RU2611607C2 - Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов - Google Patents
Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611607C2 RU2611607C2 RU2015125251A RU2015125251A RU2611607C2 RU 2611607 C2 RU2611607 C2 RU 2611607C2 RU 2015125251 A RU2015125251 A RU 2015125251A RU 2015125251 A RU2015125251 A RU 2015125251A RU 2611607 C2 RU2611607 C2 RU 2611607C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitriding
- items
- glow discharge
- high density
- titanium alloy
- 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
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области плазменной химико-термической обработки поверхности деталей и может быть использовано в авиадвигателестроении. Способ азотирования изделий из титанового сплава в тлеющем разряде включает вакуумный нагрев изделий из титанового сплава в тлеющем разряде в плазме азота повышенной плотности. Плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, а азотирование упомянутых изделий выполняют в смеси газов N2 50%÷60% + Ar 50÷40% при давлении 40 Па и нагреве изделий до температуры 700÷730°С с выдержкой в течение 2-3 часов. Затем осуществляют восстановительный отжиг при 800÷830°С в аргоне с выдержкой в течение 30 мин, после чего изделия охлаждают в вакууме. Обеспечивается интенсификация процесса азотирования, формирование развитого нитридного диффузионного слоя, повышающего циклическую усталость. 1 пр.
Description
Изобретение относится к области плазменной химико-термической обработки поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении для повышения усталостных свойств деталей, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования.
Известен способ (патент РФ №2318077, С23С 8/06, 04.07.2006) поверхностного упрочнения изделий из титана и титановых сплавов, который проводят при помощи термообработки. Термообработку проводят в активной газовой среде. Затем осуществляют частичное удаление газонасыщенного слоя, обладающего повышенной хрупкостью, травлением. Глубину зоны, обладающей повышенной хрупкостью, определяют по формуле, также глубина может быть определена по среднему расстоянию между трещинами, образующимися в газонасыщенном слое при разрушении образца изгибом.
Недостатками данного способа являются необходимость снятия зоны повышенной хрупкости, возможность удаления неохрупченного слоя.
Известен способ (патент РФ №2479667, С23С 14/48, 31.05.2011) ионно-имплантационной обработки деталей из титановых сплавов, включающий ионную очистку ионами аргона и ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота.
Недостатками известного способа являются сложность оборудования и его высокая стоимость, низкая толщина упрочненного слоя.
Известен способ (патент РФ №2365671, С23С 8/80, 06.12.2007) упрочнения титановых сплавов в газовой среде, в частности, при изготовлении деталей, работающих при циклических нагрузках, включающий высокотемпературное азотирование при 700-750°C с последующим восстановительным отжигом в аргоне при температуре, превышающей температуру азотирования на 100-150°С, время отжига вычисляют по формуле:
τотж=0,75⋅(Kазот/Kp)⋅exp(Ep/RTотж-Eазот/RTазот)⋅τазот,
где Kазот, Kp - эмпирические коэффициенты, учитывающие соответственно скорость образования и скорость растворения нитридного газонасыщенного слоя, мкм2/сек;
Еазот - энергия активации процесса, контролирующего повышение концентрации азота в охрупченном азотированием слое, Дж/моль;
Ер - энергия активации процесса, контролирующего понижение концентрации азота в охрупченном азотированием слое, Дж/моль;
R - газовая постоянная, Дж/K⋅моль;
Тазот - температура азотирования, K;
Тотж - температура восстановительного отжига, К;
τазот - время азотирования, сек.
Недостатками аналога являются малая толщина упрочненного слоя, нестабильность результатов, образование оксидной пленки.
Известен способ (патент РФ №2276201, С23С 8/36, 10.05.2008) азотирования изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода, включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет создания эффекта полого катода.
К недостаткам можно отнести внедрение материала сетки, распыляемого в процессе азотирования, в обрабатываемый материал.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому, является способ (патент РФ №2409700, С23С 8/36, 30.6.2009) обработки стальных изделий, включающий азотирование в тлеющем разряде, для осуществления которого проводят вакуумный нагрев изделий в плазме азота повышенной плотности и закалку.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности азотирования титановых сплавов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является интенсификация процесса азотирования, повышение циклической усталости.
Техническим результатом является формирование развитого диффузионного слоя, повышающего циклическую усталость.
Задача решается, а технический результат достигается за счет использования способа азотирования изделий из титанового сплава в тлеющем разряде, включающий вакуумный нагрев изделий из титанового сплава в плазме азота повышенной плотности тлеющего разряда, отличающийся тем, что плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, а азотирование упомянутых изделий выполняют в смеси газов N2 50%÷60% + Ar 50÷40% при давлении 40 Па и нагреве деталей до температуры 700÷730°С с выдержкой в течение 2-3 часов, после чего осуществляют восстановительный отжиг при 800÷830°С в аргоне с выдержкой в течение 30 мин, а затем детали охлаждают в вакууме.
Для эффективной диффузии азота проводится высокотемпературное (700-730°С) азотирование.
Последующий восстановительный диффузионный отжиг в аргоне понижает концентрацию азота в поверхностных слоях, что повышает пластичность сплава.
