RU2335551C2 - Method of item strengthening (versions) and device for its implementation (versions) - Google Patents
Method of item strengthening (versions) and device for its implementation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2335551C2 RU2335551C2 RU2006123385/02A RU2006123385A RU2335551C2 RU 2335551 C2 RU2335551 C2 RU 2335551C2 RU 2006123385/02 A RU2006123385/02 A RU 2006123385/02A RU 2006123385 A RU2006123385 A RU 2006123385A RU 2335551 C2 RU2335551 C2 RU 2335551C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- solid
- electrolytic
- distance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано при упрочнении стальных изделий.The invention relates to plasma technology and technology and can be used in the hardening of steel products.
Известен способ упрочнения (Савельев В.А. Кандидатская диссертация «Устройство для создания паровоздушного разряда между металлическим катодом и электролитическим анодом (непроточные и проточные электролиты) и его характеристики при атмосферном давлении», Казань, КГТУ им. А.Н.Туполева, 2003), включающий нагрев изделия, нагрев изделия осуществляют путем подачи отрицательного потенциала на обрабатываемое изделие, зажигают разряд между обрабатываемым изделием - катодом и электролитом - анодом, устанавливают зазор между электродами 0,5≤l≤4 мм, поддерживают разрядный ток 20≤I≤250 мА при напряжении разряда в пределах 400≤U≤800 В, где l - межэлектродное расстояние, U - напряжение разряда между обрабатываемым изделием и электролитом, I - ток разряда.A known method of hardening (VA Savelyev, Candidate dissertation "Device for creating a vapor-air discharge between a metal cathode and an electrolytic anode (non-flowing and flowing electrolytes) and its characteristics at atmospheric pressure", Kazan, KSTU named after AN Tupolev, 2003) including heating the product, heating the product is carried out by applying a negative potential to the workpiece, ignite the discharge between the workpiece - the cathode and the electrolyte - anode, set the gap between the electrodes of 0.5≤l≤4
Для всех вариантов в качестве прототипа выбран способ упрочнения изделия и устройство для его осуществления, описанное ниже.For all options, the method of hardening the product and the device for its implementation, described below, were selected as a prototype.
В качестве прототипа выбран способ (Гайсин А.Ф. и др. № Гос. регистрации 019900119668, научно-технический отчет по гос. бюджетной теме № С 710-1/98. «Технологические процессы модификации поверхностей изделий плазмой парогазового разряда с жидким катодом», Казань, 1999), включающий нагрев изделия, нагрев изделия осуществляют путем подачи положительного потенциала на обрабатываемое изделие, зажигают разряд между обрабатываемым изделием - анодом и электролитом - катодом, устанавливают зазор между электродами 1≤l≤2 мм, поддерживают разрядный ток 10≤I≤110 мА, тепловой поток на поверхности обрабатываемого изделия 6·103≤q≤1,3·104 Вт/м2, температуру в пределах 250≤Т≤350°С, напряжение разряда 600≤U≤900 В, процесс обработки осуществляют в течение времени не менее сорока минут, где: l - межэлектродное расстояние, U - напряжение разряда между обрабатываемым изделием и электролитом, I - ток разряда, Т - температура обрабатываемого изделия, q - тепловой поток на поверхности обрабатываемого изделия.The method was selected as a prototype (Gaysin A.F. et al. No. State registration 019900119668, scientific and technical report on the state budget topic No. C 710-1 / 98. "Technological processes for the modification of surfaces of products by gas-vapor plasma with a liquid cathode" , Kazan, 1999), including heating the product, heating the product is carried out by applying a positive potential to the workpiece, ignite the discharge between the workpiece - the anode and the electrolyte - cathode, set the gap between the
Устройство для упрочнения изделия по прототипу состоит из электролитической ванны с металлическим токоподводом и металлического электрода. Анодом является металлический электрод, а катодом является электролит. В прототипе-способе упрочнения изделия твердость, достигаемая по Виккерсу, HV50=720. Эта величина достигается в течение времени не менее сорока минут.A device for hardening a product according to the prototype consists of an electrolytic bath with a metal current lead and a metal electrode. The anode is a metal electrode, and the cathode is an electrolyte. In the prototype method of hardening the product, the hardness achieved by Vickers, HV 50 = 720. This value is achieved over a period of not less than forty minutes.
Недостатками устройства является то, что размеры твердого катода небольшие. Изменение зазора между электродами более l>2 мм приводит к выгоранию поверхности электрода.The disadvantages of the device is that the dimensions of the solid cathode are small. Changing the gap between the electrodes more than l> 2 mm leads to burnout of the electrode surface.
Решаемая техническая задача заключается в возможности повышения глубины и параметра упрочнения изделий в 1,5÷2 раза. При этом существенно уменьшается время обработки и увеличиваются габариты изделия.The technical problem to be solved is the possibility of increasing the depth and hardening parameter of products by 1.5–2 times. At the same time, the processing time is significantly reduced and the dimensions of the product increase.
