плазменную струю пропускается электрический ток прямой полярности величиной 50-140 А.

Скорость относительного перемещения деталь - плазмотрон составляет 9 м/мин. При этом поверхностный слой

50

55

поверхности.

В отсутствие плавления (по извест ному способу) происходит лишь поверх ностное насыщение азотом на небольшую глубину, тогда как при обработке по предлагаемому способу имеет место плавление и насыщение азотом на зна чительные глубины, равные толщине расплавленной зоны.

Выбор в качестве азотсодержащего вещества нитрата бария либо нитрата аммония (аммиачной селитры) объясняется тем, что при нагревании первый из них разлагается с образованием азота и оксида бария, а второй - с образованием оксида азота четырехвалентного и аммиака или с образованием оксида азота одновалентного и воды в зависимости от условий нагрева. При применении нитрата бария образующийся оксид бария выполняет функцию флюса, защищающего поверхность от окисления и очищающего ее, что облег чает проникновение атмосферного азота в поверхность металла. Однако остатки оксида бария на поверхности обработанной детали реагируют с влагой воздуха с образованием гидроокси да бария, что вызывает коррозию ме5

0

0

5

поверхности.

В отсутствие плавления (по известному способу) происходит лишь поверхностное насыщение азотом на небольшую глубину, тогда как при обработке по предлагаемому способу имеет место плавление и насыщение азотом на зна чительные глубины, равные толщине расплавленной зоны.

Выбор в качестве азотсодержащего вещества нитрата бария либо нитрата аммония (аммиачной селитры) объясняется тем, что при нагревании первый из них разлагается с образованием азота и оксида бария, а второй - с образованием оксида азота четырехвалентного и аммиака или с образованием оксида азота одновалентного и воды в зависимости от условий нагрева. При применении нитрата бария образующийся оксид бария выполняет функцию флюса, защищающего поверхность от окисления и очищающего ее, что облегчает проникновение атмосферного азота в поверхность металла. Однако остатки оксида бария на поверхности обработанной детали реагируют с влагой воздуха с образованием гидрооксида бария, что вызывает коррозию металла, поэтому в необходимых случаях предпочтительным оказывается использование нитрата аммония, который при нагревании разлагается без остатка. По сравнению с известными способами азотирования.струей азотсодержащей плазмы, когда азот вводится в плаз- ыообразующий газ, согласно предлагаемому способу процесс ускоряется, так как происходит реакция на границе двух жидкостей (расплавленный флюс и металл), а в известных способах реакция идет на границе газ - твердое тело.

Выбор прямой полярности подключения дополнительного напряжения (положительный потенциал к детали-) объясняется тем, что при таком включении напряжение между деталью и катодом плазмотрона суммируется напряжение между катодом и анодом плазмотрона и анодом и деталью, что увеличивает длину и мощность струи, а главное, ускоряет движение свободных электронов. При этом пятно дугового разряда на поверхности детали имеет значительно меньший диаметр по сравнению с таким пятном при обратной полярности, когда происходит мощная ионная бомбардировка и неустойчивая работа плазмотрона. При этом также имеет место ускоренное разрушение слоя азотсодержащего вещества и цель не достигается. При прямой полярности напряжения обеспечивается устойчивое горение и легкое управление процессом, поскольку длина дуги может варьироваться в довольно широких пределах (почти в два раза) без нарушения устойчивости процесса.

Пример. Обработке по предлагаемому и известному способам подвергают вырубные штампы из стали ЗОХГСА

О О О

20

10

8

0

5

для рубки азделнй из алюминиевого сплава Д16Т при скорости движения плазменной горелки 8 м/мин.

При обработке по известному способу используо - смесь аргон - азот при объемном соотношении азота до 15%. Большие количества азота, в силу его высокой энтальпии, вызывают быстрый износ плазмотрона и дают излишнюю скорость плазменной струи При работе по предлагаемому способу аммиачную селитру или нитрат бария наносят слоем 0,4-0,5 мм.

Сравнительные результаты по обработке по предлагаемому и известному способам приведены в таблице.

Из таблицы следует, что эксплуатационная стойкость вырубных штам- 0 пов, обработанных по предлагаемому способу, повышается в 2-3,5 раза по сравнению с обработкой по известному способу.

5 Формула изобретения

Способ азотирования стальных изделий, включающий нагрев поверхности обрабатываемого изделия азотсодержа- 0 щей плазменной струей, полученной в электродуговом плазмотроне, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости обработанных изделий, на обрабатываемую поверхность методом плазменного напыления предварительно наносят нитрат бария или аммиачную селитру, а нагрев ведут струей аргон- ной плазмы, при этом пропускают через плазменную струю постоянный ток силой 80-140 А, причем положительный полюс источника тока присоединяют к обрабатываемой детали, а отрицательный - к анодной части плазмотрона.

5

0

30 45 50

90 240

800 900

Отпуск

Продолжение таблицы