RU2418096C2 - Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании - Google Patents
Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании Download PDFInfo
- Publication number
- RU2418096C2 RU2418096C2 RU2009124891/02A RU2009124891A RU2418096C2 RU 2418096 C2 RU2418096 C2 RU 2418096C2 RU 2009124891/02 A RU2009124891/02 A RU 2009124891/02A RU 2009124891 A RU2009124891 A RU 2009124891A RU 2418096 C2 RU2418096 C2 RU 2418096C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitriding
- creation
- parts
- vacuum
- screen
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области термической, химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности. Способ обработки деталей из титановых сплавов включает катодное распыление и азотирование. Перед азотированием и после него проводят отжиг в вакууме. Азотирование проводят путем подачи смеси газов, состоящей из 10 мас.% азота и 90 мас.% аргона, и вакуумного нагрева в неоднородной плазме повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет создания эффекта полого катода с обеспечением создания регулярной макронеоднородной структуры, при этом экран выполняют со структурой ячеек в виде сот. Отжиг перед и после азотирования проводят при температуре 800°С, в течение 2 часов, а азотирование - при температуре ниже α→β перехода титанового сплава. Повышается контактная долговечность и износостойкость упрочненного слоя за счет получения регулярной макронеоднородной структуры материала, а также расширяются функциональные возможности данного метода. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области термической, химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов.
Известен способ (Патент РФ № 2058421, кл. С23С 8/36, 20.04.96) азотирования деталей из конструкционных легированных сталей, включающий высокотемпературное ионное азотирование, закалку с температуры полного растворения нитридных фаз, отпуск, чистовую механическую обработку и низкотемпературное ионное азотирование на глубину не менее глубины деазотированного слоя.
Недостатком аналога является
- сложность оборудования и технологии, а также необходимость проектирования специального оборудования,
- нет возможности создания макронеоднородной структуры.
Известен способ (Патент РФ № 2127330, кл. С23С 8/26. 10.03.99) термической обработки для образования высокопрочного аустенитного поверхностного слоя в нержавеющих сталях, включающий азотирование в содержащей азот газовой атмосфере при 1000-1200°С и последующее охлаждение со скоростью, позволяющей избежать выделения нитрида.
Недостатком аналога является
- сложность оборудования и технологии, а также необходимость проектирования специального оборудования,
- нет возможности создания макронеоднородной структуры.
Известен способ (Патент РФ № 2219271, кл. С22С 1/10, С21С 5/00, C21D 1/28, 2003.12.20) упрочнения сплава на основе железа, содержащего свободный и связанный углерод, заключающийся в выплавке сплава, обработке давлением и получении изделия с последующим переводом свободного углерода в количестве 0,1-100% связанное с железом состояние, путем нагрева при 723-1100°С и выдержки при этой температуре в течение 0,1-100 ч.
Недостатком аналога является
- сложность оборудования и технологии, а также необходимость проектирования специального оборудования,
- нет возможности создания макронеоднородной структуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ (Патент РФ № 2276201, кл. С23С 8/36, C21D 9/30, 09.11.2004) обработки стальных изделий, включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят катодное распыление, вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет создания эффекта полого катода.
Недостатком прототипа является
- большая вероятность обезуглероживания поверхности, которая может привести к резкому увеличению хрупкости азотированного слоя и его шелушению, из-за отсутствия углеродсодержащих газов в насыщающей среде,
- нет возможности создания макронеоднородной структуры.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение контактной долговечности и износостойкости упрочненного слоя за счет получения регулярной макронеоднородной структуры материала, а также расширение функциональных возможностей данного метода, за счет предварительного отжига, азотирования в неоднородной плазме тлеющего разряда.
Задача решается за счет использования способа обработки деталей из титановых сплавов, включающего катодное распыление и азотирование, согласно изобретению перед и после азотирования проводят отжиг в вакууме, при этом азотирование проводят путем подачи смеси газов, состоящей из 10 мас.% азота и 90 мас.% аргона, и вакуумного нагрева в неоднородной плазме повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет создания эффекта полого катода с обеспечением создания регулярной макронеоднородной структуры, при этом экран выполняют со структурой ячеек в виде сот.
Кроме того, согласно изобретению отжиг перед и после азотирования проводят при температуре 800°С, в течение 2 часов, а азотирование - при температуре ниже α→β перехода титанового сплава.
Отжиг в вакууме проводят до азотирования с целью снятия напряжений и предупреждения коробления.
