RU2700437C1 - Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов - Google Patents
Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700437C1 RU2700437C1 RU2019120650A RU2019120650A RU2700437C1 RU 2700437 C1 RU2700437 C1 RU 2700437C1 RU 2019120650 A RU2019120650 A RU 2019120650A RU 2019120650 A RU2019120650 A RU 2019120650A RU 2700437 C1 RU2700437 C1 RU 2700437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- temperature
- vacuum
- nitrogen
- layer
- Prior art date
Links
Images
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
- C23C8/28—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 more than one element being applied in one step
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 машиностроению, в частности к упрочнению поверхностей деталей из сплавов на основе титана. Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов включает оксидирование и азотирование, при этом насыщение поверхности кислородом и азотом проводят в атмосфере воздуха с добавлением азота при давлении 1×10-2 - 1×10-1 мм рт.ст. и при температуре 690-710°С. Обеспечивается повышение твердости поверхностного слоя деталей с сохранением допустимых размеров. 1 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности, к упрочнению поверхностей деталей из сплавов на основе титана путем вакуумного оксидирования.
Известен способ химико-термической обработки изделий из титановых сплавов по а.с. №926955, С23С 8/10, 2015. Способ применим для α + β и β-сплавов. Способ включает диффузионное насыщение в атмосфере разреженного воздуха и охлаждение. Насыщение изделий проводят при температуре 1100 - 1150°С, при остаточном давлении 1×10-2 - 3×10-2 мм.рт.ст., а охлаждение осуществляют со скоростью 80 - 120°С/ч. Недостатком является невозможность применения способа для обработки готовых деталей из-за значительного изменения линейных размеров готовых деталей в результате высокотемпературного нагрева.
Известен способ оксидирования титановых сплавов по а.с. № 816195, С23С 8/10, 2006. Способ включает нагрев, выдержку и охлаждение в условиях вакуума. Нагрев проводят при максимальной температуре в /α + β/ области, но на 20 - 40°С ниже температуры α+β→β перехода в вакууме 2×10-3 - 5×10-3 мм.рт.ст. Выдержку ведут в течение 50 - 60 мин, в вакууме 2×10-2 - 8×10-3 мм.рт.ст. Охлаждение осуществляют со скоростью 400 - 470°С/ч в вакууме 2×10-3 - 5×10-3 мм.рт.ст. Недостатком является большая толщина защитного слоя.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран способ химико-термической обработки сплавов на основе титана по а.с. № 1295775, С23С 8/34, 2013. Способ включает оксидирование при температуре 800 - 850°С в вакууме 3×10-1 - 3×10-4 мм.рт.ст. После оксидирования проводят дополнительно азотирование при температуре ниже температуры α+β→β превращения. Недостатком способа является сложность его применения для создания упрочняющего слоя на поверхности уже готовых деталей, прошедших механическую обработку. При повышенных температурах оксидирования, и температурах азотирования, близких к границе α+β→β превращения происходит коробление деталей, т.е. изменение их линейных размеров, выходящее за пределы допусков.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение физико-механических свойств деталей из титановых сплавов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение твердости поверхностного слоя деталей из титановых сплавов с сохранением их допустимых размеров.
Технический результат достигается за счет того, что в способе химико-термической обработки деталей из титановых сплавов, включающем оксидирование и азотирование, согласно изобретению, насыщение поверхности кислородом и азотом проводят в атмосфере воздуха с добавлением азота при давлении 1×10-1 - 1×10-2 мм.рт.ст. и при температуре 690 - 710°С
Технический результат обеспечивается тем, что при изготовлении деталей из титановых сплавов с заданными параметрами поверхностного упрочняющего слоя оксидирование проводят в вакууме с добавлением азота при температуре 690 - 710°С. Экспериментально установлено, что при данных температурах на деталях, прошедших стадию окончательной механической обработки получают упрочнённый слой заданной глубины и заданной твёрдости. При этом отсутствует коробление деталей, изменение их размеров, выходящее за пределы установленных допусков. При температуре азотирования ниже 690°С увеличивается длительность процесса образования упрочняющего слоя. При давлении вакуумирования выше, чем 1×10-1 мм.рт.ст. во время насыщения поверхности детали азотом на поверхности детали образуются нитриды титана, обладающие твёрдостью выше заданной и препятствующие диффузии упрочняющих элементов вглубь основного материала. При этом глубина упрочнённого слоя может оказаться ниже заданного значения. При понижении давления ниже 1×10-2 мм.рт.ст. значительно замедляется скорость насыщения азотом и кислородом диффузного слоя. Таким образом, указанный режим процесса позволяет повысить качество деталей за счет упрочнения их поверхности до необходимого значения твердости при изменении размеров деталей в пределах заданных допусков.