Решаемая техническая задача, по первому варианту способа, в способе упрочнения стального изделия, включающем нагрев изделия плазмой парогазового разряда между электролитическим катодом и твердым анодом, достигается тем, что нагрев изделия осуществляют плазменной струей многоканального разряда твердого анода и электролитического катода с напряжением 1000≤U≤1600 В, током разряда 1≤I≤6 А в течение не менее 5 с, при этом расстояние от поверхности обрабатываемого изделия до поверхности твердого анода 5≤h≤100 мм, межэлектродное расстояние от нижней поверхности твердого анода до поверхности электролитического катода 2<L<10 мм, где:The technical problem to be solved, according to the first variant of the method, in the method of hardening a steel product, including heating the product with a vapor-gas discharge plasma between an electrolytic cathode and a solid anode, is achieved by heating the product with a plasma jet of a multi-channel discharge of a solid anode and an electrolytic cathode with a voltage of 1000≤U≤ 1600 V,
U - напряжение многоканального разряда между твердым анодом электролитическим катодом, В,U is the voltage of the multi-channel discharge between the solid anode by the electrolytic cathode, V,
I - ток разряда А,I is the discharge current A,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода и поверхностью электролитического катода, мм,L is the distance between the lower surface of the solid anode and the surface of the electrolytic cathode, mm,
h - расстояние между обрабатываемым изделием и верхней поверхностью твердого анода, мм,h is the distance between the workpiece and the upper surface of the solid anode, mm,
t - время нагрева изделия, с.t is the heating time of the product, s.
Решаемая техническая задача, по второму варианту способа, в способе упрочнения стального изделия, включающем нагрев изделия плазмой парогазового разряда между электролитическим анодом и твердым катодом, достигается тем, что нагрев изделия осуществляют плазменной струей многоканального парогазового разряда твердого катода и электролитического анода с напряжением 500≤U≤2000 В и током разряда 1,5≤I≤8 А в течение не менее 5 с, при этом расстояние от поверхности обрабатываемого изделия до поверхности твердого катода составляет 5≤h≤140 мм, межэлектродное расстояние от нижней поверхности твердого катода до поверхности электролитического анода 2<L<10 мм, где:The technical problem to be solved, according to the second variant of the method, in the method of hardening a steel product, including heating the product with a vapor-gas discharge plasma between an electrolytic anode and a solid cathode, is achieved by heating a product with a plasma jet of a multi-channel vapor-gas discharge of a solid cathode and an electrolytic anode with a voltage of 500≤U ≤2000 V and a discharge current of 1.5≤I≤8 A for at least 5 s, while the distance from the surface of the workpiece to the surface of the solid cathode is 5≤h≤140 mm, intere ektrodnoe distance from the bottom surface to the surface of the solid cathode of the
U - напряжение многоканального разряда между твердым катодом и электролитическим анодом, В,U is the voltage of the multichannel discharge between the solid cathode and the electrolytic anode, V,
I - ток разряда А,I is the discharge current A,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода,L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode,
h - расстояние между обрабатываемым изделием и верхней поверхностью твердого катода, мм.h is the distance between the workpiece and the upper surface of the solid cathode, mm
Решаемая техническая задача, по первому варианту устройства, в устройстве упрочнения стального изделия, содержащем твердый анод и электролитический катод с металлическим токоподводом, достигается тем, что твердый анод имеет со стороны электролитического катода форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие диаметром 5<d<20 мм, при этом межэлектродное расстояние между анодом и электролитическим катодом составляет 2<L<10 мм, где:The technical problem to be solved, according to the first embodiment of the device, in a hardening device for a steel product containing a solid anode and an electrolytic cathode with a metal current lead, is achieved by the fact that the solid anode has a truncated cone shape from the side of the electrolytic cathode on the outside and a central cylindrical hole with a diameter of 5 <d <20 mm, while the interelectrode distance between the anode and the electrolytic cathode is 2 <L <10 mm, where:
d - внутренний диаметр анода, мм,d is the inner diameter of the anode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода и поверхностью электролитического катода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid anode and the surface of the electrolytic cathode, mm
Решаемая техническая задача, по второму варианту устройства, в устройстве упрочнения стального изделия, содержащем твердый анод и электролитический катод с металлическим токоподводом, достигается тем, что твердый анод имеет со стороны электролитического катода форму усеченного конуса снаружи и форму цилиндра со стороны твердого анода со сплошным верхним торцом, имеющего по бокам не менее одного отверстия для выхода струи плазмы, внутренний диаметр цилиндрического отверстия составляет 5<d<20 мм, при этом межэлектродное расстояние между анодом и электролитическим катодом составляет 2<L<10 мм, где: d - внутренний диаметр анода, мм, L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода и поверхностью электролитического катода, мм.The technical problem to be solved, according to the second embodiment of the device, in the hardening device of a steel product containing a solid anode and an electrolytic cathode with a metal current lead, is achieved by the fact that the solid anode has a truncated cone shape from the side of the electrolytic cathode on the outside and a cylinder shape from the side of the solid anode with a solid top an end face having at least one hole on the sides for the exit of the plasma jet, the inner diameter of the cylindrical hole is 5 <d <20 mm, while the interelectrode distance between nodom electrolytic and cathode is 2 <L <10 mm, where: d - the inner diameter of the anode in mm, L - distance between the lower surface of the solid anode and cathode surface of the electrolytic mm.
