RU2532779C1 - Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses - Google Patents

Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses Download PDF

Info

Publication number
RU2532779C1
RU2532779C1 RU2013118077/02A RU2013118077A RU2532779C1 RU 2532779 C1 RU2532779 C1 RU 2532779C1 RU 2013118077/02 A RU2013118077/02 A RU 2013118077/02A RU 2013118077 A RU2013118077 A RU 2013118077A RU 2532779 C1 RU2532779 C1 RU 2532779C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electromagnetic field
chamber
nitriding
nitration
solenoid
Prior art date
Application number
RU2013118077/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013118077A (en
Inventor
Сергей Алексеевич Герасимов
Евгений Александрович Сергиевский
Александр Витальевич Иванов
Сергей Андреевич Поляков
Алексей Павлович Алехин
Маргарита Александровна Гурбич
Вадим Владимирович Ступников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2013118077/02A priority Critical patent/RU2532779C1/en
Publication of RU2013118077A publication Critical patent/RU2013118077A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532779C1 publication Critical patent/RU2532779C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to ion-nitration of machine parts with the help of electromagnetic field pulses. Reaction gas is fed into nitration chamber and heated therein with simultaneous generation of alternating electromagnetic field therein by solenoid. Said solenoid houses processed part with direction of magnetic induction vector perpendicular to part processed surface and with variation nitration amount with formation of square pulses. Duration and cycle of said pulses ensure acceleration of nitrogen ions penetration in processed surface owing to vertical front of magnetic field intensity ride. Device to this end comprises part nitration chamber, reaction gas feeder, heater and electromagnetic field generator. The latter is composed of solenoid surrounding said chamber to generate pulsed electromagnetic field with square pulses and direction of magnetic induction vector perpendicular to part processed surface.
EFFECT: simultaneous acceleration of nitration, higher mechanical properties of surface plies.
4 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу ионоазотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля, направленного на повышение механических свойств деталей узлов трения скольжения из сплавов на основе железа.The invention relates to mechanical engineering, in particular to a method for ionotriding machine parts using pulses of an electromagnetic field, aimed at improving the mechanical properties of parts of sliding friction units from iron-based alloys.

Уровень техникиState of the art

Известны способы химико-термической обработки (ХТО), позволяющие повысить механические свойства стальных деталей и содержащие операции азотирования и воздействия на ионы азота с помощью электромагнитного поля. Так, известно техническое решение, содержащееся в патенте РФ №2402632 (МПК С23С 8/36, опубл. 27.10.2010), - способ локального азотирования металлической детали в плазме тлеющего разряда (аналог). Оно предполагает создание в камере для азотирования электромагнитного поля, которое позволяет локализовать поток ионов азота в определенной области, что обеспечивает обработку тех частей детали, которые в ней нуждаются, исключая обработку других частей. Данное техническое решение повышает качество обработки сложных поверхностей за счет изменения направления движения ионов азота в соответствии с локализацией обрабатываемой поверхности.Known methods of chemical-thermal treatment (CTO), allowing to increase the mechanical properties of steel parts and containing the operation of nitriding and exposure to nitrogen ions using an electromagnetic field. So, it is known the technical solution contained in the patent of the Russian Federation No. 2402632 (IPC C23C 8/36, publ. 10/27/2010), - a method for local nitriding of a metal part in a glow discharge plasma (analogue). It involves the creation in the chamber for nitriding of an electromagnetic field that allows you to localize the flow of nitrogen ions in a certain area, which ensures the processing of those parts of the part that need it, excluding the processing of other parts. This technical solution improves the quality of processing complex surfaces by changing the direction of movement of nitrogen ions in accordance with the localization of the treated surface.

Однако, оно не предполагает ускорения основного процесса азотирования в области, где пучок ионов направлен по нормали к обрабатываемой поверхности, поскольку основным средством для ускорения азотирования выступает электрическое поле, ускоряющее ионы азота в процессе их движения к обрабатываемой поверхности. В способе-аналоге же действие электромагнитного поля используется только для фокусировки пучка ионов, но не предполагает действий, меняющих для ионов азота диффузионную проницаемость поверхности обрабатываемого материала.However, it does not imply acceleration of the main nitriding process in the region where the ion beam is directed normal to the surface being treated, since the main means for accelerating nitriding is an electric field accelerating nitrogen ions in the process of their movement to the surface to be treated. In the analogue method, the action of the electromagnetic field is used only to focus the ion beam, but does not imply actions that change the diffusion permeability of the surface of the processed material for nitrogen ions.

