Способ азотирования стальных изделий

(51)5 С 23 С 8/24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР з)1 г;Ъе ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретеметаллургии,термической оем источниковэнергии, и мов машинострое ние относится к области в частности к химикобработке с использованивысококонцентрированной жет быть использовано нии для поверхностного атмос ере(71) Уфимский авиационный институтим . Серго Орджоникидзе(54) СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХИЗ ДЕЛЮ 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 упрочнения деталей машин и инструмен та. 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 эксплуатацион ной стойкости обрабатываемых иэделий , в 2-3,5 раза по сравнению с обработкой по известному способу. 1 ил., 1 табл. порошка нитрата бария или аммиачной щ ьселитры, Порошок нитрата бария или ффаммиачной селитры подается дозатором (,3 в плазменную струю 4 плазмотрона 5, (дсоединенного с источником 6 питания. Кроме того, в схеме содержитсядополнительный источник 7 питания,который соединен с плазмотроном 5 че- И"рез балластное сопротивление 8 и соединен с деталью 1,Способ осуществляют в фследУющим образом.Первый этап: нагревают поверхностьдетали 1, производят плазменное напы 1541303ление порошка (нитрат бария или аммиачная селитра), подаваемого из дозатора 3 в плазменную струю 4 плазмотрона 5, питаемого источником 6питания, до образования слоя 2.Второй этап: поверхность детали 1с напыленным слоем 2 обрабатываютплазменной струей 4, выходящей изплазмотрона 5, питаемого источником 6,10,которая поддерживается дополнительнымисточником 7 питания через балластноесопротивление 8, при этом положительный потенциал подается на деталь 1,а отрицательный - на анодную частьплазмотрона 5, т,е. через плазменнуюструю пропускается ток прямой полярности.В качестве плазмотрона используютстандартный плазмотрон типа ПП совместно с питающим устройствомУПУ-ЗД, Мощность, подводимая к плазмотрону, составляет 10 кВт при токеразряда 400 А и напряжении горения25 В. В качестве плазмообразующего 25газа. используют аргон с содержаниемпримесей не более 0,013 по объему.Расход аргона составляет 7 л/с. Напервой стадии работы (напыление азотсодержащего компонента) в плазму добавляют азот технический в количестве 52 по объему для увеличения энтальпии плазменной струи, что способствовало качественному нанесению азотсо,держащего вещества на поверхность об,рабатываемого изделия. Азотсодержащеевещество (нитрат бария либо аммиачнаяселитра) наносят толщиной 0,4-0,5 мм.На второй стадии (собственно азотиро-,г"вание) в качестве плазмообразующего40газа используют чистый аргон без примеси азота при указанном расходе.Скорость подачи азотсодержащего вещества в плазменную струю на первойстадии подбирается экспериментально,определяющим здесь является достаточная степень адгезии наносимого вещества к поверхности обрабатываемойдетали. Обычно величина расхода составляет 10-20 г/мин,На второй стадии работы параметрыразряда в алазмотроне остаются прежними, как и расход газа. Однако через плазменную струю пропускаетсяэлектрический ток прямой полярностивеличиной 50-140 А.55Скорость относительного перемещения деталь - плазмотрон составляет9 и/мин, При этом поверхностный слой детали 1 и напыленныи слой 2 порошка на втором этапе подвергаются кон" 1а центрированному 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 опланление 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 может происходить лишь без оплавления 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 значительные 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 ме15 Состояние обработанной поНКС Эксплу- атационная стойкость,количество обработанных деталей Толщинаупругогослоя мкм Времяобработки,с/см 2 Расстояние от Способ Полярность Дополнительный ток, А сопла д детали,верхности Известный 0 0 0 20 10 810,0 305,0 45 90 4,0 50 240 Отпуск 800 900 5 15413 талла, 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 плазыообраэующий 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) без40 нарушения устойчивости процесса.П р и м е р. Обработке по предлагаемому и известному способам подвергают вырубные штампы из стали ЗОХГСА 03бдля рубки изделий иэ алюминиевогосплава Д 16 Т при скорости движенияплазменной гсрелки 8 м/мин,При обработке по известному способу используо- смесь аргон - азотпри объемном соотношении азота до157 Большие количества азота, в силу его высокой энтальпии, вызываютбыстрый износ плазмотрона и даютизлишнюю скорость плазменной струи.При работе го предлагаемому способуаммиачную селитру или нитрат бариянаносят слоем 0,4-0,5 мм,Сравнительные результаты по обработке по предлагаемому и известномуспособам приведены в таблице,Из таблицы следует, что эксплуатационная стойкость вырубных штампов, обработанных по предлагаемомуспособу, повышается в 2-3,5 раза посравнению с обработкой по известномуспособу,Формула изобретения Способ азотирования стальных изделий, включающий нагрев поверхности обрабатываемого изделия азотсодержащей плазменной струей, полученной в электродуговом плазмотроне, о тл и ч а ю щ и й с я 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 аргонной 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.БороздыБез азотирования ставитель А. Булгач хред Л.Олийнык Редакто Рогулич Корректор Л. Па аказ 266 Тираж 816НИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПодписное при ГКНТ ССС обре ниям и открыти ая наб., д. 4/ ауш Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 10 роизводственно-издательскии комбин Предла гаемый 65 80 120 140 90 120 150 150