Решаемая техническая задача, по третьему варианту устройства, в устройстве упрочнения стального изделия, содержащем твердый катод и электролитический анод с металлическим токоподводом, достигается тем, что твердый катод имеет со стороны электролитического анода форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие с диаметром 5<d<20 мм, при этом межэлектродное расстояние между катодом и электролитическим анодом составляет 2<L<10 мм, где:The technical problem to be solved, according to the third embodiment of the device, in a hardening device for a steel product containing a solid cathode and an electrolytic anode with a metal current lead, is achieved by the fact that the solid cathode has a truncated cone shape from the side of the electrolytic anode from the outside and a central cylindrical hole with a diameter of 5 <d < 20 mm, while the interelectrode distance between the cathode and the electrolytic anode is 2 <L <10 mm, where:
d - внутренний диаметр катода, мм,d is the inner diameter of the cathode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode, mm
Решаемая техническая задача, по четвертому варианту устройства, в устройстве упрочнения стального изделия, содержащем твердый катод и электролитический анод с металлическим токоподводом, достигается тем, что твердый катод имеет со стороны электролитического анода форму усеченного конуса снаружи и форму цилиндра со стороны твердого катода со сплошным верхним торцом, имеющего по бокам не менее одного отверстия для выхода струи плазмы, внутренний диаметр цилиндрического отверстия составляет 5<d<20 мм, при этом межэлектродное расстояние между катодом и электролитическим анодом составляет 2<L<10 мм, где:The technical problem to be solved, according to the fourth embodiment of the device, in a hardening device for a steel product containing a solid cathode and an electrolytic anode with a metal current lead, is achieved by the fact that the solid cathode has the shape of a truncated cone from the side of the electrolyte anode and the shape of the cylinder from the side of the solid cathode with a solid upper an end face having at least one hole on the sides for the exit of the plasma jet, the inner diameter of the cylindrical hole is 5 <d <20 mm, while the interelectrode distance is waiting for the cathode and the electrolytic anode is 2 <L <10 mm, where:
d - внутренний диаметр катода, мм,d is the inner diameter of the cathode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode, mm
Решаемая техническая задача, по пятому варианту устройства, в устройстве упрочнения стального изделия, содержащем твердый анод и электролитический катод с металлическим токоподводом, достигается тем, что твердый анод имеет со стороны электролитического катода форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие с диаметром 5<d<20 мм, с внешней стороны твердого анода с зазором установлен диэлектрический экран, при этом межэлектродное расстояние между твердым анодом и электролитическим катодом составляет 2<L<6 мм, где:The technical problem to be solved, according to the fifth embodiment of the device, in a hardening device for a steel product containing a solid anode and an electrolytic cathode with a metal current lead, is achieved by the fact that the solid anode has a truncated cone shape from the side of the electrolytic cathode on the outside and a central cylindrical hole with a diameter of 5 <d < 20 mm, a dielectric screen is installed on the outside of the solid anode with a gap, while the interelectrode distance between the solid anode and the electrolytic cathode is 2 <L <6 mm, where:
d - диаметр цилиндрического отверстия анода, мм,d is the diameter of the cylindrical hole of the anode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода и поверхностью электролитического катода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid anode and the surface of the electrolytic cathode, mm
Решаемая техническая задача по шестому варианту устройства, в устройстве упрочнения стального изделия, содержащем твердый катод и электролитический анод с металлическим токоподводом, достигается тем, что твердый катод имеет со стороны электролитического анода форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие с диаметром 5<d<20 мм, с внешней стороны анода с зазором установлен диэлектрический экран, при этом межэлектродное расстояние между катодом и электролитическим анодом составляет 2<L<10 мм, где:The technical problem to be solved according to the sixth embodiment of the device, in a hardening device for a steel product containing a solid cathode and an electrolytic anode with a metal current lead, is achieved by the fact that the solid cathode has a truncated cone shape from the side of the electrolytic anode on the outside and a central cylindrical hole with a diameter of 5 <d <20 mm, a dielectric screen is installed on the outside of the anode with a gap, while the interelectrode distance between the cathode and the electrolytic anode is 2 <L <10 mm, where:
d - внутренний диаметр цилиндра, мм,d is the inner diameter of the cylinder, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода.L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode.
На фигуре 1 изображен твердый анод, входящий в устройство для осуществления первого варианта способа упрочнения стального изделия.The figure 1 shows a solid anode included in the device for implementing the first variant of the method of hardening a steel product.
На фигуре 2 изображено устройство для осуществления способа упрочнения стального изделия по первому варианту способа.The figure 2 shows a device for implementing the method of hardening a steel product according to the first embodiment of the method.
На фигуре 3 и 4 изображен твердый катод, входящий в устройство для осуществления второго варианта способа упрочнения стального изделия.Figure 3 and 4 shows a solid cathode included in the device for implementing the second variant of the method of hardening a steel product.
На фигуре 5 изображено устройство для осуществления способа упрочнения стального изделия по второму варианту способа.The figure 5 shows a device for implementing the method of hardening a steel product according to the second variant of the method.
На фигуре 6 изображено устройство упрочнения стального изделия по первому варианту устройства.The figure 6 shows the hardening device of a steel product according to the first embodiment of the device.
На фигуре 7 изображено устройство упрочнения стального изделия по второму варианту устройства.The figure 7 shows a device for hardening a steel product according to a second embodiment of the device.
