RU2599950C1 - Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей - Google Patents
Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599950C1 RU2599950C1 RU2015120919/02A RU2015120919A RU2599950C1 RU 2599950 C1 RU2599950 C1 RU 2599950C1 RU 2015120919/02 A RU2015120919/02 A RU 2015120919/02A RU 2015120919 A RU2015120919 A RU 2015120919A RU 2599950 C1 RU2599950 C1 RU 2599950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- ion
- nitrogen
- plasma
- plasma nitriding
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding
- C23C8/38—Treatment of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/22—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for drills; for milling cutters; for machine cutting tools
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/48—Ion implantation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм. 2 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей.
Известен способ ионно-плазменного азотирования инструмента из быстрорежущей стали, включающий размещение инструмента в установку для ионного азотирования и осуществление азотирования при 400-500°C в течение 5-120 мин до формирования слоя толщиной 5-200 мкм (RU 2013464, 30.05.1994) /1/.
Известен способ азотирования деталей из конструкционных легированных сталей, включающий высокотемпературное ионное азотирование при температуре выше Ac3, закалку с температуры полного растворения нитридных фаз, отпуск и дополнительное ионное азотирование при температуре 500°C на глубину не менее глубины деазотированного слоя с получением азотированного слоя глубиной до 1,4 мм за суммарное время обработки порядка 25 часов (RU 2058421 С1, 20.04.1996) /2/.
Наиболее близким аналогом принимается известный способ ионно-плазменного азотирования инструмента из быстрорежущей стали, включающий нагрев изделий в вакууме до 500-540°C в плазме смеси газов азота, аргона и ацетилена повышенной плотности в течение 3-5 ч и дополнительный нагрев до 900-1000°C, выдержку и охлаждение в потоке гелия для осуществления закалки изделия (RU 2409700 C1, 20.01.2011) /3/.
Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение глубины азотированного слоя за короткий промежуток времени, повышение суммарной износостойкости перетачиваемого инструмента за счет заданной глубины упрочненного азотированного слоя.
Технический результат достигается тем, что в способе ионно-плазменного азотирования инструмента из инструментальной стали, включающий размещение предварительно отожженного инструмента в вакуумной камере, его нагрев в газовой среде до заданной температуры и ионно-плазменное азотирование, отличающемся тем, что предварительно отожженный инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450°C и не выше Ac1(50÷70)°C, с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота, с концентрацией азота не менее 20%, двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5 А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5÷2 ч, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.
В результате получается азотированный слой со структурой азотистого мартенсита и небольшим количеством нитридной фазы, обладающий повышенной твердостью, теплостойкостью и износостойкостью, глубиной до 2,5 мм за короткое время выдержки без существенного усложнения процесса химико-термической обработки.
Осуществление изобретения
Пример 1
Азотирование проводят на установке с двухступенчатым вакуумно-дуговым разрядом. Особенностью установки является высокая эмиссионная способность плазмы, которая обеспечивает эффективный нагрев, очистку и высокую скорость диффузии азота в поверхностный слой /4/. Инструмент, изготовленный из отожженной легированной инструментальной стали ХВГ, помещали в вакуумную камеру установки. Инструмент нагревают до 590°C в среде аргона при давлении 0,4 Па, при этом происходит ионная очистка поверхности. Ионно-плазменное азотирование проводят при 590°C в течение 1 ч в среде газов азота 45% и аргона 55% при токе дуги Iд=100 А и токе дополнительного анода Iда=90 А, на стол с деталью подают напряжение смещения U=-800 B. Инструмент охлаждают до комнатной температуры в вакуумной камере и проводят стандартную термическую обработку для этой стали: выдержка в соляной ванне в течение 2 мин при температуре 850°C (время выдержки в соляной ванне зависит от размеров инструмента), охлаждение в масле и отпуск при 160°C - 1 ч. В результате получают азотированный слой со структурой азотистого мартенсита и небольшим количеством нитридной фазы, обладающий повышенной твердостью 9300 МПа, теплостойкостью и износостойкостью, глубиной более 2 мм.
Пример 2
Азотирование проводят на установке с двухступенчатым вакуумно-дуговым разрядом. Инструмент, изготовленный из отожженной заготовки легированной инструментальной быстрорежущей стали Р6М5, помещают в вакуумную камеру. Инструмент нагревают до 650°C в среде аргона при давлении 0,4 Па, при этом происходит ионная очистка поверхности. Ионно-плазменное азотирование проводят при 650°C в среде чистого азота (100%) в течение 1 ч при токе дуги Iд=80 А и токе дополнительного анода Iда=75 А, на стол с деталью подают напряжение смещения U=-700B. Деталь охлаждают до комнатной температуры и проводят стандартную термическую обработку для этой стали: выдержка в соляной ванне в течение 4 мин при температуре 1220°C, охлаждение в масле и трехкратный отпуск при 560°C по 1 ч каждый. В результате общая глубина азотированного слоя составила более 2 мм с максимальной твердостью 9500 МПа.
Были проведены испытания перетачиваемого инструмента в виде токарных пластин из быстрорежущей стали марки Р6М5. Испытания на стойкость при точении конструкционной стали 45 проводились на скорости 90 м/мин с подачей 0,15 мм/об, глубиной резания 0,275 мм без охлаждения и показали повышение суммарной стойкости инструмента (включая повышение стойкости до переточки) в результате переточки на глубину 0,8 мм по передней поверхности, а по задней поверхности на глубину 0,2 мм, более чем в 4 раза по сравнению с неазотированными пластинами. Глубина азотированного слоя после финишного шлифования на 0,35 мм составила 1,7 мм с максимальным значением микротвердости 9600 МПа.