Рассмотренное техническое решение также содержит схематичное описание устройства для его реализации (аналог). Оно включает камеру для ионно-плазменного азотирования и расположенную внутри нее конструкцию, содержащую источник, эмитирующий электроны, и индукционную катушку, формирующую поток этих электронов в направлении обрабатываемого участка поверхности азотируемой детали. С помощью данных приспособлений формируется нужный объем и форма плазмы тлеющего разряда, состоящей из ионов азота, что позволяет локализовать процесс азотирования.The considered technical solution also contains a schematic description of the device for its implementation (analogue). It includes a chamber for ion-plasma nitriding and a structure located inside it containing a source emitting electrons and an induction coil forming a stream of these electrons in the direction of the treated surface area of the nitrided part. Using these devices, the desired volume and shape of the glow discharge plasma, consisting of nitrogen ions, is formed, which allows localizing the nitriding process.

Однако влияния на диффузионную проницамость азота в обрабатываемую поверхность данное устройство не оказывает. Таким образом, устройству-аналогу присущи те же недостатки, что и его способу-аналогу.However, this device does not affect the diffusion permeability of nitrogen into the treated surface. Thus, the analog device has the same disadvantages as its analog method.

Известен также способ обработки деталей машин импульсным электромагнитным полем, изложенный в патенте РФ №2299249 (МПК C21D 1/04, опубл. 20.05.2007). Основными признаками данного способа являются операции по воздействию электромагнитным полем на материал обрабатываемой детали сначала в достаточно широком диапазоне частот от 103 до 105 Гц при напряженностях магнитного поля от 105 до 107 А/м в течение 10 секунд с последующей апериодической обработкой при тех же максимальных амплитудах напряженности, но при скорости изменения напряженности 109…1010 (А/м)с-1 и числе импульсов до 100, а также формировании градиента напряженности магнитного поля не менее 105 (А/м)мм-1. Подобное воздействие, по мнению авторов, должно обеспечить повышение механических свойств детали за счет модифицирующего воздействия магнитного поля на поверхностные слои материала детали. В то же время, форма импульсов магнитного поля в патенте не оговаривается, что предполагает их произвольную форму (более вероятно синусоидальную форму, которая соответствует стандартной сетевой форме электрического тока).There is also known a method of processing machine parts by a pulsed electromagnetic field, as set forth in RF patent No. 2299249 (IPC C21D 1/04, publ. 05.20.2007). The main features of this method are operations on the action of an electromagnetic field on the material of the workpiece, first in a fairly wide frequency range from 10 3 to 10 5 Hz with magnetic fields from 10 5 to 10 7 A / m for 10 seconds, followed by aperiodic processing at the same maximum amplitudes of the intensity, but with a rate of change of intensity of 10 9 ... 10 10 (A / m) s -1 and the number of pulses up to 100, as well as the formation of a magnetic field gradient of at least 10 5 (A / m) mm -1 . Such an effect, according to the authors, should provide an increase in the mechanical properties of the part due to the modifying effect of the magnetic field on the surface layers of the material of the part. At the same time, the shape of the magnetic field pulses is not specified in the patent, which suggests their arbitrary shape (more likely a sinusoidal shape, which corresponds to the standard network form of electric current).

Основным недостатком этого технического решения является то, что процессы упрочнения, протекающие в результате магнитострикционной деформации межзеренных границ, ограничены перераспределением тех химических составляющих материала, которые заложены в него в процессе изготовления. Поэтому такой важный элемент упрочнения как дисперсионное твердение за счет частиц, образующихся при введении в материал дополнительных элементов (в частности, ионов азота) в ходе химико-термической обработки, в этом решении не используется.The main disadvantage of this technical solution is that the hardening processes occurring as a result of magnetostrictive deformation of grain boundaries are limited by the redistribution of those chemical constituents of the material that are embedded in it during the manufacturing process. Therefore, such an important element of hardening as dispersion hardening due to particles formed when additional elements (in particular, nitrogen ions) are introduced into the material during chemical-thermal treatment, is not used in this solution.