На фигуре 8 изображено устройство упрочнения стального изделия по третьему варианту устройства.The figure 8 shows a device for hardening a steel product according to a third embodiment of the device.
На фигуре 9 изображено устройство упрочнения стального изделия по четвертому варианту устройства.The figure 9 shows the hardening device of a steel product according to the fourth embodiment of the device.
На фигуре 10 изображено устройство упрочнения стального изделия по пятому варианту устройства.The figure 10 shows a hardening device for a steel product according to the fifth embodiment of the device.
На фигуре 11 изображено устройство упрочнения стального изделия по шестому варианту устройства.The figure 11 shows a hardening device for a steel product according to the sixth embodiment of the device.
На фигуре 12 приведена ВАХ устройства для получения струйного многоканального разряда с электролитическим анодом при различных межэлектродных расстояниях: верхняя кривая - L=10 мм; нижняя кривая - L=5 мм по второму варианту устройства.The figure 12 shows the I-V characteristic of the device for producing a multi-channel jet discharge with an electrolytic anode at various interelectrode distances: the upper curve is L = 10 mm; the lower curve is L = 5 mm according to the second embodiment of the device.
На фигуре 13 представлен график зависимости температуры плазменной струи от диаметра струи для различных расстояний от поверхности устройства: 9-100 мм; 10-80 мм; 11-60 мм; 12-40 мм; 13-20 мм по второму варианту способа.The figure 13 presents a graph of the temperature of the plasma jet on the diameter of the jet for various distances from the surface of the device: 9-100 mm; 10-80 mm; 11-60 mm; 12-40 mm; 13-20 mm according to the second embodiment of the method.
На фигуре 14 представлен график зависимости высоты плазменной струи от межэлектродного расстояния по второму варианту способа.The figure 14 presents a graph of the dependence of the height of the plasma jet from the interelectrode distance according to the second variant of the method.
На фигуре 15 представлены графики зависимости твердости Ст.45 по Викерсу после обработки в плазменной струе многоканального разряда с электролитическим катодом от центра струи: 15 - время обработки 7 с, расстояние от поверхности изделия до устройства 8 мм, мощность многоканального разряда 8 кВт; 16 - время обработки 10 с, расстояние от поверхности изделия до устройства 5 мм, мощность многоканального разряда 10 кВт по первому варианту способа.The figure 15 presents graphs of the dependence of hardness St.45 according to Vickers after processing in a plasma jet of a multi-channel discharge with an electrolytic cathode from the center of the stream: 15 - processing time 7 s, the distance from the product surface to the device is 8 mm, the power of multi-channel discharge is 8 kW; 16 - processing time 10 s, the distance from the surface of the product to the
На фигуре 16 представлен график зависимости твердости Ст.45 после обработки в плазменной струе многоканального разряда с электролитическим катодом от глубины поверхностного слоя образца: 17 - время обработки 7 с, расстояние от поверхности изделия до устройства 8 мм, мощность многоканального разряда 8 кВт; 18 - время обработки 10 с, расстояние от поверхности изделия до устройства 5 мм, мощность многоканального разряда 10 кВт по первому варианту способа.The figure 16 shows a graph of the hardness St.45 after processing in a plasma jet of a multi-channel discharge with an electrolytic cathode on the depth of the surface layer of the sample: 17 - processing time 7 s, the distance from the product surface to the device is 8 mm, the power of multi-channel discharge is 8 kW; 18 - processing time 10 s, the distance from the surface of the product to the
На фигуре 17 представлен график зависимости твердости Ст.45 после обработки плазменной струей от высоты над поверхностью устройства (19) и от расстояния между электролитическим анодом и нижней кромкой устройства (20) по второму варианту способа.The figure 17 presents a graph of the hardness St.45 after processing with a plasma jet on the height above the surface of the device (19) and on the distance between the electrolytic anode and the lower edge of the device (20) according to the second variant of the method.
