Способ азотирования металлических изделий в объемном электрическом разряде

д)С 23 С 8/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ассообмена ильеваоков тво СССР 8, 1985. МЕТАЛЛИЧЕС- ЕКТРИЧЕСКОМ(54) СПОСОБ АЗОТИРОВАНКИХ ИЗДЕЛИЙ В ОБЪЕМНОМРАЗРЯДЕ бретение относит машино- имическ но при тер иэ металагруженных х средах. ение энер- азонасыщен ме о слПот варительно ионике зажигают разрядизделием, а затемзацию азота и насыке азота, возбужльном продольномяде атмосферногоо снимают напрязделие в безразрядзота пред этом пот тродом ипредион зируют Вмежду элекпрекращают елие в дд аю сто денном льтном раз после чевысоко давлен хлаждаю ние ке га ртеже ном пот На чведена схе новки тановка содерракт 1 из кварзмохимическая узодинамический м на выходе пов кот цевого ст 5 фф5 ф с СО 5 ОЭ СОВЕТСИИХ Ю" 5 , , СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ й. "ЕЕСПХЕ 55 ИИ5 ЕА 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетелИ 1095673, кл. С 23 С 8 строению, преимущественно му, и может быть использо мической обработке детале лов, работающих в сильно узлах машин или агрессивнЦель изобретения - сниж гозатрат на формирование ЯО 1497270 А 1(57) Изобретение может быть использовано в машиностроении и химическойпромышленности. Цель изобретения -снижение энергозатрат на формирование азотированного слоя. Поток азотапредварительно ионизируют, зажигаютразряд между электродом и изделием,затем прекращают предыонизацию азотаи насыщают изделие в потоке азота,возбужденном в самостоятельном продольном высоковольтном разряде атмосферного давления. Это позволяет снизить энергозатраты на азотированиеизделий. 1 ил.,табл. мещено изделие 2 с присоединениемклеммой высокого напряжения, а на входе в него расположено сопло-электрод 3, перед которым находится капиллярный инжектор 4, с дополнительным Р электродом 5. На входе в инжекторимеются подводы 6 для подачи газас регулирующими кранами 7. Вкачест- ве изделий испытаны образцы из стали 38 ХМЮЛ, сплава ВТЗ. ЮПри помощи кранов 7 в капиллярный ф 3 инжектор подводят азот и прикладывают Я высокое напряжение к соплу-электроду ф 3 и дополнительному электроду 5, 4, вследствие чего на выходе из инжектора поток газа ионизируется. В гаэодиналдическом тракте плазмотрона 1,который служит зоной для плазмохимической реакции, этот поток газа омывает поверхность изделия 2. При пода-.че напряжения на сопло-электрод 3 и иэделие 2 в этом потоке зажигаетсяразрядный столб плазмы, которая существует и после отключения напряже1497270нпц ца иредионизаторе в самостоятельном режиме горения, Экспериментальные исследования показали, чтосамостоятельный разряд плазмы атмо 5сферцого давления устойчиво поддерживается без дальнейшей предионизации.Исцользовацие азота в качестве образующего такую плазму газа объясняется тем, что в нем отсутствуют электроотрицательные компоненты, приводящие к гибели электронов из-за прилипания, что затрудняет процесс зажигания разряда. Таким способом можноподдерживать высоковольтный самостоятельный разряд атмосферного давленияпри следующих Физических параметрах:отемпература потока газа 100 бТ 1500 С,энерговклад в разряде 300 - 6 И 6Джг 20Дж- 20000 в , причем отношение напрягженности электрического поля Е (В/см)к плотности газа поддерживают в пределах 510 В/смЕ/И1"10 В/см.-г 5После активации повышают расход азота, что приводит к уменьшению энерговклада и понижению температуры.В таблице приведены результатыэкспериментальной проверки процессаазотирования согласно предлагаемомуизобретению, Образцы берут в виде цилиндров 9 10 х 10 мм из стали 38 ХКОА.Металлографический анализ показална образцах, обработанных по предлагаемому способу, наличие упрочненного слоя с твердостью на поверхности 830 НЧ.Для сравнения энергетических ха. -рактеристик оценивались затраты дляодного я того же образца из стали,насьпцаеяой на глубину 500 мкм по известному способу и прилагаемому. Если для известного способа эти энергоФзаграты без учета затрат на нагревкорпуса контейнеров составляют 450,072 кВт ч/см 2, то для предлагаемо-го только 0,0315 кВт ч/см 2, Экономияэлектроэнергии (0,072 0,0315)==0,0405 кВт ч на 1 см,На поверхности образцов из титановых сплавов ЬТЗв процессе термообработки азотом синтезируется слойнитрида титана в течение 10 мин толщиной 10-20 мкм, образуются упрочняющие сплав структуры на глубину 5540-50 мкм равномерно-плотной насыщенности по глубине. Наличие в потоке газа большого числа возбужденных молекул, внедряемого в металл элемента, способствует более высокой скорости диффузии вглубь металла, чем при тлеющем разряде низкого давления.В зависимости от выбора параметров разряда появляется возможностьгибкого управления газонасыщением,микротвердостью, износостойкостью металла, распределением структуры поглубине, так как объемный самостоятельный разряд цизкотемнературнойплазмы атмосферного давления послеподжига на азоте существуе в широких диапазонах,Предлагаемое изобретение по сравнению с известным обладает следующими преимуществами.За счет исключения потерь на ионизирующее излучение, на предварительный нагрев и откачку газов снижаются энергозатраты формирования газонасыщенного слоя, упрощается аппаратурное оформление способа, улучшаются удобства эксплуатации установок, повыыается их надежность, появляется возможность эффективного управления соответствующим выбором параметров разряда такими характеристиками, как газонасыщение, твердость, поверхностное покрытие металла, распределение химического состава и структуры по глубине, при этом отсутствует коробление тонкостенных н сложкоФигурных изделий,Формула изобретенияСпособ азотнровакия металлических йзделий в объеглногл электрическом разряде, включающий подачу разности потенциалов на электрод й изделие, пространство между которыми заполнено газом при атмосферном давлении, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, изделие насыщают в потоке азота в саглостоятельном продольном высоковольтном разряде атмосферного давления, после чего снимают напряжение и охлаждают изделие в безразрядном потоке газа, причем поток азота предварительно ионизируют и зажигают в нем разряд между электродом и изделием./ч мкм электродах, кВ Предла гаемый 10 20 30 4,25 0,0 4 280 2 3 4 1 0,0315 4; 0 3 4 0,034 Извест 1 ср.=105 ныи 00 0 5 Ток разряда 1 ср. известного равен произведению плотности тока разря4,2 мА/см 2 на площадь поверхности образца 25 см,в ектор М.Васильев Тираж 942 Подписное комитета по изобретениям и открытия Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 4412/32НИИПИ Государственного113035,при ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. ина,10 Составитель, Иедактор М,Недолуженко Техред М,Дидык 120 210 300 340 150 300 420 500 180 360 450 500