Существует целый ряд технических решений, в которых электромагнитная импульсная обработка сочетается с другими видами воздействия. Так, например, решение, изложенное в международной РСТ-заявке W02008113238 А1 (МПК C21D 10/00, C22F 3/00, опубл. 2008-09-25), содержит два вида воздействия - помимо электромагнитного поля материал обрабатывается также ультразвуком. Опубликованы также технические решения, в которых обработка импульсами электромагнитного поля сочетается с различными видами термообработки. Так патент РФ №2339704 (МПК C21D 1/04, C21D 9/22, опубл. 27.11.2008) предлагает дополнить электромагнитную обработку нагревом токами высокой частоты до температуры ниже точки Кюри, а параметры электромагнитного воздействия предлагаются следующие: напряженность поля до 8·103 кА/м, длительность импульса - 10-3…10-6 секунды. В патенте РФ №2360011 (МПК C21D 6/04, C21D 1/04, C21D 9/22, опубл. 27.06.2009) предлагается термообработка холодом в среде жидкого азота в сочетании с обработкой импульсными механическими колебаниями и импульсами электромагнитного поля с амплитудой до 250 кА/м.There are a number of technical solutions in which electromagnetic pulse processing is combined with other types of exposure. So, for example, the solution set forth in the international PCT application W02008113238 A1 (IPC C21D 10/00, C22F 3/00, publ. 2008-09-25), contains two types of exposure - in addition to the electromagnetic field, the material is also processed by ultrasound. Technical solutions have also been published in which the processing by electromagnetic field pulses is combined with various types of heat treatment. So, RF patent No. 2339704 (IPC C21D 1/04, C21D 9/22, published November 27, 2008) proposes to supplement electromagnetic processing by heating with high-frequency currents to temperatures below the Curie point, and the following parameters are proposed for electromagnetic exposure: field strength up to 8 · 10 3 kA / m, pulse duration - 10 -3 ... 10 -6 seconds. RF patent No. 2360011 (IPC C21D 6/04, C21D 1/04, C21D 9/22, published June 27, 2009) proposes heat treatment with cold in a liquid nitrogen environment in combination with processing by pulsed mechanical vibrations and electromagnetic field pulses with an amplitude of up to 250 kA / m

Тем не менее, ни в одном из решений, содержащих обработку материала импульсным магнитным полем, не содержится предложений по использованию азотирования. Поэтому им свойственны недостатки, уже отмеченные выше, - отсутствие упрочнения за счет вновь вводимых элементов, в частности, ионов азота, диффундирующих через поверхность в обрабатываемый материал.However, none of the solutions containing the processing of the material by a pulsed magnetic field contains proposals for the use of nitriding. Therefore, they are characterized by the disadvantages already noted above - the lack of hardening due to newly introduced elements, in particular, nitrogen ions diffusing through the surface into the material to be processed.

То же самое можно отметить в отношении устройств, с помощью которых реализуются данные способы. Они содержат средства воздействия на обрабатываемые детали электромагнитным полем и некоторыми другими средствами - ультразвуком, нагревом токами высокой частоты, термообработкой охлаждением. Однако средства для насыщения поверхности обрабатываемых деталей азотом они не содержат, что и является их общим недостатком.The same can be noted with respect to the devices by which these methods are implemented. They contain means of influencing the workpiece with an electromagnetic field and some other means - ultrasound, heating by high-frequency currents, heat treatment by cooling. However, they do not contain means for saturating the surface of the workpieces with nitrogen, which is their common drawback.

Наиболее близким к предлагаемому способу техническим решением (прототипом) можно признать триодный способ катодно-плазменного азотирования деталей с отверстиями - по патенту РФ №2279496 (МПК С23С 8/36, С23С 14/42, С23С 14/48. опубл. 10.07.2006). Этот способ предполагает создание вокруг камеры для катодно-плазменного азотирования вращающегося магнитного поля, характеризуемого таким значением и направлением вектора индукции магнитного поля, которое обеспечивает угол падения ионов на боковую поверхность обрабатываемой детали не более критической величины угла. Таким образом, в этом способе повышается эффективность азотирования поверхностей сложной формы, так как в нем увеличивается равномерность обработки сложных поверхностей, позволяя изменить направление движения ионов азота в соответствии с ориентацией обрабатываемой поверхности.Closest to the proposed method, the technical solution (prototype) can be recognized as the triode method of cathode-plasma nitriding of parts with holes - according to the patent of the Russian Federation No. 2279496 (IPC C23C 8/36, C23C 14/42, C23C 14/48. Publ. 10.07.2006) . This method involves the creation of a rotating magnetic field around the cathode-plasma nitriding chamber, characterized by such a value and direction of the magnetic field induction vector that the angle of incidence of ions on the side surface of the workpiece is no more than a critical angle. Thus, in this method, the nitriding efficiency of surfaces of complex shape is increased, since the uniformity of processing of complex surfaces is increased in it, allowing you to change the direction of movement of nitrogen ions in accordance with the orientation of the surface to be treated.