Устройство для осуществления способа упрочнения стального изделия по первому варианту способа (фиг.1, фиг.2) содержит электролитическую ячейку 1 с металлическим токоподводом 2, твердый анод 3, плазменную струю 4. На фиг.2 показано обрабатываемое изделие 5, помещенное в струю 4 плазмотрона многоканального разряда с электролитическим катодом 1.A device for implementing the method of hardening a steel product according to the first embodiment of the method (FIG. 1, FIG. 2) comprises an
Устройство для осуществления способа упрочнения стального изделия по второму варианту (фиг.3, фиг.4 и фиг.5) содержит электролитическую ячейку 6 с металлическим токоподводом 2, твердый катод 7, плазменную струю 4. На фиг.5 показано обрабатываемое изделие 5, помещенное в струю 4 плазмотрона многоканального разряда с электролитическим анодом 6.A device for implementing the method of hardening a steel product according to the second embodiment (FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5) comprises an
Устройство упрочнения стального изделия по первому варианту предлагаемого изобретения устройства (фиг.6) содержит электролитическую ячейку 1 с металлическим токоподводом 2, твердый анод 3, плазменную струю 4. На фиг.6 представлено обрабатываемое изделие 5, помещенное в струю 4 плазмотрона многоканального разряда с электролитическим катодом 1. Твердый анод 3 имеет со стороны электролитической ячейки 1 форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие, причем внутренний диаметр цилиндра выбран из неравенства 5<d<20 мм, межэлектродное расстояние между анодом 3 и электролитом 1 составляет 2<l<10 мм, где:The device for hardening a steel product according to the first embodiment of the device of the invention (Fig. 6) comprises an
d - внутренний диаметр анода, мм,d is the inner diameter of the anode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода и поверхностью проточного электролитического катода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid anode and the surface of the flowing electrolytic cathode, mm
Устройство упрочнения стального изделия по второму варианту устройства предлагаемого изобретения (фиг.7) содержит электролитическую ячейку 1 с отрицательным металлическим токоподводом 2, твердый анод 3, плазменную струю 4. Обрабатываемое изделие 5 помещено в струю 4 плазмотрона многоканального разряда с электролитическим катодом 1. Твердый анод 3 имеет со стороны электролитического катода форму усеченного конуса снаружи и форму цилиндра со стороны твердого анода со сплошным верхним торцом, имеющего по бокам не менее одного отверстия для выхода струи плазмы, внутренний диаметр цилиндрического отверстия выбран из неравенства 5<d<20 мм, при этом межэлектродное расстояние между анодом и электролитом составляет 2<L<10 мм, где:The device for hardening a steel product according to the second embodiment of the device of the present invention (Fig. 7) contains an
d - внутренний диаметр анода, мм,d is the inner diameter of the anode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода 3 и поверхностью электролитического катода, мм.L is the distance between the lower surface of the
Устройство упрочнения стального изделия по третьему варианту устройства предлагаемого изобретения (фиг.8) содержит электролитическую ячейку 6 с металлическим токоподводом 2, твердый катод 7, плазменную струю 4. Обрабатываемое изделие 5 помещено в плазменную струю 4. Твердый катод 7 имеет со стороны электролитической ячейки 6 форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие, причем внутренний диаметр цилиндра выбран из неравенства 5<d<20 мм, межэлектродное расстояние между катодом 7 и электролитом 6 составляет 2<L<10 мм, где:The device for hardening a steel product according to the third embodiment of the device of the present invention (Fig. 8) comprises an
d - внутренний диаметр катода, мм,d is the inner diameter of the cathode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode, mm
Устройство упрочнения стального изделия по четвертому варианту устройства предлагаемого изобретения (фиг.9) содержит электролитическую ячейку 6 с металлическим токоподводом 2, твердый катод 7, плазменные струи 4. Обрабатываемое изделие 5 помещено в струю 4 плазмотрона многоканального разряда с электролитом. Твердый катод 7 имеет со стороны электролитического анода 6 форму усеченного конуса снаружи и форму цилиндра со стороны твердого катода 7 со сплошным верхним торцом, имеющего по бокам не менее одного отверстия для выхода струи плазмы, внутренний диаметр выбран из неравенства 5<d<20 мм, при этом межэлектродное расстояние между катодом и электролитом составляет 2<L<10 мм, где:The device for hardening a steel product according to the fourth embodiment of the device of the present invention (Fig. 9) comprises an
d - внутренний диаметр катода, мм,d is the inner diameter of the cathode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode, mm
Устройство упрочнения стального изделия по пятому варианту устройства предлагаемого изобретения (фиг.10) содержит электролитическую ячейку 1 с металлическим токоподводом 2, твердый анод 3. На фиг.10 показана плазменная струя 4, обрабатываемое изделие 5 и диэлектрический экран 8. Обрабатываемое изделие 5 помещено в струю 4. Твердый анод 3 имеет со стороны электролитического катода 1 форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие с диаметром 5<d<20 мм, с внешней стороны твердого анода с зазором установлен диэлектрический экран 8, при этом межэлектродное расстояние между твердым анодом и электролитическим катодом составляет 2<L<6 мм, где:The device for hardening a steel product according to the fifth embodiment of the device of the present invention (FIG. 10) comprises an
d - диаметр цилиндрического отверстия анода, мм,d is the diameter of the cylindrical hole of the anode, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода и поверхностью электролитического катода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid anode and the surface of the electrolytic cathode, mm
