RU2036245C1

RU2036245C1 - Thermochemical treatment of pieces in reaction gas medium by ion-plasma method

Info

Publication number: RU2036245C1
Authority: RU
Inventors: С.Н. Григорьев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Новатех"
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1992-06-26
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: ion-plasma treatment of pieces. SUBSTANCE: thermochemical treatment of pieces is exercised, using their submersion in gas plasma, initiated by electric discharge with following clearing, heating and keeping in given temperature regime. In the case, holding in given temperature regime is exercised with simultaneous attack on piece by aimed beam of accelerated particles, generated by independent ion source. EFFECT: method is used for strengthening of tools and members of machines.

Description

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке изделий и может быть использовано для упрочняющей поверхностной обработки инструмента и деталей машин. The invention relates to vacuum-plasma processing of products and can be used for hardening surface treatment of tools and machine parts.

Известен способ вакуумно-плазменной обработки изделий направленным пучком ускоренных частей (ионов), генерируемых ионным источником (Ивановский Г. Ф. и Петров В. И. Ионно-плазменная обработка материалов. М. Радио и связь 1986, с. 207, рис. 5. 4). Данный способ не обеспечивает повышения износостойкости изделий, поскольку не образует эффективных износостойких структур. A known method of vacuum-plasma treatment of products with a directed beam of accelerated parts (ions) generated by an ion source (Ivanovsky G.F. and Petrov V.I. Ion-plasma processing of materials. M. Radio and communications 1986, p. 207, Fig. 5 . 4). This method does not provide increased wear resistance of products, since it does not form effective wear-resistant structures.

Известен способ химико-термической обработки (ХТО) изделий ионно-плазменным методом в среде реакционного газа, включающий погружение изделий в газовую плазму, инициируемую электрическим разрядом, с последующими очисткой, нагревом и выдержкой в заданном температурном режиме (Лахтин Ю.М. и др. Химико-термическая обработка материалов. М. Металлургия, 1985, с. 177-181). A known method of chemical-thermal treatment (XTO) of products by the ion-plasma method in a reaction gas medium, comprising immersing the products in a gas plasma initiated by an electric discharge, followed by cleaning, heating and holding in a given temperature mode (Lakhtin Yu.M. et al. Chemical-thermal treatment of materials. M. Metallurgy, 1985, p. 177-181).

Недостатком этого способа является недостаточно высокая износостойкость поверхности из-за образования хрупких фаз на поверхности изделия. При этом снижается не только износостойкость, но и происходит существенное снижение скорости насыщения поверхности, так как хрупкие фазы препятствуют эффективной диффузии в глубь поверхности. Кроме того, в случае последующего нанесения покрытия на диффузионный слой происходит его отслоение. The disadvantage of this method is the insufficiently high wear resistance of the surface due to the formation of brittle phases on the surface of the product. At the same time, not only wear resistance decreases, but also a substantial decrease in the rate of surface saturation occurs, since brittle phases impede effective diffusion deep into the surface. In addition, in the case of subsequent coating on the diffusion layer, it delaminates.

Целью изобретения является повышение износостойкости изделий. The aim of the invention is to increase the wear resistance of products.

Для этого в способе химико-термической обработки изделий ионно-плазменным методом в среде реакционного газа, включающем погружение изделий в газовую плазму, инициируемую электрическим разрядом, с последующими очисткой, нагревом и выдержкой в заданном температурном режиме, согласно изобретению выдержку в заданном температурном режиме осуществляют при одновременном воздействии на изделие направленного пучка ускоренных частиц, генерируемых автономным ионным источником. To this end, in the method of chemical-thermal treatment of products by the ion-plasma method in a reaction gas medium, comprising immersing the products in a gas plasma initiated by an electric discharge, followed by cleaning, heating and holding in a predetermined temperature regime, according to the invention, the exposure in a given temperature regime is carried out at simultaneous exposure of the product to a directed beam of accelerated particles generated by an autonomous ion source.

Сравнительный анализ показал, что предложенное техническое решение по сравнению с известными соответствует критериям охраноспособности, поскольку совокупность предложенных признаков, отраженная в формуле изобретения, не была обнаружена в данной и смежной областях техники для решения поставленной задачи. A comparative analysis showed that the proposed technical solution, in comparison with the known ones, meets the eligibility criteria, since the totality of the proposed features reflected in the claims was not found in this and related fields of technology to solve the problem.

Достигаемый результат может быть реализован лишь всей совокупностью существенных признаков, так как он не является простым суммированием свойств отдельных признаков, поскольку не проявляется при использовании любого из них в отдельности в известных решениях. The achieved result can be realized only by the whole set of essential features, since it is not a simple summation of the properties of individual features, since it does not occur when using any of them individually in known solutions.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

При обработке изделий в технологической вакуумной камере последние погружают в газовую плазму, инициируемую электрическим разрядом, после чего осуществляют ионную очистку, нагрев и выдержку в заданном температурном режиме при воздействии на изделие заряженных частиц газовой плазмы, причем в процессе выдержки изделия в заданном температурном режиме на него одновременно воздействуют направленным пучком ускоренных частиц, генерируемых автономным ионным источником. When processing products in a technological vacuum chamber, the latter are immersed in a gas plasma initiated by an electric discharge, after which ion cleaning, heating and holding are carried out in a predetermined temperature mode when charged particles of gas plasma are exposed to the product, moreover, in the process of holding the product in a given temperature regime on it simultaneously act with a directed beam of accelerated particles generated by an autonomous ion source.