Тем не менее, оно не предполагает ускорения основного процесса азотирования обрабатываемой поверхности, где пучок ионов азота направлен по нормали к ней, поскольку основным средством выступает сила взаимодействия движущихся ионов с электромагнитным полем, направляющяя ионы азота в процессе их движения к обрабатываемой поверхности по желательной для потребителя технологии траектории, но не меняющяя диффузионной проницаемости обрабатываемого материала. Таким образом, влияние импульсов магнитного поля на состояние границ зерен и их диффузионную проницаемость в данном решении не используется.Nevertheless, it does not imply acceleration of the main process of nitriding of the treated surface, where the beam of nitrogen ions is directed normal to it, since the main means is the interaction force of moving ions with the electromagnetic field, directing nitrogen ions in the process of their movement to the treated surface as desired by the consumer technology trajectory, but not changing the diffusion permeability of the processed material. Thus, the effect of magnetic field pulses on the state of grain boundaries and their diffusion permeability is not used in this solution.

Устройство, необходимое для реализации данного способа, схематично описано в том же патенте РФ №2279496 и выбрано прототипом предлагаемого технического решения. Оно содержит камеру для ХТО - ионоазотирования поверхности детали, нагревательное устройство, устройство для подачи ионов азота и аппаратуру для создания магнитного поля, воздействующего на траекторию движения ионов азота к сложной поверхности обрабатываемой детали.The device required to implement this method is schematically described in the same patent of the Russian Federation No. 2279496 and selected as a prototype of the proposed technical solution. It contains a chamber for XTO - ionization of the surface of the part, a heating device, a device for supplying nitrogen ions and apparatus for creating a magnetic field that affects the trajectory of nitrogen ions to the complex surface of the workpiece.

Однако конструкция устройства-прототипа такова, что она позволяет лишь изменять угол падения ионов азота на обрабатываемую поверхность, не влияя при этом на диффузионную проницамость азота в обрабатываемую поверхность материала, что и является основным недостатком устройства-прототипа, так же как и способа-прототипа.However, the design of the prototype device is such that it only allows you to change the angle of incidence of nitrogen ions on the treated surface, without affecting the diffusion permeability of nitrogen into the processed surface of the material, which is the main disadvantage of the prototype device, as well as the prototype method.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача предлагаемого изобретения - одновременное ускорение процесса азотирования и повышение механических свойств приповерхностных слоев материала, формирующихся в результате одновременного азотирования и воздействия как на ионы азота, так и на материал обрабатываемой детали импульсами сравнительно маломощного магнитного поля.The objective of the invention is the simultaneous acceleration of the nitriding process and increase the mechanical properties of the surface layers of the material formed as a result of simultaneous nitriding and exposure to both nitrogen ions and the material of the workpiece by pulses of a relatively low-power magnetic field.

Способ азотирования детали с использованием электромагнитного поля включает подачу в камеру для азотирования реакционного газа, его нагрев с одновременным генерированием в камере переменного электромагнитного поля. При этом генерирование электромагнитного поля осуществляют посредством соленоида, внутри которого располагают обрабатываемую деталь с направлением вектора магнитной индукции перпендикулярно обрабатываемой поверхности детали и изменением в процессе азотирования его величины с формированием прямоугольных импульсов. Длительность и периодичность указанных импульсов обеспечивают ускорение движения и внедрения ионов азота в обрабатываемую поверхность за счет вертикального фронта нарастания напряженности магнитного поля.The method of nitriding a part using an electromagnetic field includes feeding a reaction gas into the chamber for nitriding, heating it while generating an alternating electromagnetic field in the chamber. In this case, the generation of the electromagnetic field is carried out by means of a solenoid, inside which the workpiece is placed with the direction of the magnetic induction vector perpendicular to the workpiece surface and its value changes during nitriding with the formation of rectangular pulses. The duration and frequency of these pulses provide acceleration of the movement and incorporation of nitrogen ions into the treated surface due to the vertical front of the increase in magnetic field strength.

Для рассматриваемого класса процессов были экспериментально определены следующие близкие к оптимальным величины параметров, устанавливаемые в процессе обработки: амплитуду возбуждающего магнитное поле импульсного напряжения - 4 В, потребляемый ток - 30 мА, соответственно мощность - 120 мВт, длительность импульса магнитной индукции - 410-3 с, крутизну фронта импульса - 20 нс, периодичность - 12-10-3 с и время обработки - 2 часа.For the class of processes under consideration, the following parameters close to optimal that were established during processing were experimentally determined: the amplitude of the pulsed voltage exciting the magnetic field - 4 V, the consumed current - 30 mA, respectively, the power - 120 mW, the duration of the magnetic induction pulse - 410-3 s , the steepness of the pulse front is 20 ns, the frequency is 12-10 -3 s and the processing time is 2 hours.