Устройство упрочнения стального изделия по шестому варианту устройства предлагаемого изобретения (фиг.11) содержит электролитическую ячейку 6 с металлическим токоподводом 2, твердый катод 7. На фиг.11 показана плазменная струя 4, обрабатываемое изделие 5 и диэлектрический экран 8. Обрабатываемое изделие помещено в струю 4 и плазмотрона многоканального разряда с электролитическим анодом. Твердый катод 7 имеет со стороны электролитического анода 6 форму усеченного конуса снаружи и центральное цилиндрическое отверстие с диаметром 5<d<20 мм, с внешней стороны анода 6 с зазором установлен диэлектрический экран 8, при этом межэлектродное расстояние между катодом и электролитическим анодом составляет 2<L<6 мм, где:The device for hardening a steel product according to the sixth embodiment of the device of the present invention (FIG. 11) comprises an
d - внутренний диаметр цилиндра, мм,d is the inner diameter of the cylinder, mm,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода, мм.L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode, mm
Выбор диапазонов по первому варианту способа объясняется следующим образом: одним из важных параметров способа является ток разряда. Для того чтобы поддерживать оптимальную температуру и длину струи для упрочнения изделия, ток меняется в пределах 1≤I≤6 А. При I<1 А струя не выходит над поверхностью твердого электрода, а при I>6 А не удается получить многоканальный разряд с электролитическим катодом. Пределы напряжения определяются величиной тока. При h<5 мм обрабатываемое изделие находится непосредственно над твердым анодом и процесс упрочнения ухудшается, при h>100 мм температура струи не достаточна для упрочнения стального изделия. При L<2 мм плазменная струя практически не выходит над поверхностью анода и упрочнения стального изделия не удается. При L>10 мм длина струи существенно уменьшается и ухудшается устойчивость разряда. Изменение внутреннего диаметра анода приводит к изменению высоты плазменной струи. Выбор диапазонов по второму, третьему, четвертому, пятому, шестому, седьмому и восьмому вариантам объясняется также как и по первому варианту. При d<5 мм разряд практически не горит и наблюдается неустойчивая струя плазмы. При d>20 мм уменьшается длина струи, которая не позволяет проводить упрочнение стального изделия.The choice of ranges according to the first variant of the method is explained as follows: one of the important parameters of the method is the discharge current. In order to maintain the optimum temperature and stream length for hardening the product, the current varies within 1≤I≤6 A. At I <1 A, the jet does not extend above the surface of the solid electrode, and at I> 6 A it is not possible to obtain a multi-channel discharge with electrolytic cathode. The voltage limits are determined by the magnitude of the current. For h <5 mm, the workpiece is located directly above the solid anode and the hardening process deteriorates; for h> 100 mm, the jet temperature is not sufficient to harden the steel product. At L <2 mm, the plasma jet practically does not extend above the anode surface and hardening of the steel product fails. At L> 10 mm, the jet length decreases significantly and the discharge stability deteriorates. A change in the inner diameter of the anode leads to a change in the height of the plasma jet. The choice of ranges for the second, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth options is explained as well as for the first option. At d <5 mm, the discharge practically does not burn and an unstable plasma jet is observed. At d> 20 mm, the jet length decreases, which does not allow hardening of the steel product.
Способ упрочнения стального изделия по первому варианту (фиг.1, фиг.2) осуществляется следующим образом.The method of hardening a steel product according to the first embodiment (figure 1, figure 2) is as follows.
Обрабатываемая изделие 5 помещают в струю 4 плазмотрона многоканального разряда с электролитическим катодом 1, устанавливают напряжение разряда между твердым анодом 3 и электролитическим катодом 1 1000≤U≤1600 В, ток разряда 1≤I≤6 А, расстояние от поверхности обрабатываемого изделия до поверхности твердого анода 5≤h≤100 мм, межэлектродное расстояние от нижней поверхности твердого анода до поверхности электролитического катода 2<L<10 мм, процесс обработки изделия осуществляют в течение времени не менее 5 с, где:The
U - напряжение многоканального разряда между твердым анодом и электролитическим катодом, В,U is the voltage of the multichannel discharge between the solid anode and the electrolytic cathode, V,
I - ток разряда А,I is the discharge current A,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого анода и поверхностью электролитического катода, мм,L is the distance between the lower surface of the solid anode and the surface of the electrolytic cathode, mm,
h - расстояние между обрабатываемым изделием и верхней поверхностью твердого анода, мм,h is the distance between the workpiece and the upper surface of the solid anode, mm,
t - время нагрева изделия, с.t is the heating time of the product, s.
Способ упрочнения стального изделия по второму варианту (фиг.3, фиг.4 и фиг.5) осуществляется следующим образом: путем помещения обрабатываемого изделия 5 в струю плазмотрона 4 многоканального разряда с электролитическим анодом 6 устанавливают напряжение разряда между твердым катодом 7 и электролитическим анодом 6 500≤U≤2000 В, ток разряда 1,5≤I≤8 А, расстояние от поверхности обрабатываемого изделия до поверхности твердого катода составляет 5≤h≤140 мм, межэлектродное расстояние от нижней поверхности твердого катода 7 до поверхности электролитического анода 6 2<L<10 мм, процесс обработки изделия осуществляют в течение времени не менее 5 с, где:The method of hardening a steel product according to the second embodiment (Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 5) is carried out as follows: by placing the
U - напряжение многоканального разряда между твердым катодом и электролитическим анодом, В,U is the voltage of the multichannel discharge between the solid cathode and the electrolytic anode, V,
I - ток разряда А,I is the discharge current A,
L - расстояние между нижней поверхностью твердого катода и поверхностью электролитического анода,L is the distance between the lower surface of the solid cathode and the surface of the electrolytic anode,
h - расстояние между обрабатываемым изделием и верхней поверхностью твердого катода, мм.h is the distance between the workpiece and the upper surface of the solid cathode, mm
t - время нагрева изделия, с.t is the heating time of the product, s.