На чертеже представлена схема установки для химико-термической обработки деталей из титановых сплавов
Для вакуумного оксидирования применяют установку, содержащую баллон с азотом 1, газовый редуктор 2, вентиль 3, вакуумную печь 4, вакуумный насос 5.
Способ осуществляют следующим образом.
В вакуумную печь 4 загружают приспособление с деталями, прошедшими механическую обработку и подлежащими оксидированию и азотированию. Вакуумным насосом 5 откачивают воздух до остаточного давления 1×10-3 мм.рт.ст., далее производят нагрев до температуры 700±10°C, выдерживают детали в печи в течение одного часа при давлении не более 1×10-3 мм.рт.ст. Во время выдержки происходит очищение поверхностей деталей от загрязняющих окислов. Далее через газовый редуктор 2 и вентиль 3 в вакуумную печь 4 подают азот из баллона 1 до поднятия давления в печи 4 до значения в 1×10-2 - 1×10-1 мм.рт.ст. Проводят насыщение поверхностей деталей при температуре 700±10°С. В зависимости от необходимой толщины упрочнённого слоя выбирают время выдержки от 16 до 25 часов. Давление в печи 4 контролируют с помощью манометра или наблюдением за расходом подаваемого азота. После окончания выдержки детали охлаждают в азоте, аргоне или в вакууме до температуры близкой к 100°С. В результате процесса на поверхности деталей получают упрочнённый диффузионный слой глубиной 0,015 - 0,040 мм и твердостью не менее 420 HV. При указанных значениях температуры и давления процесса значения твердости слоя по Виккерсу в среднем составляют 580 - 700 HV. Ниже поверхностного диффузионного слоя, в районе сердцевины твердость деталей составляет 250 - 300HV. После получения на поверхности детали упрочнённого слоя, содержащего в основном, атомы кислорода и азота, происходит незначительное изменение линейных размеров деталей в результате их нагрева. Но при указанных выше, экспериментально определенных значениях температуры и давления, изменения линейных размеров деталей не превышают границы допусков, установленных для размеров деталей. Оптимальной температурой процесса азотирования является температура 700°С. При поднятии температуры выше 710°С размеры деталей после азотирования будут выходить за предельные значения допуска, что является недопустимым для деталей, прошедших окончательную механическую обработку. При падении температуры ниже 690°С необоснованно увеличится длительность процесса азотирования. Оптимальное значение давления вакуумирования находится в пределах 10-1 - 10-2 мм.рт.ст., при повышении давления на поверхности деталей образуются нитриды титана, препятствующие диффузии при понижении давления падает скорость насыщения поверхностного слоя упрочняющими элементами.
Пример осуществления способа.
Детали, имеющие после механической обработки значение допуска 0,025 мм для внутреннего диаметра 50 мм, загрузили в вакуумную печь 4, выдержали при температуре 700°С и остаточном давлении 0,001 мм.рт.ст. в течение 60 минут. Далее повысили давление вакуумирования до 0,02 мм.рт.ст., подали внутрь печи 4 азот из баллона 1 и провели выдержку в течение 20 часов при температуре 700°С. Охладили детали в вакууме до 100°С и провели контроль упрочненного слоя на поверхности деталей. Измерения показали, что твердость слоя на поверхности детали составила 650 HV, глубина слоя - 0,040 мм, диаметр детали изменился на 0,007 мм. Данное изменение попадает в допуск 0,025мм.
Пример 2
Детали «Тяга», имеющие после механической обработки значение допуска 0,043 мм для внутреннего диаметра 13 мм, загрузили в вакуумную печь 4, выдержали при температуре 700°С и остаточном давлении 0,001 мм.рт.ст. в течение 60 минут. Далее повысили давление вакуумирования до 0,03 мм.рт.ст., подали в печь 4 азот из баллона 1 и провели выдержку в течение 20 часов при температуре 700°С. Охладили детали в вакууме до 100°С и провели контроль упрочненного слоя на поверхности деталей. Измерения показали, что твердость слоя на поверхности детали составила 650 HV, глубина слоя - 0,040 мм, диаметр детали изменился на 0,004 мм. Диаметр попадает в допуск 0,043мм.