При этом устройство для азотирования детали с использованием электромагнитного поля содержит камеру для азотирования детали, устройство для подачи реакционного газа в упомянутую камеру на обрабатываемую деталь, нагревательное устройство и устройство для генерирования электромагнитного поля. Причем устройство для генерирования электромагнитного поля выполнено в виде расположенного вокруг упомянутой камеры соленоида, обеспечивающего генерирование импульсного электромагнитного поля с прямоугольными импульсами с направлением вектора магнитной индукции перпендикулярно обрабатываемой поверхности находящейся внутри него детали.Moreover, the device for nitriding the part using an electromagnetic field contains a chamber for nitriding the part, a device for supplying reaction gas to said chamber on the workpiece, a heating device and a device for generating an electromagnetic field. Moreover, the device for generating an electromagnetic field is made in the form of a solenoid located around the chamber, which generates a pulsed electromagnetic field with rectangular pulses with the direction of the magnetic induction vector perpendicular to the machined surface of the part inside it.

Камера для азотирования детали может представлять собой керамическую трубку из оксида алюминия Al2O3 диаметром 25 мм, вокруг которой размещен теплоизолятор диаметром 60 мм из вспененного материала SiO2, на котором расположен соленоид, выполненный трехслойным, из медной проволоки диаметром 0,26 мм, в каждом слое которого по 60 витков.The chamber for nitriding the part can be a ceramic tube of aluminum oxide Al 2 O 3 with a diameter of 25 mm, around which a heat insulator with a diameter of 60 mm made of foam material SiO 2 is placed, on which there is a solenoid made of a three-layer, from a copper wire with a diameter of 0.26 mm, each layer of which has 60 turns.

Перечень чертежейList of drawings

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства,In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device,

На фиг. 2 показаны зависимости изменения микротвердости по глубине сравниваемых образцов поверхностей (а - при азотировании без импульсного магнитного поля; b - при азотировании с воздействием импульсного магнитного поля по предлагаемому способу);In FIG. 2 shows the dependences of the change in microhardness along the depth of the compared surface samples (a - when nitriding without a pulsed magnetic field; b - when nitriding with a pulsed magnetic field by the proposed method);

На фиг. 3 показаны фотографии в одном масштабе поперечных шлифов образцов (а - при азотировании без импульсного магнитного поля; b - при азотировании с воздействием импульсного магнитного поля по предлагаемому способу).In FIG. 3 shows photographs in one scale of the transverse sections of the samples (a - when nitriding without a pulsed magnetic field; b - when nitriding with a pulsed magnetic field by the proposed method).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства, включающая следующие позиции: 1 - подача реакционного газа (аммиака); 2 - керамические термосберегающие стенки камеры для ХТО; 3 - теплоизоляция камеры; 4 - теплоэлектронагреватель (ТЭН); 5 - соленоид снаружи вокруг камеры; 6 - обрабатываемая деталь; 7 - выход отработанного газа.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device, including the following items: 1 - supply of reaction gas (ammonia); 2 - ceramic heat-saving walls of the chamber for HTO; 3 - thermal insulation of the camera; 4 - heat electric heater (TEN); 5 - solenoid outside around the chamber; 6 - workpiece; 7 - exhaust gas outlet.

Также обозначены: ИП - источники питания отдельно для запитки ТЭН и для запитки соленоида; В - вектор магнитной индукции.Also indicated: IP - power sources separately for powering the heater and for powering the solenoid; B is the vector of magnetic induction.

Основное отличие предлагаемого способа обработки состоит в том, что ускоренное формирование усиленной диффузионной зоны происходит одновременно под воздействием двух взаимодополняющих факторов: подачи в камеру для азотирования реакционного газа (аммиака) - позиция 1 на фиг. 1, который под воздействием температуры (не менее 500°C), создаваемой ТЭН 4, диссоциирует с образованием ионов азота и приобретает повышенную реакционную способность, и подачи внутри камеры импульсов магнитного поля, которые способствуют ускорению движения и внедрения в поверхность ионов азота и магнитострикционной деформации границ зерен поверхности обрабатываемого материала (детали 6 на фиг. 1), причем вектор магнитной индукции В должен быть направлен перпендикулярно обрабатываемой поверхности (на фиг. 1 это верхний горизонтальный торец детали 6). В более сложных случаях рекомендуется вести обработку с максимально возможным приближением к указанной конфигурации.The main difference of the proposed processing method is that the accelerated formation of an enhanced diffusion zone occurs simultaneously under the influence of two complementary factors: supply of a reaction gas (ammonia) to the chamber for nitriding - position 1 in FIG. 1, which under the influence of temperature (at least 500 ° C) created by the heater 4 dissociates with the formation of nitrogen ions and acquires increased reactivity, and the supply of magnetic field pulses inside the chamber, which accelerate the movement and penetration of nitrogen ions and magnetostrictive deformation into the surface grain boundaries of the surface of the processed material (parts 6 in Fig. 1), and the magnetic induction vector B should be directed perpendicular to the processed surface (in Fig. 1 this is the upper horizontal end Details 6). In more complex cases, it is recommended to carry out processing as close as possible to the specified configuration.