Рассмотрим устройство упрочнения стального изделия в работе по первому варианту устройства (фиг.6). Многоканальный разряд зажигают между твердым анодом 3 и электролитической ячейкой 1. Обрабатываемое изделие 5 помещают в струю плазмы 4, устанавливают напряжение и ток разряда, например U=1500 В и I=3 А. Процесс обработки ведут в течение времени 10 с до заданного параметра по упрочнению.Consider the device for hardening a steel product in operation according to the first embodiment of the device (Fig.6). A multi-channel discharge is ignited between the
Рассмотрим устройство для упрочнения стального изделия в работе по второму варианту устройства (фиг.7). Многоканальный разряд зажигают между твердым анодом 3 и электролитической ячейкой 7. Обрабатываемое изделие 5 помещают в струю плазмы 4, устанавливают напряжение и ток разряда, например U=2000 В и I=5 А. Процесс обработки ведут в течение времени 5 с до заданного параметра по упрочнению.Consider a device for hardening a steel product in operation according to the second embodiment of the device (Fig. 7). A multi-channel discharge is ignited between the
Рассмотрим устройство для упрочнения стального изделия в работе по третьему варианту устройства (фиг.8). Многоканальный разряд зажигают между твердым катодом 7 и электролитической ячейкой 6. Обрабатываемое изделие 5 помещают в струю плазмы 4, устанавливают напряжение и ток разряда, например U=2500 В и I=2 А. Процесс обработки ведут в течение времени 5 с до заданного параметра по упрочнению.Consider a device for hardening a steel product in operation according to the third embodiment of the device (Fig. 8). A multi-channel discharge is ignited between the
Рассмотрим устройство для упрочнения стального изделия в работе по четвертому варианту устройства (фиг.9). Многоканальный разряд зажигают между твердым катодом 1 и электролитической ячейкой 6.Consider a device for hardening a steel product in operation according to the fourth embodiment of the device (Fig. 9). A multi-channel discharge is ignited between the
Обрабатываемое изделие 5 помещают в струю плазмы 4, устанавливают напряжение и ток разряда, например U=2200 В и I=4 А. Процесс обработки ведут в течение времени 5 с до заданного параметра по упрочнению.The
Рассмотрим устройство для упрочнения стального изделия в работе по пятому варианту устройства (фиг.10). Многоканальный разряд зажигают между твердым анодом 3 и электролитической ячейкой 1. Обрабатываемое изделие 5 помещают в струю плазмы 4, устанавливают напряжение и ток разряда, например U=2500 В и I=3,5 А. Процесс обработки ведут в течение времени 5 с до заданного параметра по упрочнению.Consider a device for hardening a steel product in operation according to the fifth embodiment of the device (Fig. 10). A multi-channel discharge is ignited between the
Рассмотрим устройство для упрочнения стального изделия в работе по шестому варианту устройства (фиг.11). Многоканальный разряд зажигают между твердым катодом 7 и электролитической ячейкой 6. Обрабатываемое изделие 5 помещают в струю плазмы 4, устанавливают напряжение и ток разряда, например U=2000 В и I=3 А. Процесс обработки ведут в течение времени 5 с до заданного параметра по упрочнению.Consider a device for hardening a steel product in operation according to the sixth embodiment of the device (Fig. 11). A multi-channel discharge is ignited between the
Анализ полученных результатов по всем вариантам изобретения эксперимента показывает значительное упрочнение поверхности стальных изделий. Так для стали марки Ст.45 в результате обработки плазменной струей твердость HV50 по Виккерсу повышается в среднем в 3 раза при глубине упрочненного слоя 0,9÷1,35 мм.Analysis of the results obtained for all variants of the invention of the experiment shows a significant hardening of the surface of steel products. So for steel grade St.45 as a result of processing by a plasma jet, the Vickers hardness HV 50 increases by an average of 3 times with a hardened layer depth of 0.9 ÷ 1.35 mm.
Образцы, обработанные плазменной струей, подвергались анализу на распределение твердости с помощью твердомера ПМТ-3, а микроструктура по микроскопу ММР-2Р. Анализ образца в результате обработки показывает, что на поверхности изменилась микроструктура стали. Если до обработки сталь состояла из перлита и феррита в виде сетки по границам зерен перлита, то после обработки на глубине до 0,6 мм произошла перекристаллизация стали. Сетка феррита разбилась, и сталь состоит из бейнита и троостита. Твердость исходного образца стали составляла 250 HV50 по Виккерсу, после обработки она достигла 570 HV50. В глубине ниже 0,6 мм микроструктура стали не изменилась.Samples treated with a plasma jet were analyzed for hardness distribution using a PMT-3 hardness tester, and the microstructure was examined using an MMP-2P microscope. Analysis of the sample as a result of processing shows that the microstructure of the steel has changed on the surface. If before processing the steel consisted of perlite and ferrite in the form of a grid along the perlite grain boundaries, then after processing at a depth of 0.6 mm, steel recrystallized. The ferrite grid broke, and the steel consists of bainite and troostite. The hardness of the initial steel sample was 250 HV 50 according to Vickers, after processing it reached 570 HV 50 . In depths below 0.6 mm, the microstructure of steel has not changed.
Из анализа другого образца стали выяснилось, что на поверхности образовался закаленный слой со структурой мастенсита и троостомартенсита различной дисперсности. Произошло измельчение кристаллических зерен стали и увеличение твердости по сравнению со структурой образца. В результате обработки твердость повысилась в среднем в 4 раза при глубине упрочненного слоя 0,9-1,5 мм.An analysis of another steel sample revealed that a hardened layer with the structure of mastensite and troostomartensite of different dispersion was formed on the surface. The crystalline grains of steel were ground and the hardness increased in comparison with the structure of the sample. As a result of processing, the hardness increased on average 4 times with a hardened layer depth of 0.9-1.5 mm.