Дифференцированная обработка, сочетающая общие (объемные) и локальные (местные) воздействия на материал, позволяет получить регулярную макронеоднородную структуру как на поверхности, так и в объеме сплавов. Дифференцированная структура создается в мономатериале путем получения в нем разнородных структур. Между участками с различной структурой существует переходный участок с микронеоднородную структурой в которой структура постепенно изменяется от одного вида в другой, что обеспечивает хорошую совместимость между участками с различными свойствами. Тем самым возможно получение участков с чередованием прочностных и пластических свойств как на поверхности, так и в объеме материала.
Для локальной термической и химико-термической обработки с целью создания макронеоднородной структуры материала использовали неоднородную плазму тлеющего разряда с полым катодом.
Неоднородность плазмы обеспечивается за счет эффекта полого катода.
Эффект полого катода проявляется в значительном повышении плотности тока, увеличении степени ионизации неоднородной плазмы, при одновременном снижении напряжения горения разряда, при этом поверхность детали непосредственно становится поверхностью полого катода.
Экран имеет структуру ячейки, выполненной в виде сот, которая является наиболее оптимальной с точки зрения распределения энергетических составляющих по поверхности полого катода, тем самым обеспечивая оптимальную макронеоднородность как на поверхности, так и в объеме изделия, что, в свою очередь, способствует различному применению таких материалов.
Существо изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображены виды дифференцированной структуры: 1 - линейчатая, 2 - точечная, 3 - сетчатая, 4 - слоистая. На фиг.2 изображено распределение микротвердости по поверхности упрочненного слоя в тлеющем разряде с ЭПК, где a, b - параметры экрана (размер ячейки), 5 - экран, 6 - обрабатываемая поверхность, 7 - зона нормального тлеющего разряда, 8 - зона повышенной концентрации частиц (ЭПК). На фиг.3 изображена модель составного экрана, где а - размер ячейки, b - расстояние между ячейками, a=b. На фиг.4 изображена схема реализации способа интенсифицированного эффекта полого катода для получения неоднородной структуры. Схема содержит источник питания 9, анод 10, экран 5, установленный на определенном расстоянии от катод-детали 11.
Пример конкретной реализации способа.
Пример 1.
Способ осуществляется следующим образом: в вакуумной камере устанавливают обрабатываемую деталь и экран, выполненный со структурой в виде сот, подключая к отрицательному электроду, герметизируют камеру и откачивают воздух до давления 100 Па. Затем проводят предварительный отжиг в вакууме. Затем, после эвакуации воздуха камеру продувают рабочим газом 5-15 минут при давлении 1000-1330 Па, затем откачивают камеру до давления 50 Па, подают на электроды напряжение и возбуждают тлеющий разряд. При напряжении 1000-1400 В на этой стадии осуществляют катодное распыление. После 5-15-минутной обработки по режиму катодного распыления напряжение понижают до рабочего, а давление повышают до 100 Па. Затем в камере создают рабочее давление, равное 100 Па, необходимое для зажигания тлеющего разряда. В камеру подают смесь газов - азота-аргона, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
N2 - 10,
Ar - 90.
С помощью эффекта полого катода происходит нагрев детали, при этом происходит азотирование в неоднородной плазме повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном, обеспечивающей создание макронеоднородной структуры материала. Все процессы проходят за один технологический цикл, в одной камере и в одной атмосфере. После обработки изделие охлаждается вместе с вакуумной камерой под вакуумом. Создание макронеоднородной структуры приводит к повышению контактной долговечности и износостойкости упрочненного слоя.
Пример 2, в частности для титановых сплавов.
С целью снятия напряжений и предупреждения коробления материала, до азотирования поверхности проводят кратковременный отжиг в вакууме при температуре 800°С, в течение 2 часов.
Для уменьшения хрупкости диффузионного слоя и повышения на 10…15% характеристик пластичности сплавов после азотирования рекомендуют дополнительный отжиг деталей в вакууме при разрежении 4·10-2 Па на протяжении 2 часов, при температуре 800°С.
Непосредственно азотирование производят при температуре ниже α→β перехода, в процессе которого в сплавах формируется двухфазная (α+β)-структура, при этом азот оказывает значительное влияние на фазовое равновесие, даже очень невысокая концентрация азота резко повышает температуру перехода в β-область.
Наличие азота различной концентрации при одной и той же температуре приводит к тому, что равновесие между α- и β-фазами достигается при их различном количественном соотношении, при этом количество равновесной α-фазы возрастает, что более благоприятно, так как азот растворяется в основном в α-фазе.