Импульсы магнитного поля должны иметь прямоугольную форму и достаточную длительность для проявления требуемого эффекта воздействия на обрабатываемую поверхность детали. Прямоугольная форма импульса магнитного поля является существенным признаком данного способа, поскольку именно в этом случае создается максимальное (импульсное) ускорение взаимодействующих с магнитным полем частиц в силу вертикального фронта нарастания напряженности поля.The pulses of the magnetic field must have a rectangular shape and a sufficient duration for the manifestation of the desired effect on the workpiece surface. The rectangular shape of the magnetic field pulse is an essential feature of this method, since it is in this case that the maximum (impulse) acceleration of particles interacting with the magnetic field is created due to the vertical front of the increase in field strength.

Экспериментальным путем был установлен следующий близкий к оптимальному режим: амплитуда возбуждающего магнитное поле импульсного напряжения - порядка 4 В, при этом потребляемый ток около 30 мА, соответственно потребляемая сравнительно малая мощность порядка 120 мВт, длительность импульса магнитной индукции - 4·10-3 с, крутизна фронта импульса - порядка 20 нс, периодичность - 12·10-3 с, время комплексной обработки - 2 часа.The following close to optimal mode was established experimentally: the amplitude of the pulsed voltage exciting the magnetic field is about 4 V, while the current consumption is about 30 mA, respectively, the relatively low power consumption is about 120 mW, the magnetic induction pulse is 4 · 10 -3 s, the steepness of the pulse front is about 20 ns, the frequency is 12 · 10 -3 s, the time of complex processing is 2 hours.

Для экспериментальной отработки предлагаемого способа была изготовлена камера для обработки детали может представлять собой керамическую трубку из оксида алюминия Al2O3 диаметром 25 мм, вокруг которой размещен теплоизолятор диаметром 60 мм из вспененного материала SiO2, на котором расположен трехслойный соленоид из медной проволоки диаметром 0,26 мм, в каждом слое по 60 витков.For experimental testing of the proposed method, a chamber for machining a part was manufactured; it could be a ceramic tube of aluminum oxide Al 2 O 3 with a diameter of 25 mm, around which a heat insulator with a diameter of 60 mm made of foamed SiO 2 material was placed, on which a three-layer solenoid made of copper wire with a diameter of 0 , 26 mm, in each layer of 60 turns.

Технический результат проиллюстрирован сравнительными графиками фиг.2 и фотографиями фиг.3. На фиг.2 показаны зависимости изменения микротвердости материала (стали ВКС-7) по глубине образцов, построенные в координатах: по вертикали - микротвердость (HV), по горизонтали - расстояние от поверхности образца в mkm (микроны). Графики: а) - микротвердость при азотировании без включения импульсного магнитного поля соленоида; b) - микротвердость при азотировании с воздействием импульсного магнитного поля. Время обработки в обоих случаях - 2 часа. Технический результат обусловлен ускорением и усилением процесса азотирования при воздействии импульсов магнитного поля и выражается в существенном повышении микротвердости (в среднем около 1,5 раз, что наглядно видно и на фотографиях фиг.3 - при сравнении черных приповерхностных слоев двух сравниваемых образцов) в результате включения в процесс азотирования импульсов сравнительно маломощного магнитного поля.The technical result is illustrated by comparative graphs of figure 2 and photographs of figure 3. Figure 2 shows the dependence of the change in the microhardness of the material (VKS-7 steel) along the depth of the samples, constructed in the coordinates: vertical - microhardness (HV), horizontal - distance from the surface of the sample in mkm (microns). Graphs: a) microhardness during nitriding without switching on the pulsed magnetic field of the solenoid; b) - microhardness during nitriding with the action of a pulsed magnetic field. The processing time in both cases is 2 hours. The technical result is due to the acceleration and intensification of the nitriding process under the influence of magnetic field pulses and is expressed in a significant increase in microhardness (on average about 1.5 times, which is clearly seen in the photographs of figure 3 - when comparing black surface layers of the two compared samples) as a result of inclusion in the process of nitriding pulses of a relatively low-power magnetic field.