Пример 3
Детали «Кронштейн», имеющие после механической обработки значение допуска 0,018 мм для внутреннего диаметра 16 мм, загрузили в вакуумную печь 4, выдержали при температуре 700°С и остаточном давлении 0,001 мм.рт.ст. в течение 60 минут. Далее повысили давление вакуумирования до 0,03 мм.рт.ст., подали в печь 4 азот из баллона 1 и провели выдержку в течение 20 часов при температуре 700°С. Охладили детали в вакууме до 100°С и провели контроль упрочненного слоя на поверхности деталей. Измерения показали, что твердость слоя на поверхности детали составила 650 HV, глубина слоя - 0,040 мм, диаметр детали изменился на 0,004 мм. Диаметр попадает в допуск 0,018 мм.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить качество изготовления деталей из титановых сплавов с упрочненным поверхностным слоем за счет обеспечения необходимых характеристик слоя и за счет выдержки размеров деталей в пределах их допусков.
Claims (1)
- Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов, включающий оксидирование и азотирование, отличающийся тем, что насыщение поверхности кислородом и азотом проводят в атмосфере воздуха с добавлением азота при давлении 1×10-2 - 1×10-1 мм рт.ст. и при температуре 690-710°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120650A RU2700437C1 (ru) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120650A RU2700437C1 (ru) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700437C1 true RU2700437C1 (ru) | 2019-09-17 |
Family
ID=67989577
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120650A RU2700437C1 (ru) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700437C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU411169A1 (ru) * | 1971-11-11 | 1974-01-15 | ||
US6221173B1 (en) * | 1996-03-26 | 2001-04-24 | Citizen Watch Co., Ltd. | Titanium or titanium alloy member and surface treatment method therefor |
EP2103707B1 (en) * | 2008-03-20 | 2011-11-16 | Minebea Co. Ltd. | An aerospace bearing component |
SU1295775A1 (ru) * | 1985-01-07 | 2013-11-27 | Физико-технический институт АН БССР | Способ химико-термической обработки сплавов на основе титана |
-
2019
- 2019-07-03 RU RU2019120650A patent/RU2700437C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU411169A1 (ru) * | 1971-11-11 | 1974-01-15 | ||
SU1295775A1 (ru) * | 1985-01-07 | 2013-11-27 | Физико-технический институт АН БССР | Способ химико-термической обработки сплавов на основе титана |
US6221173B1 (en) * | 1996-03-26 | 2001-04-24 | Citizen Watch Co., Ltd. | Titanium or titanium alloy member and surface treatment method therefor |
EP2103707B1 (en) * | 2008-03-20 | 2011-11-16 | Minebea Co. Ltd. | An aerospace bearing component |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2550621C (en) | Method for carburizing steel components | |
US10094014B2 (en) | Nitriding method and nitrided part production method | |
JP6378189B2 (ja) | 鋼部材の窒化処理方法 | |
GB2315079A (en) | Ion nitriding surface treatment of rolling element bearing steels | |
US20100058592A1 (en) | Method for hardening running surfaces of roller bearing components | |
CN103540945B (zh) | 薄壁零件氮化变形控制方法 | |
RU2700437C1 (ru) | Способ химико-термической обработки деталей из титановых сплавов | |
JP2022133587A (ja) | ショットピーニング方法 | |
WO2014128984A1 (ja) | 成膜方法 | |
JP2009041063A (ja) | 温熱間成形用金型のガス窒化処理方法およびそれによって得られた温熱間成形用金型 | |
EP2154263A1 (en) | Case hardening titanium and its alloys | |
KR101738503B1 (ko) | 냉간가공 제품 변형 저감 열처리 방법 | |
CN106342097B (zh) | 32Cr3MoVE材料深层渗氮方法 | |
CN109154040B (zh) | 包含钛金属的工件的处理方法和物品 | |
WO2022044392A1 (ja) | 摺動部材及びその製造方法 | |
JP2015113509A (ja) | 鉄系金属部品の製造方法 | |
JP6565842B2 (ja) | フェライト系ステンレス鋼製品の製造方法 | |
KR102293648B1 (ko) | 강 부품의 저변형 열처리방법 | |
Jeong et al. | Effect of Thermo-Chemical Treatment Conditions on Surface Hardening of CP Titanium | |
JP3327386B2 (ja) | 油圧ポンプ・モータのシリンダブロックの製造方法 | |
WO2022176397A1 (ja) | 摺動部材並びにその製造方法及び製造装置 | |
KR101714016B1 (ko) | 자동변속기 동력전달 스퍼기어 또는 핼리컬기어류의 표면경화처리 방법 | |
Wadkar et al. | Simulation of Low Pressure Carburizing and Low Pressure Oil Quenching Process using ABAQUS for Finding Distortions in Component | |
GB2521220A (en) | Process for treating steel components | |
KR100250220B1 (ko) | 철강 부품의 플라즈마 확산질화 다단계 편차처리 방법 |