Анализ экспериментальных данных показал, что твердость стали повышается с увеличением времени обработки в заданных интервалах тока и напряжения многоканального разряда. Также на твердость существенное влияние оказывает расстояние от обрабатываемого изделия до самого устройства.The analysis of experimental data showed that the hardness of steel increases with increasing processing time in the specified intervals of current and voltage of a multichannel discharge. The hardness is also significantly affected by the distance from the workpiece to the device itself.
По сравнению с прототипом способы упрочнения изделия и устройства для его осуществления позволяют увеличить твердость по Виккерсу HV50 в среднем в 1,5-2 раза при глубине упрочненного слоя 0,9-2 мм. Это доказывают фиг.12, фиг.13, фиг.14, фиг.15, фиг.16, фиг.17 и таблица 1.Compared with the prototype, the methods of hardening the product and device for its implementation can increase the Vickers hardness HV 50 on average 1.5-2 times with a depth of hardened layer of 0.9-2 mm This is proved by Fig. 12, Fig. 13, Fig. 14, Fig. 15, Fig. 16, Fig. 17 and Table 1.
Во всех вариантах способа и устройства процесс упрочнения стального изделия осуществляется только при многоканальном разряде.In all variants of the method and device, the hardening process of the steel product is carried out only with multi-channel discharge.
Твердости, достигаемые способами упрочнения HV50 по ВиккерсуHardness Achieved by Vickers HV 50 Hardening Methods
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123385/02A RU2335551C2 (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Method of item strengthening (versions) and device for its implementation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123385/02A RU2335551C2 (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Method of item strengthening (versions) and device for its implementation (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006123385A RU2006123385A (en) | 2008-01-20 |
| RU2335551C2 true RU2335551C2 (en) | 2008-10-10 |
Family
ID=39107997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006123385/02A RU2335551C2 (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Method of item strengthening (versions) and device for its implementation (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2335551C2 (en) |
-
2006
- 2006-06-30 RU RU2006123385/02A patent/RU2335551C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГАЙСИН А.Ф. и др. «Технологические процессы модификации поверхностей изделий плазмой парогазового разряда с жидким катодом», Научно-технический отчет по гос. бюджетной теме 3С710-1/98, № гос. регистрации 01990011968, Казань, 1999. САВЕЛЬЕВ В.А. Устройство для создания паровоздушного разряда между металлическим катодом и электролитическим анодом. Автореферат. - Казань: КГТУ им. А.Н.Туполева, 2003. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006123385A (en) | 2008-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4710020B2 (en) | Vacuum processing apparatus and processing method using the same | |
| ES2149491T3 (en) | ELECTROLYTIC PROCEDURE FOR THE CLEANING OF ELECTROCONDUCTIVE SURFACES. | |
| US20110272099A1 (en) | Plasma processing apparatus and method for the plasma processing of substrates | |
| TW200419654A (en) | Electronic device, its manufacturing method, and plasma processing apparatus | |
| TW201508806A (en) | Plasma processing device | |
| KR102053792B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
| EP1836718B1 (en) | Microplasma array | |
| CN105921887B (en) | A kind of device and method based on ultrafast laser manufacture three-dimensional structure battery | |
| RU2335551C2 (en) | Method of item strengthening (versions) and device for its implementation (versions) | |
| EP2045366B1 (en) | Method for vacuum-compression micro-plasma oxidation and device for carrying out said method | |
| CN111326391B (en) | Plasma processing apparatus | |
| EP2087503B1 (en) | Device for the pre-treatment of substrates | |
| Ghomi et al. | Investigation on a DBD plasma reactor | |
| CN102610476B (en) | Electrostatic chuck | |
| JP4194466B2 (en) | Plasma process apparatus and electronic device manufacturing method using the same | |
| TW200728520A (en) | Method and device for removing conductive metal oxide thin film | |
| CN109075006A (en) | For manufacturing the device and method for passing through the steel product of anti-corrosion protection processing | |
| Bunme et al. | Polarity effect of pulsed corona discharge plasma on seed surface modification | |
| US20240136144A1 (en) | Ion source structure of ion implanter and its operation method | |
| RU2012125780A (en) | METHOD FOR FORMING A SELF-FILLED HOLLOW CATHODE FROM TITANIUM NITride FOR A NITROGEN PLASMA GENERATION SYSTEM | |
| RU2178219C1 (en) | Method and device for plasmachemical treatment of substrates | |
| Zeltser et al. | Fabrication of nitrogen-containing coatings in reed switches by pulsed ion-plasma treatment | |
| KR20110027900A (en) | Apparatus for generating hollow cathode plasma and apparatus for treating substrate by hollow cathode plasma | |
| KR20110010311A (en) | Surface treating method of hot dip galvanized steel sheet with plasma in atmospheric pressure and surface treated hot dip galvanized steel sheet using the same | |
| Tazmeev et al. | On the application of a discharge with liquid electrodes for polishing metal surfaces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160701 |