Следовательно, сочетание ряда известных признаков, а именно - диффузионного насыщения приповерхностных слоев материала азотом и одновременное воздействие при этом на тот же материал импульсами сравнительно маломощного магнитного поля дает синергетический эффект - существенное дополнительное повышение механических свойств (на примере параметра микротвердости) материала, не достигаемое при использовании данных признаков по отдельности.Therefore, the combination of a number of well-known features, namely, the diffusion saturation of the surface layers of the material with nitrogen and the simultaneous exposure to the same material with pulses of a relatively low-power magnetic field gives a synergistic effect - a significant additional increase in the mechanical properties (for example, microhardness parameter) of the material, which is not achieved at Using these features individually.

Способ может быть использован в составе набора технологических операций при изготовлении деталей машин, например, участвующих в трении скольжения и подверженных от этого интенсивному изнашиванию.The method can be used as part of a set of technological operations in the manufacture of machine parts, for example, involved in sliding friction and subject to intense wear.

Claims (4)

1. Способ азотирования детали с использованием электромагнитного поля, включающий подачу в камеру для азотирования реакционного газа, его нагрев с одновременным генерированием в камере переменного электромагнитного поля, отличающийся тем, что генерирование электромагнитного поля осуществляют посредством соленоида, внутри которого располагают обрабатываемую деталь с направлением вектора магнитной индукции перпендикулярно обрабатываемой поверхности детали и изменением в процессе азотирования его величины с формированием прямоугольных импульсов, длительность и периодичность которых обеспечивают ускорение движения и внедрения ионов азота в обрабатываемую поверхность за счет вертикального фронта нарастания напряженности магнитного поля.1. The method of nitriding a part using an electromagnetic field, comprising supplying a reaction gas to the chamber for nitriding, heating it while generating an alternating electromagnetic field in the chamber, characterized in that the electromagnetic field is generated by a solenoid, inside which the workpiece is placed with the direction of the magnetic vector induction perpendicular to the surface of the workpiece and a change in the process of nitriding of its value with the formation of a straight nyh pulse duration and the frequency of which provide acceleration movement and introduction of nitrogen ions into the surface to be treated due to the rising edge of the vertical magnetic field intensity. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе обработки устанавливают амплитуду возбуждающего магнитное поле импульсного напряжения - 4 В, потребляемый ток - 30 мА, соответственно мощность - 120 мВт, длительность импульса магнитной индукции - 410-3 с, крутизну фронта импульса - 20 нс, периодичность - 12-10-3 с и время обработки - 2 часа.2. The method according to p. 1, characterized in that during the processing, the amplitude of the magnetic field exciting magnetic field is set to 4 V, current consumption is 30 mA, respectively, power is 120 mW, the duration of the magnetic induction pulse is 410 -3 s, the slope of the front pulse - 20 ns, frequency - 12-10 -3 s and processing time - 2 hours. 3. Устройство для азотирования детали с использованием электромагнитного поля, содержащее камеру для азотирования детали, устройство для подачи реакционного газа в упомянутую камеру на обрабатываемую деталь, нагревательное устройство и устройство для генерирования электромагнитного поля, отличающееся тем, что устройство для генерирования электромагнитного поля выполнено в виде расположенного вокруг упомянутой камеры соленоида, обеспечивающего генерирование импульсного электромагнитного поля с прямоугольными импульсами с направлением вектора магнитной индукции перпендикулярно обрабатываемой поверхности находящейся внутри него детали.3. A device for nitriding a part using an electromagnetic field, comprising a chamber for nitriding the part, a device for supplying reaction gas to said chamber on a workpiece, a heating device and a device for generating an electromagnetic field, characterized in that the device for generating an electromagnetic field is made in the form a solenoid located around said chamber, which provides the generation of a pulsed electromagnetic field with rectangular pulses from the direction the vector of magnetic induction perpendicular to the machined surface of the part inside it. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что камера для азотирования детали представляет собой керамическую трубку из оксида алюминия Al2O3 диаметром 25 мм, вокруг которой размещен теплоизолятор диаметром 60 мм из вспененного материала SiO2, на котором расположен соленоид, выполненный трехслойным, из медной проволоки диаметром 0,26 мм, в каждом слое которого по 60 витков. 4. The device according to p. 3, characterized in that the chamber for nitriding the part is a ceramic tube of aluminum oxide Al 2 O 3 with a diameter of 25 mm, around which is placed a heat insulator with a diameter of 60 mm of foam material SiO 2 , on which a solenoid made three-layer, from a copper wire with a diameter of 0.26 mm, in each layer of which 60 turns.
RU2013118077/02A 2013-04-19 2013-04-19 Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses RU2532779C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013118077/02A RU2532779C1 (en) 2013-04-19 2013-04-19 Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013118077/02A RU2532779C1 (en) 2013-04-19 2013-04-19 Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013118077A RU2013118077A (en) 2014-10-27
RU2532779C1 true RU2532779C1 (en) 2014-11-10

