Способ диффузионного насыщения металлических изделий

СПОСОБ ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев, выдержку и охлаждение в насыщающей среде с наложением электростатического поля бесконтактным способом, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет ускорения химических реакций, уменьшения энергозатрат и понижения температуры, наложение электростатического поля бесконтактным способом проводят при изоляции изделия с помощью диэлектрика от электрического тока при напряженности электростатического поля 4 10 кВ/см.

Изобретение относится к металлургии, материаловедению в частности к способам химико-термической обработки.
Изобретение может быть использовано в машиностроении для повышения твердости поверхностного слоя, его износостойкости, предела выносливости и сопротивления коррозии.
Наиболее близким техническим решением является способ диффузионного насыщения металлических изделий, включающий нагрев, выдержку и охлаждение в насыщающей среде с наложением электростатического поля, где цементируемая или борируемая деталь является анодом, а катод изолирован от детали.
Недостатками указанного способа являются: небольшие скорости процессов, большие энергетические затраты, высокие температуры и затруднение диффузионного насыщения порошковых материалов.
Целью изобретения является: интенсификация процесса за счет ускорения химических реакций, уменьшение энергозатрат и понижение температуры.
Поставленная цель достигается тем, что в способе диффузионного насыщения металлических изделий, включающем их нагрев, выдержку и охлаждение в насыщающей среде с наложением электростатического поля бесконтактным способом, согласно изобретению, наложение электростатического поля бесконтактным способом проводят при изоляции с помощью диэлектрика от электрического тока.
Сущность изобретения заключается в том, что при указанном воздействии на образец происходит увеличение реакционной способности активных центров в образце, на которых начинается и идет процесс образования нитридов, карбидов, боридов и т.д. а также активизируется процесс диффузии указанных примесей в матрицу, что является неисследованным ранее физико-химическим эффектом.
Заявленный способ приводит к снижению температур азотирования, борирования, цементации, снижению энергетических затрат, улучшению качества поверхности, дает возможность обрабатывать порошковые материалы.
В ходе проведения процесса по заявленному способу, снижаются энергозатраты за счет того, что в электрической схеме, создающей электростатическое поле, практически отсутствуют электрические токи. Кроме того, немаловажными факторами, снижающими энергетические затраты являются: снижение температур и времени обработки. Кроме того, за счет снижения температур, происходит улучшение качества поверхности, т.к. детали при низких температурах не подвергаются короблению из-за фазовых превращений, что имеет особое значение для деталей машин, имеющих частоту поверхности выше 8-го класса.
Примеры проведения экспериментов.
Предлагаемый способ обработки металлических материалов был реализован следующим образом.
Исходные материалы: сталь 30ХГСНА и порошок вольфрама нагревали и выдерживали в атмосфере азота. При этом контейнеры с образцами находились в электростатическом поле напряженностью 4-10 кВ/см. Опыты проводились на термогравиметрической установке на основе весов "Б-70" (фирмы "Сетарам", Франция), погрешность при измерении массы которых составляла 10^-6 г, программатор температуры обеспечивал погрешность при линейном нагреве и выдержке температуры не более 0,5^оС. Скорость линейного нагрева во всех приведенных ниже опытах составляла 0,83^оС/с. Регулируемый источник постоянного напряжения для наведения высоковольтного электростатического поля собирается по стандартной схеме, включающей в себя: ЛАТР, трансформатор, выпрямители, вольтметр, два сопротивления, и электроды, и питается от сети с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Отличительной особенностью схемы является то, что электроды изолированы от источника напряжения, остальных частей установки, а также от образцов. Нагрев и выдержку металлических материалов проводили в обычных условиях и при наложении внешнего электростатического поля. Воспроизводимость результатов экспериментов составляла более 95% Толщина азотированного слоя (h) определялась на оптическом микроскопе "Versameht-2".
Результаты некоторых экспериментов приведены в таблице, где Т_выд температура выдержки.
_выд время выдержки;
m изменение массы;
S площадь поверхности образца;
h толщина азотированного слоя.
Величина напряженности электростатического поля подбирается в зависимости от материала и технических возможностей установки. Можно предположить, что с увеличением напряженности, поле еще больше будет интенсифицировать (в случае азотирования и восстановления) или замедлять (в случае окисления) реакции. Возможно существует оптимальная напряженность электростатического поля, соответствующая мак- симальной скорости процессов диффузионного насыщения и восстановления, и минимальной скорости процесса окисления.
Таким образом, как видно из приведенных данных, предложенный способ позволяет снизить температуру азотирования стали в пределах до 450^оС, уменьшить энергозатраты процесса на 30% улучшить качество азотированной поверхности, а также подвергать азотированию порошковые материалы.
Сущность изобретения: металлические изделия нагревают, выдерживают и охлаждают в насыщающей среде с наложением электрического поля бесконтактным способом напряженностью 4 - 10 кв/см. 1 табл.