RU2793172C1 - Способ ионного азотирования тонколистовых изделий с ультрамелкозернистой структурой в магнитном поле - Google Patents
Способ ионного азотирования тонколистовых изделий с ультрамелкозернистой структурой в магнитном поле Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793172C1 RU2793172C1 RU2021100440A RU2021100440A RU2793172C1 RU 2793172 C1 RU2793172 C1 RU 2793172C1 RU 2021100440 A RU2021100440 A RU 2021100440A RU 2021100440 A RU2021100440 A RU 2021100440A RU 2793172 C1 RU2793172 C1 RU 2793172C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitration
- magnetic field
- product
- grained structure
- ultra
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 title abstract 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000036470 plasma concentration Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 8
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 chromium nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности тонколистовых изделий, изготовленных из быстрорежущей стали, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования. Способ обработки тонколистового стального изделия с ультрамелкозернистой структурой в магнитном поле включает формирование ультрамелкозернистой структуры изделия путем пластической деформации, подачу в камеру для азотирования рабочей газовой смеси с одновременным генерированием электромагнитного поля электромагнитной системой, над которой размещают обрабатываемое изделие. При этом во время азотирования посредством регулирования индукции электромагнитной системы магнитное поле изменяют под обрабатываемое изделие и увеличивают градиент концентрации плазмы для увеличения скорости ионного азотирования, а в качестве пластической деформации осуществляют асимметричную прокатку изделия посредством двух валков, которые вращают с разными скоростями V1, V2, при этом V1=1000 мм/с, а V2=500 мм/с. Технический результат: увеличение скорости азотирования, повышение контактной долговечности и износостойкости за счет формирования ультрамелкозернистой структуры материала путем интенсивной пластической деформации асимметричной прокаткой и последующим ионным азотированием в магнитном поле. 1 пр., 2 ил.
Description
Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности тонколистовых изделий, изготовленных из быстрорежущей стали, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования.
Известен способ вакуумного ионно-плазменного азотирования изделий из стали (патент РФ №2418095, кл. С23С 8/36, С23С 14/06, 10.05.2011), включающий проведение вакуумного нагрева изделий в плазме азота с повышенной концентрацией частиц, которую создают в тороидальной области движения электронов, образованной скрещенными электрическими и магнитными полями, при этом под действием магнитного поля, создаваемого двумя цилиндрическими магнитами, один из которых полый, электроны движутся по циклоидальным замкнутым траекториям.
Недостатком аналога является высокая длительность процесса обработки.
Известен способ азотирования, описанный в патенте США №4464207, согласно которому азотированию в аммиаке подвергают тонколистовую сталь толщиной 0,25 мм ферритного класса, содержащую хром в количестве 10-30%, титан в количестве 0,5-2,25% и углерод в количестве 0,03%. При этом процесс азотирования ведут при температурах в диапазоне 830-950°С в течение 1 часа или менее, после чего проводят нагрев при температуре около 1000°С для растворения сформировавшихся при азотировании нитридов хрома и образования более стойких к высокой температуре нитридов титана. При этом добиваются, что структура стали состоит из частиц нитридов, расстояние между которыми составляет менее 2 мкм. При этом добиваются эффекта повышения предела текучести как минимум на 10000 psi (-70 МПа) по сравнению с исходным состоянием при комнатной температуре и температуре 540°С.
Недостатками данного способа являются азотирование в газовой среде, приводящее к увеличению времени на обработку, а также высокая температура обработки, при которой происходит рекристаллизация поверхностного слоя и ультромелкозернистая (УМЗ) структура разупрочняется.
Известен способ ионного азотирования (патент РФ №2711067, кл. С23С 8/36, С23С 14/06, 05.02.2019), включающий подачу в камеру для азотирования рабочую газовую смесь, ее нагрев с одновременным генерированием в камере электромагнитных полей, осуществляемый посредством электромагнитной системы, над которой располагают обрабатываемые изделия, также в камере одновременно генерируют скрещенные электрические и магнитные поля, кроме того путем регулирования силы тока и индукции электромагнитной системы изменяют их конфигурацию под изделия различных форм и размеров, при этом увеличивают объем плазмы азота повышенной плотности, который формируют в тороидальной области вращения электронов при помощи скрещенных электрических и магнитных полей, приводящая к увеличению скорости азотирования изделий.