Одновременное воздействие на изделие частиц газовой плазмы и направленного пучка ускоренных частиц в процессе выдержки изделия в заданном температурном режиме обеспечивает существенное повышение скорости диффузии в глубь упрочняемого изделия за счет отсутствия образования хрупких пассивирующих фаз на поверхности в процессе обработки. При этом упрочняемое изделие после завершения обработки также не содержит хрупких фаз на поверхности, что существенно повышает износостойкость изделий, а также благоприятно воздействует на образование адгезионной связи с покрытием, которое может наноситься после ХТО. The simultaneous impact of gas plasma particles and a directed beam of accelerated particles on the product during the exposure of the product at a given temperature regime provides a significant increase in the diffusion rate deep into the hardened product due to the absence of the formation of brittle passivating phases on the surface during processing. Moreover, the hardened product after processing also does not contain brittle phases on the surface, which significantly increases the wear resistance of the products, and also favorably affects the formation of an adhesive bond with the coating, which can be applied after XT.

Предлагаемый способ целесообразно применять для обработки изделий из стали и сплавов, работающих при высоких контактных нагрузках и/или температурах. The proposed method is expediently used for processing products from steel and alloys operating at high contact loads and / or temperatures.

Проводилось три варианта химико-термической обработки (азотирования) режущих пластин из стали Р6М5 на модернизированной установке "БУЛАТ-6" в газовой ступени плазмы азота двухступенчатого вакуумно-дугового разряда (ДВДР). Three versions of chemical-thermal treatment (nitriding) of cutting plates made of P6M5 steel were carried out on the upgraded BULAT-6 installation in the gas stage of a nitrogen plasma of a two-stage vacuum-arc discharge (DVDR).

В первом варианте изделия устанавливались на держателе, расположенном на столе вращения установки "Булат-6". Очистка поверхности изделия производилась ионами плазмы азота. Нагрев производился электронами плазмы ДВДР при токе ДВДР 100 А и напряжении 80 В. Температура прогрева пластин составляла 510^оС. Время изотермической выдержки 20 мин, толщина азотированного слоя 10 мкм.In the first embodiment, the products were mounted on a holder located on the table of rotation of the Bulat-6 installation. The surface of the product was cleaned with nitrogen plasma ions. Heat produced plasma electrons at a current DVDR DVDR 100 A and a voltage of 80 V. Heating Temperature plates was 510 ^° C isothermal hold time 20 min, the thickness of the nitrided layer of 10 microns.

Второй вариант ХТО проводили с одновременным воздействием на пластины в процессе изотермической выдержки пучком ускоренных нейтральных частиц за счет использования источника "Метель", размещенного на боковом фланце камеры. Воздействие пучком осуществлялось в одном случае в течение 10 мин, во втором в течение 20 мин. The second variant of XTO was carried out with simultaneous exposure of the plates to the plates during isothermal exposure by a beam of accelerated neutral particles through the use of the Metel source located on the side flange of the chamber. The impact of the beam was carried out in one case for 10 minutes, in the second for 20 minutes.

Третий вариант отличался от второго тем, что в качестве источника ускоренных частиц использовался источник "Радикал", а после изотермической выдержки осуществляли нанесение слоя металлического покрытия электродуговым испарением материала катода. При этом покрытие наносилось при отключенном источнике ускоренных частиц. The third option differed from the second in that the Radical source was used as the source of accelerated particles, and after isothermal exposure, a layer of the metal coating was applied by electric arc evaporation of the cathode material. In this case, the coating was applied with the source of accelerated particles turned off.

Все изделия после обработки были испытаны на износостойкость при точении стали 40Х. All products after processing were tested for wear resistance when turning 40X steel.

Анализ полученных результатов показал, что износостойкость инструмента из стали Р6М5 во втором варианте в первом случае повысилась в 1,3, а во втором в 1,5 раза по сравнению с первым вариантом. В первом варианте был образован слой голубиной 10 мкм и микротвердостью 1250 кгс/мм², а во втором варианте азотированный слой составил 15 мкм и твердость 1200 кгс/мм².An analysis of the results showed that the wear resistance of a tool made of P6M5 steel in the second embodiment in the first case increased by 1.3, and in the second by 1.5 times compared with the first option. In the first embodiment, a pigeon layer of 10 μm and a microhardness of 1250 kgf / mm ^{2 was formed} , and in the second embodiment, the nitrided layer was 15 μm and a hardness of 1200 kgf / mm ² .

В третьем варианте (азотирование плюс покрытие) износостойкость инструмента из стали Р6М5 повысилась в 2-2,5 раза по сравнению с вторым вариантом азотирования в одинаковых условиях. In the third version (nitriding plus coating), the wear resistance of a tool made of P6M5 steel increased by 2-2.5 times compared with the second variant of nitriding under the same conditions.

Claims

METHOD FOR CHEMICAL AND THERMAL PROCESSING OF PRODUCTS BY ION-PLASMA METHOD IN A REACTIVE GAS MEDIUM, including immersion of products in a gas plasma initiated by electric discharge, cleaning, heating and holding of products in a given temperature regime, characterized in that the particles are additionally processed during the exposure process generated by an autonomous ion source.