Пример конкретной реализации способа
В вакуумной камере устанавливают обрабатываемые детали в область локализации разряда, например лопатки компрессора из сплава ВТ6. После откачивания воздуха камеру продувают Ar до давления 1000 Па, затем в камере создают давление, равное 10÷15 Па. На электроды подают напряжение 900÷1100 В, при этом происходит катодное распыление. После 5÷10 мин в камеру подают смесь газов (N2 50%÷60% + Ar 50÷40%) до рабочего давления 40 Па и прогревают детали до температуры 700÷730°С, затем осуществляют выдержку в течение 2÷3 часов, после чего осуществляют смену смеси на Ar и повышают температуру до 800÷830°С. После выдержки в течение 30 мин детали медленно охлаждают в вакууме.
Вследствие протекания процесса при температурах 700÷730°С для магнитов требуется охлаждение, так как температура Кюри составляет около 300-350°С.
Необходимо отметить следующие преимущества заявленного способа: высокая технологичность процесса, экологическая чистота процесса за счет отсутствия вредных производственных выбросов в атмосферу, простота схемы обработки, не требующая проектирования специальных приспособлений и сравнительно невысокая стоимость оборудования.
Claims (1)
- Способ азотирования изделий из титанового сплава в тлеющем разряде, включающий вакуумный нагрев изделий из титанового сплава в тлеющем разряде в плазме азота повышенной плотности, отличающийся тем, что плазму азота повышенной плотности формируют в кольцевой области вращения электронов, захваченных магнитным полем, а азотирование упомянутых изделий выполняют в смеси газов N2 50%÷60% + Ar 50÷40% при давлении 40 Па и нагреве изделий до температуры 700÷730°С с выдержкой в течение 2-3 часов, после чего осуществляют восстановительный отжиг при 800÷830°С в аргоне с выдержкой в течение 30 мин, а затем изделия охлаждают в вакууме.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015125251A RU2611607C2 (ru) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015125251A RU2611607C2 (ru) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015125251A RU2015125251A (ru) | 2017-01-10 |
| RU2611607C2 true RU2611607C2 (ru) | 2017-02-28 |
Family
ID=57955714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015125251A RU2611607C2 (ru) | 2015-06-25 | 2015-06-25 | Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611607C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5443663A (en) * | 1992-06-30 | 1995-08-22 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Plasma nitrided titanium and titanium alloy products |
| RU2318077C1 (ru) * | 2006-07-04 | 2008-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ поверхностного упрочнения изделий из титана и титановых сплавов |
| RU2418096C2 (ru) * | 2009-06-29 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании |
| RU2464355C1 (ru) * | 2011-04-19 | 2012-10-20 | Белорусский Государственный Университет (Бгу) | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов |
| EP2860285A1 (en) * | 2013-10-14 | 2015-04-15 | Rigas Tehniska universitate | Method for increasing heat resistance of metallic articles |
-
2015
- 2015-06-25 RU RU2015125251A patent/RU2611607C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5443663A (en) * | 1992-06-30 | 1995-08-22 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Plasma nitrided titanium and titanium alloy products |
| RU2318077C1 (ru) * | 2006-07-04 | 2008-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ поверхностного упрочнения изделий из титана и титановых сплавов |
| RU2418096C2 (ru) * | 2009-06-29 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании |
| RU2464355C1 (ru) * | 2011-04-19 | 2012-10-20 | Белорусский Государственный Университет (Бгу) | Способ упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов |
| EP2860285A1 (en) * | 2013-10-14 | 2015-04-15 | Rigas Tehniska universitate | Method for increasing heat resistance of metallic articles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015125251A (ru) | 2017-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2418096C2 (ru) | Способ создания макронеоднородной структуры материала при азотировании | |
| RU2660502C1 (ru) | Способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия | |
| RU2554828C2 (ru) | Способ нанесения защитного покрытия на поверхность стального изделия | |
| RU2562185C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме | |
| RU2611607C2 (ru) | Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов | |
| RU2633867C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов | |
| RU2558320C1 (ru) | Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме | |
| RU2409700C1 (ru) | Способ азотирования в плазме тлеющего разряда | |
| RU2549813C1 (ru) | Способ формирования жаростойкого нанокомпозитного покрытия на поверхности изделий из жаропрочных никелевых сплавов. | |
| RU2418095C2 (ru) | Способ вакуумного ионно-плазменного азотирования изделий из стали | |
| RU2611003C1 (ru) | Способ ионного азотирования титановых сплавов | |
| RU2409701C2 (ru) | Способ нанесения керамического покрытия | |
| RU2611251C2 (ru) | Способ азотирования в плазме повышенной плотности | |
| RU2654161C1 (ru) | Способ локального ионного азотирования стальных изделий в тлеющем разряде с магнитным полем | |
| RU2625864C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле | |
| RU2640703C2 (ru) | Способ локальной обработки стального изделия при ионном азотировании в магнитном поле | |
| RU2562187C1 (ru) | Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде | |
| RU2662518C2 (ru) | Способ создания макронеоднородной структуры на поверхности материалов | |
| RU2625518C2 (ru) | Способ азотирования титановых сплавов в тлеющем разряде | |
| RU2664106C2 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей | |
| RU2671026C1 (ru) | Способ комбинированного плазменного упрочнения поверхности изделий из титановых сплавов | |
| RU2413784C1 (ru) | Способ ионного азотирования стали | |
| RU2515714C1 (ru) | Способ нанесения нанокомпозитного покрытия на поверхность стального изделия | |
| RU2599950C1 (ru) | Способ ионно-плазменного азотирования деталей из инструментальных сталей | |
| RU2634400C1 (ru) | Способ ионного азотирования режущего инструмента из легированной стали |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190626 |