CS241636B1 - Způsob povrchové úpravy ocelových součástí spřádníhc ústrojí bezvřetenových dopřádacích strojů - Google Patents

Abstract

Způsob povrchové úpravy ocelových součásti spřadního ústrojí dopřádacích strojů iontovou nitridaci. Iontová nitridace se provádí v atmosféře obsahující čpavek nebo směs dusíku a vodíku o tlaku 1 - 105 Pa při teplotě 450 - 580 °C po dobu 8-42 hodin. Dosáhne se zlepšeni otěruvzdornosti součástí. Používá se u součástí spřádacíhé ústrojí textilních dopřádacích strojů.

Description

Způsob povrchové úpravy ocelových součástí spřádníhc ústrojí bezvřetenových dopřádacích strojů

Způsob povrchové úpravy ocelových součásti spřadního ústrojí dopřádacích strojů iontovou nitridaci. Iontová nitridace se provádí v atmosféře obsahující čpavek nebo směs dusíku a vodíku o tlaku 1 - 105 Pa při teplotě 450 - 580 °C po dobu 8-42 hodin. Dosáhne se zlepšeni otěruvzdornosti součástí. Používá se u součástí spřádacíhé ústrojí textilních dopřádacích strojů.

241 636

- 1 241 636

Vynález se týká povrchové úpravy ocelových součástí spřádního ústrojí bezvřetenových dopřádacích strojil.

Součásti spřádního ústrojí určují provozní schopnost a automatický chod hezvřetenových dopřádacích strojů. Tyto součásti jsou doposud vyráběny z hliníkových slitin a funkční plochy jsou vytvrzovány elektrolytickou .oxidací. Tento technologický postup ještě donedávna vyhovoval,ale vzhledem ke zvyšování výkonu dopřádacích strojů je nutné řešit i zvýšení životnosti součástí spřádního ústrojí použitím nové technologie.

Za tímto účelem byly odzkoušeny technologie povrstvování hliníkových součástí spřádního ústrojí různými tvrdými vrstvami, nanesenými pomocí magnetronové reaktivní depozice nebo pomocí vysokofrekvenční plasmy (byly to např. vrstvy Ti N , Si C , Si„ N ). Přesto, že tyto tenké vrstvy x y x y x y vykazovaly zvýšení tvrdosti i otěruvzdornosti funkčních ploch součástí spřádního místa, nevyhověly z hlediska nedosta dující adhese (při provozu se vrstva odlupovala). Z dalších technologixí, zvyšujících tvrdost a otěruvzdornost povrchu bylo použito způsobu boridování. Nevýhodou tohoto způsobu byla křehkost boridových vrstev, která způsobovala problémy při provozu spřádního ústrojí .

241 636

- 2 Podstata způsobu povrchové úpravy ocelových součástí spřádního ústrojí pro bezvřetenové dopřádací stroje podle vynálezu spočívá v tom, že součásti se iontově nitridují v pracovní atmosféře obsahující čpavek nebo směs dusíku a vodíku, přičemž obsah vodíku oproti dusíku je maximálně trojnásobný a lze jej snižovat až na nulovou hodnotu; celkový tlak v rozsahu 1 až lO^Pa, při teplotě 450 až 580°C, po dobu 8 až 42 hodin. Pracovní atmosféra může být vytvářena tak, že může obsahovat max.l % plynného uhlovodíku, např.metanu a na konci pro cesu též kyslík.

Využitím navrhované technologie iontové nitridace u součás tí spřádního ústrojí bezvřetenových dopřádacích strojů lze docílit až několikanásobného zvýšení životnosti těchto součástí. Hodnota zvýšení životnosti bude závislá na druhu zpracovávaných vláken, na volbě ocele, ze které bude součást vyrobena a na zvolených parametrech iontové nitridace. Při volbě ocele bude brán v úvahu na jedné straně požadavek na zvýšení životnosti a na straně druhé cena oceli. Dále je zajištěna dobrá obrobitelnost součástí, nebot předností způsobu dle vynálezu je skutečnost, že součásti spřádního ústrojí není nutné před iontovou nitridací kalit a popouštět a lze je proto obrábět na konečné rozměry ve vyžíhaném stavu. Současně odpadnou náklady na kalení a popouštění i náklady na obrábění součástí. Další výhodou iontové nitridace oproti metodě naprašování je, že difusní vrstva je vytvářena rovnoměrně podle geometrického tvaru součástí, což metodou naprašování nelze v tomto případě zajistit pro celý sortiment součástí spřádního místa.