Недостатком аналога является отсутствие предварительной обработки материала, отсутствие формирования УМЗ структуры для увеличения скорости диффузии азота, путем увеличения градиента концентрации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле (патент РФ №2625864, кл. С23С 8/38, С23С 8/02, C21D 1/78, 10.10.2016), который включает проведение вакуумного нагрева изделия в плазме азота повышенной плотности, которую создают в тороидальной области осциллирующих электронов, движущихся по циклоидальным замкнутым траекториям, образованным в скрещенных электрическом и магнитном полях. Перед ионным азотированием путем интенсивной пластической деформации кручением формируют ультрамелкозернистую структуру материала изделия, обеспечивающую процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом при азотировании.
Недостатками прототипа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные непригодностью для обработки крупногабаритных и листовых деталей и сборочных единиц, которые подвергаются предварительной пластической деформации кручением.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей ионного азотирования за счет обработки тонколистовых изделий различных форм и размеров, повышение прочностных характеристик изделий из быстрорежущих сталей.
Технический результат - увеличение скорости азотирования, повышение контактной долговечности и износостойкости за счет формирования ультрамелкозернистой структуры материала путем интенсивной пластической деформации асимметричным прокатом и последующим ионным азотированием в магнитном поле.
Данная задача решается, а технический результат достигается тем, что в заявленном способе обработки тонколистовых изделий с ультрамелкозернистой структурой в магнитном поле, включающем подачу в камеру для азотирования рабочую газовую смесь, ее нагрев с одновременным генерированием электромагнитного поля электромагнитной системой, над которой размещают обрабатываемое изделие, формирование перед ионным азотированием ультрамелкозернистой структуры материала, согласно изобретению ультрамелкозернистую структуру материала формируют путем пластической деформации асимметричной прокаткой, после чего посредством регулирования индукции электромагнитной системы, магнитное поле изменяют под обрабатываемое изделие и увеличивают градиент концентрации плазмы, тем самым увеличивая скорость ионного азотирования.
Рабочая камера заполняется газом, он нагревается и одновременно генерируется электромагнитное поле, посредством электромагнитной системы, над которой размещаются обрабатываемые изделия, после чего путем регулирования индукции электромагнитной системы, магнитное поле изменяется под конкретное изделие и увеличивает градиент концентрации плазмы, тем самым увеличивая скорость ионного азотирования.. В отличие от прототипа, в заявляемом изобретении УМЗ структуру материала формируют путем пластической деформации асимметричной прокаткой и последующим ионным азотированием. За счет того что скорость валков разная, происходит сдвиг слоев и образуется УМЗ структура (фиг. 1.).
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема формирования ультрамелкозернистой структуры материала путем асимметричного проката. На фиг. 2 изображена схема реализации способа ионного азотирования в магнитном поле.
Схема формирования ультрамелкозернистой структуры материала путем асимметричного проката содержит лист 1, валки 2 и 3, силы трения 4 и 5, слои металла до прокатки 6 и после прокатки 7.
Схема реализации способа ионного азотирования в магнитном поле содержит источники питания 8 и 9, камеру 10, анод 11, электромагнитную систему 12, изоляторы 13 и обрабатываемое тонколистовое изделия из стали 14.
Пример конкретной реализации способа
Получение УМЗ структуры заключается в следующем: лист 1 попадет под действие двух валков 2, 3, которые вращают с разными скоростями - V1=1000 мм/с и V2=500 мм/с. За счет силы трения 4,5, которая возникает на участках АВ и CD, слои материала 6 сдвигаются, образуя УМЗ структуру 7. После деформации изделия из стали 14 устанавливают в вакуумной камере 10 над электромагнитной системой 11. Затем в камере создают рабочее давление (Рраб=200 Па), необходимое для зажигания тлеющего разряда. В камеру подают смесь газов из аргона, азота и водорода (50% Ar, 35% N2, 15% Н2). Далее создают скрещенные электрические и магнитные поля путем подачи напряжения U=400 В источником питания 8 на электромагнитную систему 12. Во время процесса ионного азотирования, на источнике питания 8 регулируют силу тока, влияющую на конфигурацию скрещенных электрических и магнитных полей. Силу тока устанавливают таким образом, чтобы обрабатываемое изделие полностью находилось в области скрещенных электрических и магнитных полях. За счет увеличенного объема плазмы азота повышенной плотности, которую формируют в тороидальной области вращения электронов при помощи скрещенных электрических и магнитных полей, происходит нагрев изделий до температур 450°С, при этом азотирование происходит в течение 4-6 часов.