Упрочнение поверхности происходит за счет образования нитрида титана TiN, количество которого возрастает в основном с увеличением длительности азотирования.
Создание макронеоднородной структуры в изделиях приводит к повышению контактной долговечности и износостойкости упрочненного слоя.
Claims (2)
1. Способ обработки деталей из титановых сплавов, включающий катодное распыление и азотирование, отличающийся тем, что перед и после азотирования проводят отжиг в вакууме, при этом азотирование проводят путем подачи смеси газов, состоящей из 10 мас.% азота и 90 мас.% аргона, и вакуумного нагрева в неоднородной плазме повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет создания эффекта полого катода с обеспечением создания регулярной макронеоднородной структуры, при этом экран выполняют со структурой ячеек в виде сот.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг перед и после азотирования проводят при температуре 800°С в течение 2 ч, а азотирование - при температуре ниже α→β - перехода титанового сплава.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009124891/02A RU2418096C2 (ru) | 2009-06-29 | 2009-06-29 | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009124891/02A RU2418096C2 (ru) | 2009-06-29 | 2009-06-29 | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009124891A RU2009124891A (ru) | 2011-01-10 |
RU2418096C2 true RU2418096C2 (ru) | 2011-05-10 |
Family
ID=44054213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009124891/02A RU2418096C2 (ru) | 2009-06-29 | 2009-06-29 | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2418096C2 (ru) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534906C1 (ru) * | 2013-04-17 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании |
RU2534697C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании |
RU2534907C1 (ru) * | 2013-04-08 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала при азотировании в тлеющем разряде |
RU2562187C1 (ru) * | 2014-05-21 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде |
RU2562185C1 (ru) * | 2014-05-21 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме |
RU2611251C2 (ru) * | 2015-06-15 | 2017-02-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ азотирования в плазме повышенной плотности |
RU2611607C2 (ru) * | 2015-06-25 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов |
RU2662518C2 (ru) * | 2017-01-09 | 2018-07-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ создания макронеоднородной структуры на поверхности материалов |
-
2009
- 2009-06-29 RU RU2009124891/02A patent/RU2418096C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534907C1 (ru) * | 2013-04-08 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала при азотировании в тлеющем разряде |
RU2534697C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании |
RU2534906C1 (ru) * | 2013-04-17 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании |
RU2562187C1 (ru) * | 2014-05-21 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде |
RU2562185C1 (ru) * | 2014-05-21 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме |
RU2611251C2 (ru) * | 2015-06-15 | 2017-02-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ азотирования в плазме повышенной плотности |
RU2611607C2 (ru) * | 2015-06-25 | 2017-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов |
RU2662518C2 (ru) * | 2017-01-09 | 2018-07-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ создания макронеоднородной структуры на поверхности материалов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009124891A (ru) | 2011-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2418096C2 (ru) | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании | |
CN101851736A (zh) | 一种环保型富氮层快速渗氮方法 | |
RU2409699C1 (ru) | Способ создания неоднородной структуры материала при азотировании в тлеющем разряде | |
RU2562185C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме | |
GB2261227A (en) | Surface treatment of metals at low pressure | |
RU2291227C1 (ru) | Способ упрочнения поверхностного слоя деталей из конструкционных сталей | |
RU2558320C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме | |
RU2409700C1 (ru) | Способ азотирования в плазме тлеющего разряда | |
RU2633867C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов | |
Jacobs et al. | Plasma Carburiiing: Theory; Industrial Benefits and Practices | |
RU2276201C1 (ru) | Способ азотирования изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода | |
JP2014047410A (ja) | 鉄基合金材及びその製造方法 | |
RU2534907C1 (ru) | Способ локальной обработки материала при азотировании в тлеющем разряде | |
Lebrun | Plasma-assisted processes for surface hardening of stainless steel | |
Xu et al. | Plasma surface alloying | |
RU2324001C1 (ru) | Способ термической и химико-термической обработки стальных изделий в вакууме | |
RU2562187C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде | |
CN110644028B (zh) | 一种快速在金属材料表面制备膨胀α相的方法 | |
RU2611003C1 (ru) | Способ ионного азотирования титановых сплавов | |
RU2677908C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
JP2004052023A (ja) | 窒化処理方法 | |
Terakado et al. | Simultaneous plasma treatment for carburizing and carbonitriding using hollow cathode discharge | |
Smirnov et al. | Microstructure and wear resistance of modified surfaces obtained by ion-plasma nitriding of 40ХН2МА steel | |
RU2599950C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей | |
RU2755911C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110630 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120827 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140630 |