Výhodou iontové nitridace oproti nitridaci klasické je to, že povrchová vrstva nitridů vznikající v anomálním doutnavém výboji má vynikající třecí a antikorozní vlastnosti, je kompakt ní, bez pórů a nedrolí se, čímž se zvětšuje mnohonásobně odolnost součástí proti abrasivnímu opotřebení a chemickým vlivům. Kromě toho dochází k dalším úsporám energie a pracovních sil, protože se vzniklé vrstvy nemusí přebrušovat, což je po klasické nitridaci nutné. Také rychlost růstu vrstvy je při iontové

- 3 nitridaci větší. 2« β3β

Výhodou iontové nitridace proti metodám naprašování tenkých tvrdých vrstev je, že v zařízení na iontovou nitridaci lze zpracovávat široký sortiment součástí, náklady na tuto technologii jsou daleko nižší a zařízení je dostupné. Technologie iontové niiridaCg je proti naprašování méně náročná na drsnost povrchu a kvalitu čistění povrchu před vlastním procesem. Difuzní charakter vrstvy, vznikající při iontové nitridaci také způsobuje vynikající adhesi vrstvy, daleko lepší než při naprašování.

Pro využití navrhované technologie dle vynálezu je zapotřebí vyrábět součásti spřádního ústrojí z jakékoliv ocele, kterou lze volit s ohledem na ekonomii výroby součástí a na způsob namáhání. Bližší údaje o tlaku, teplotě a složení atmosféry jsou uvedeny v dalším popisu vynálezu.

Při stanovení optimální teploty procesu iontové nitridace je zapotřebí brát vúvahu nejen fakt, že při vyšší teplotě je rychlejší růst nitridační vrstvy (povrchové mezivrstvy nitridů železa i difuzního pásma), ale je nutné vzít v úvahu i požadovanou kvalitu vrstvy nebot k maximálnímu vzrůstu tvrdosti dochází při relativně nízkých nitridačních teplotách. Při zpracování vláken, způsobujících vysokou x&feBX± abrasi se doporučuje nitridační teplota v rozmezí 470° až 52O°C.

Stanovení optimální délky procesu iontové nitridace je nepřímo závislé na nitridační teplotě, t.zn.,že čím vyšší teplota nitridace se volí, tím kratší doba je zapotřebí k vytvoření nitridační vrstvy dané hloubky. Minimální doba procesu iontové nitridace je 8 hodin nebol v kratší době nevznikne souvislá povrchová mezivrstva nitridických fází, která zaručuje dobré frikční vlastnosti. Protože se však s rostoucí dobou značně zpomaluje nárůst hloubky nitridační vrstvy není ekonomické prodlužovat nitridační dobu nad 42 hodin. Dále je hloubka nitridační vrstvy, především povrchové mezivrstvy nitridických fází, závislá na druhu použité oceli. U ocelí s vyšším obsahem legujících látek se proto doporučuje nitridační dob© minimálně 16 hodin.

- 4 241 636

Stanovení optimálního poměru dusíku a vodíku v pracovní atmosféře je závislé na požadované kvalitě a požadované kinetice růstu nitridační vrstvy. Při zpracovávání vláken způsobujících vysokou abrazi součástí se doporučuje volit atmosféru v poměru N₂: H 2 = 1 : 3, čímž se částečně prodlouží nitridační doba,ale docílí se vysokého zpevnění nitridační vrstvy. Při zpracování méně abrazivních vláken lze snížit obsah vodíku na minimum. Dobrých frikčních vlastností vrstvy lze docílit též připouštěním uhlovodíkového plynu nebo plynu,obsahujícího kyslík k pracovní atmosféře z dusíku a vodíku.

Stanovení optimálního pracovního tlaku je závislé na velikosti funkčních otvorů a tvarové složitosti součástí. Pokud otvory v součásti není nutné nitridovat, lze je zaslepit nebo volit pracovní tlak takový, aby v otvorech doutnavý výboj nehořel. Pokud otvory musejí být iontově nitridovány je nutné volit pracovní tlak tak, aby v nich doutnavý výboj hořel. Kromě velmi malých průměrů, které nitridovat nelze, existuje pro každý průměr rozmezí pracovního tlaku, při kterém je možné otvor nitridovat. Je však nutné se vyhnout oblasti dutého výboje, nebot by došlo k přehřátí otvoru nebo i celé součásti. Obdobně při tvarové složitosti součástí spřádního ústrojí, je nutné volit pracovní tlak takový, aby došlo k iontové nitridaci ve všech místech,která mají být nitridována.