Источники информации
1. Григорьев С.Н., патент №2036245, «Способ химико-термической обработки изделий ионно-плазменным методом в среде реакционного газа».
2. Герасимов С.Α., Карпухин С.Д, Елисеев Э.А., и др., патент №2058421, «Способ азотирования деталей из конструкционных легированных сталей».
3. Григорьев C.H., Волосова М.А., Климов В.Н. «Модификация поверхности режущего инструмента из быстрорежущей стали путем вакуумно-плазменной обработки. Физика и химия обработки материалов. 2005. №5, с. 11-18.
4. Будилов В.В., Киреев P.M., Рамазанов К.Н., Вафин Р.К., патент №2409700, «Способ азотирования в плазме тлеющего разряда».
Claims (1)
- Способ ионно-плазменного азотирования инструмента из легированной инструментальной стали, включающий размещение инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, в вакуумной камере, его нагрев в газовой среде до заданной температуры, ионно-плазменное азотирование, охлаждение и термическую обработку, отличающийся тем, что нагрев инструмента в вакуумной камере осуществляют в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом силу тока дуги устанавливают (80-100)±0,5А, а силу тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в вакуумной камере, а термическую обработку проводят путем закалки и отпуска с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120919/02A RU2599950C1 (ru) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015120919/02A RU2599950C1 (ru) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2599950C1 true RU2599950C1 (ru) | 2016-10-20 |
Family
ID=57138408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015120919/02A RU2599950C1 (ru) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2599950C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112447483A (zh) * | 2019-08-30 | 2021-03-05 | 玛特森技术公司 | 用于处理工件的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1790625A3 (ru) * | 1990-12-04 | 1993-01-23 | Фуkc-Paбиhobич Гepmah Cиmohobич | Cпocoб xиmиko-tepmичeckoй oбpaбotkи |
| SU1466260A1 (ru) * | 1986-08-04 | 1996-01-10 | Л.П. Саблев | Устройство для обработки подложек в вакууме |
| RU2409700C1 (ru) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ азотирования в плазме тлеющего разряда |
| RU2413033C2 (ru) * | 2009-01-11 | 2011-02-27 | Государственное учреждение Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук | Способ плазменного азотирования изделия из стали или из цветного сплава |
| EP2369028A1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-28 | Asociacion de la Industria Navarra (AIN) | Method for nitriding metal alloys and device for carrying out said method |
| RU2464355C1 (ru) * | 2011-04-19 | 2012-10-20 | Белорусский Государственный Университет (Бгу) | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов |
-
2015
- 2015-06-02 RU RU2015120919/02A patent/RU2599950C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1466260A1 (ru) * | 1986-08-04 | 1996-01-10 | Л.П. Саблев | Устройство для обработки подложек в вакууме |
| SU1790625A3 (ru) * | 1990-12-04 | 1993-01-23 | Фуkc-Paбиhobич Гepmah Cиmohobич | Cпocoб xиmиko-tepmичeckoй oбpaбotkи |
| RU2413033C2 (ru) * | 2009-01-11 | 2011-02-27 | Государственное учреждение Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук | Способ плазменного азотирования изделия из стали или из цветного сплава |
| RU2409700C1 (ru) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ азотирования в плазме тлеющего разряда |
| EP2369028A1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-28 | Asociacion de la Industria Navarra (AIN) | Method for nitriding metal alloys and device for carrying out said method |
| RU2464355C1 (ru) * | 2011-04-19 | 2012-10-20 | Белорусский Государственный Университет (Бгу) | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112447483A (zh) * | 2019-08-30 | 2021-03-05 | 玛特森技术公司 | 用于处理工件的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gunes | Wear behaviour of plasma paste boronized of AISI 8620 steel with borax and B2O3 paste mixtures | |
| JPS59140372A (ja) | 周期的系の第４，第５又は第６の副群の要素より成る構成部分の中に硬い層を形成するための方法 | |
| Roliński | Plasma-assisted nitriding and nitrocarburizing of steel and other ferrous alloys | |
| RU2418096C2 (ru) | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании | |
| RU2532777C1 (ru) | Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей | |
| RU2599950C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей | |
| RU2419676C1 (ru) | Способ ионно-вакуумного азотирования длинномерной стальной детали в тлеющем разряде | |
| RU2590433C1 (ru) | Способ повышения износостойкости изделий из твердых сплавов | |
| RU2562185C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме | |
| RU2291227C1 (ru) | Способ упрочнения поверхностного слоя деталей из конструкционных сталей | |
| Ahmadi et al. | Comparison of auxiliary cathode and conventional plasma nitriding of gamma-TiAl alloy | |
| RU2409699C1 (ru) | Способ создания неоднородной структуры материала при азотировании в тлеющем разряде | |
| RU2633867C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов | |
| RU2558320C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме | |
| CN106399916B (zh) | 一种钛合金刀具的表面改性方法 | |
| RU2413793C2 (ru) | Способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали | |
| RU2634400C1 (ru) | Способ ионного азотирования режущего инструмента из легированной стали | |
| RU2611003C1 (ru) | Способ ионного азотирования титановых сплавов | |
| RU2559606C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из легированной стали | |
| RU2562187C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде | |
| RU2671026C1 (ru) | Способ комбинированного плазменного упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов | |
| JP2005068491A (ja) | チタン材の表面硬化処理方法 | |
| Ivanov et al. | Borosulfocarbonitriding of cutting tools in electrolyte plasma | |
| RU2789642C1 (ru) | Способ химико-термической обработки твердосплавных пластин | |
| RU2605394C1 (ru) | Способ химико-термической обработки детали из сплава на основе кобальта |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170603 |