Family

ID=53380485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013118077/02A RU2532779C1 (en) 2013-04-19 2013-04-19 Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532779C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755911C1 (en) * 2021-01-12 2021-09-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for low temperature ionic nitrogening of steel parts

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103074A (en) * 1998-02-14 2000-08-15 Phygen, Inc. Cathode arc vapor deposition method and apparatus
RU2168233C2 (en) * 1997-11-26 2001-05-27 Вэйпор Текнолоджиз, Инк. Cathode for spraying or electric-arc evaporation (alternatives) and device for coating or ion-beam implantation of substrates
US6899054B1 (en) * 1999-11-26 2005-05-31 Bardos Ladislav Device for hybrid plasma processing
RU2279496C1 (en) * 2004-11-04 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Triode process for cathode-plasma nitriding of apertured parts
RU2299249C1 (en) * 2005-10-07 2007-05-20 Эдуард Владимирович Соколовский Method for treating machine and mechanism parts by means of pulse electromagnetic field

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168233C2 (en) * 1997-11-26 2001-05-27 Вэйпор Текнолоджиз, Инк. Cathode for spraying or electric-arc evaporation (alternatives) and device for coating or ion-beam implantation of substrates
US6103074A (en) * 1998-02-14 2000-08-15 Phygen, Inc. Cathode arc vapor deposition method and apparatus
US6899054B1 (en) * 1999-11-26 2005-05-31 Bardos Ladislav Device for hybrid plasma processing
RU2279496C1 (en) * 2004-11-04 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Triode process for cathode-plasma nitriding of apertured parts
RU2299249C1 (en) * 2005-10-07 2007-05-20 Эдуард Владимирович Соколовский Method for treating machine and mechanism parts by means of pulse electromagnetic field

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755911C1 (en) * 2021-01-12 2021-09-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for low temperature ionic nitrogening of steel parts

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013118077A (en) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kartal et al. Kinetics of electrochemical boriding of low carbon steel
Ozur et al. Production and application of low-energy, high-current electron beams
Wei et al. Surface modification of 5CrMnMo steel with continuous scanning electron beam process
Belkin et al. Plasma electrolytic hardening of steels
Plotnikova et al. Formation of high-carbon abrasion-resistant surface layers when high-energy heating by high-frequency currents
JP4247916B2 (en) Microwave carburizing furnace and carburizing method
Plotnikova et al. Perspective of high energy heating implementation for steel surface saturation with carbon
Georges et al. Active screen plasma nitriding
RU2532779C1 (en) Method and device for accelerated nitration of machined parts by electromagnetic field pulses
Vu et al. Surface saturation with carbon using plasma arc and graphite coating
Özbek et al. Surface properties of M2 steel treated by pulse plasma technique
Zhao et al. Intense pulsed ion beam sources for industrial applications
Jong-Do et al. Laser transformation hardening on rod-shaped carbon steel by Gaussian beam
WO2020189195A1 (en) Plasma nitridization method
RU2478141C2 (en) Modification method of material surface by plasma treatment
Balanovsky et al. Plasma carburizing with surface micro-melting
RU2486281C1 (en) Method for surface modification of structural materials and details
RU2560493C2 (en) Plasma thermal processing of article surface layer
RU2711067C1 (en) Method of ion nitriding in crossed electric and magnetic fields
Kuznetsov Vacuum-arc hardening of metals surface
Lopatin et al. AISI 5140 steel nitriding in a plasma of a non-self-sustaining arc discharge with a thermionic cathode under the pulse action of ions
Denisov et al. Pulsed non-self-sustained glow discharge with a large-area hollow cathode for nitriding of iron-based alloys
Ganguli High density plasma beam source for nitriding
Naz et al. Surface morphology and mechanical strength of AISI M2 tool steel treated in abnormal glow region of plasma
EP2369028B1 (en) Method for nitriding metal alloys and device for carrying out said method

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170411