Takže např. u rotorů pro spřádní ústrojí, které mají ventilační otvory kupř. / 5 mm a otvory pro nalisování rotoru na čep ložiska kupř. ó 10 mm, je možné volit při iontové nitridaci různé pracovní tlaky, které mohou být následující :

- jestliže mají být nitridovány ventilační otvory i otvory pro ' nalisování, je nutné volit pracovní tlak v rozsahu (5,5 ež 7). IQ² Pa,

- jestliže nemusí být nitridovány ventilační otvorjr a má být nitridován otvor pro nalisování je nutné volit pracovní tlak v rozsahu ( 4 až 7). 10^ Pa,

- 5 241 636

- jestliže nemusí být nitridován žádný z otvorů je možné ni2 tridovat v rozmezí tlaku ( 0,1 až 1,5). 10 Pa, nebo lze otvor pró nalisování zaslepit a nitridovat v rozmezí tlaku (0,1 až 3). 10² Pa a ( 5,5 až‘ 7).10² Pa. Další možností je zaslepit všechny otvory a nitridovat pri jakémkoliv tlaku v rozmezí 1 až 10 Pa.

V případě, že u některých součástí spřádního ústrojí bude požadavek především na zlepšení třecích vlastností a nikoliv na odolnost vůči abrazi, lze s velmi dobrým výsledkem provádět iontovou nitridaci s připouštěním uhlovodíkového plynu nebo kyslíku nebo obou, čímž vzniknou na povrchu součásti karbonitridy, oxinitridy nebo oxikarbonitridy s výbornými třecími vlastnostmi.

Zvýšení povrchové tvrdosti a mikrotvrdosti oproti základnímu materiálu v závislosti na použité oceli a nitridační teplo tě je uvedeno v následující tabulce :

Teplota Uhlíkové nitrida- ocele; ce Zvýšení tvrdosti:

C) (Hv 5 )

47O°až51O°13O ažl50 510°až5&0° 100 ažl50 Přiklad J.

a nízkolegované Zvýšení mikroStředně legované ocele ; Zvýšení Zvýšení mikro-

tvrdosti:	tvrdosti;	tvrdosti;
(Hm 50)	(Hv 5)	(Hm 50 )
500 až 750	400 až 850	700 až 1650
400 až 600	100 až 650	240 až 1400
žíhaná ocel	ČSN 15340 byla	nitridována

sO při teplotě 470^v C po dobu 35 hodin v atmosféře vytvořené směsí dusíku a vodíku v poměru 1:3, při tlaku 1,3.10 Pa a hodnoty původní mikrotvrdosti 250 Hm 50 a tvrdosti 371 Hv 5 byly zvýšeny na 1950 Hm 50 a 1100 Hv 5.

Příklad 2.

Nízkolegované ocel ČSN 14220 byla nitridována při teplotě 500°C po dobu 8 hodin ve čpavHkové atmosféře při tlaku 3.10^£'Pa

241 636

- β a hodnoty původní mikrotvrdosti 192 Hm 50 a tvrdosti 173 Hv 5 byly zvýšeny na 679 Hm 50 a 700 Hv 5.

Využitínzpůsobu dle vynálezu je možné u všech součástí spřádního ústrojí bezvřetenových dopřádacích strojů maximálně zvýšit jejich životnost zlepšením jejich odolnosti vůči danému namáhání vhodně volenou technologií iontové nitridace a vhodnou volbou ocele, ze které budou vyrobeny. S ohledem na výsledky předcházejících variant a s ohledem na uxniversálnost iontové nitridace z hlediska použitých ocelí i tvarové složitosti a rozměrů součástí, jeví se v současné době iontová nitridace, za podmínek stanovených vynálezem jako optimální technologie.

Kromě zvyšování životnosti součástí spřádního ústrojí dochází též ke zvýšení kvality dopřádaných vláken, vzhledem k nízkému koeficientu tření nitridovaného povrchu, se kterým přicházejí do styku .

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob povrchové úpravy ocelových součástí spřádního ústrojí bezvřetenových dopřádacích strojů vyznačený tím, že součásti se iontově nitridují v rozsahu tlaku

   1 až 10³ Pa při teplotě 450° až 580°C po dobu 8 až 42 hodin v pracovní atmosféře obsahující čpavek nebo směs dusíku a vodíku, přičemž obsah vodíku oproti dusíku je maximálně trojnásobný a lze jej snižovat až na nulovou hodnotu.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že pracovní atmosféra obsahuje maximálně 1% uhlovodíkového plynu, na př. metanu.
3. 3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že na konci procesu iontové nitridace se do pracovní atmosféry připouští kyslík.