Заявленный способ имеет следующие преимущества: возможность регулирования конфигурацией скрещенных электрических и магнитных полей под изделие различных размеров, возможность обработки тонколистовых изделий, повышение прочностных характеристик стальных тонколистовых изделий за счет формирования ультрамелкозернистой структуры материала путем асимметричного проката, высокая технологичность процесса, экологическая чистота процесса за счет отсутствия вредных производственных выбросов в атмосферу, простота схемы обработки и сравнительно невысокая стоимость оборудования.
Claims (1)
- Способ обработки тонколистового стального изделия с ультрамелкозернистой структурой в магнитном поле, включающий формирование ультрамелкозернистой структуры изделия путем пластической деформации, подачу в камеру для азотирования рабочей газовой смеси с одновременным генерированием электромагнитного поля электромагнитной системой, над которой размещают обрабатываемое изделие, причем во время азотирования посредством регулирования индукции электромагнитной системы магнитное поле изменяют под обрабатываемое изделие и увеличивают градиент концентрации плазмы для увеличения скорости ионного азотирования, отличающийся тем, что в качестве пластической деформации осуществляют асимметричную прокатку изделия посредством двух валков, которые вращают с разными скоростями V1, V2, при этом V1=1000 мм/с, а V2=500 мм/с.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793172C1 true RU2793172C1 (ru) | 2023-03-29 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU559971A1 (ru) * | 1975-12-18 | 1977-05-30 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Способ изготовлени текстурованной ленты из железо-кремнистых сплавов |
| SU791435A1 (ru) * | 1978-09-08 | 1980-12-30 | Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения | Способ прокатки металлов |
| RU2614482C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2017-03-28 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Устройство и способ азотирования листа из текстурированной электротехнической стали |
| RU2615752C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2017-04-11 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Устройство и способ азотирования листа из текстурированной электротехнической стали |
| RU2625864C1 (ru) * | 2016-10-10 | 2017-07-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле |
| RU2711067C1 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-01-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях |
| JP7118824B2 (ja) * | 2018-09-10 | 2022-08-16 | 株式会社Uacj | 磁気ディスク用アルミニウム合金板、その製造方法、磁気ディスク基板及び磁気ディスク |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU559971A1 (ru) * | 1975-12-18 | 1977-05-30 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Способ изготовлени текстурованной ленты из железо-кремнистых сплавов |
| SU791435A1 (ru) * | 1978-09-08 | 1980-12-30 | Краматорский Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Машиностроения | Способ прокатки металлов |
| RU2614482C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2017-03-28 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Устройство и способ азотирования листа из текстурированной электротехнической стали |
| RU2615752C2 (ru) * | 2013-02-18 | 2017-04-11 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Устройство и способ азотирования листа из текстурированной электротехнической стали |
| RU2625864C1 (ru) * | 2016-10-10 | 2017-07-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле |
| JP7118824B2 (ja) * | 2018-09-10 | 2022-08-16 | 株式会社Uacj | 磁気ディスク用アルミニウム合金板、その製造方法、磁気ディスク基板及び磁気ディスク |
| RU2711067C1 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-01-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Песин А.М. и др. Исследования влияния скоростной асимметрии на параметры различных процессов листовой прокатки. Вестник МГТУ им.Г.И.Носова, 2012, N1, с.86, кол.2. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Collins et al. | Ion-assisted surface modification by plasma immersion ion implantation | |
| US5278861A (en) | Method of treating metals by deposition of materials and furnace for implementing said method | |
| EP2957652B1 (en) | Apparatus and method for nitriding grain-oriented electrical steel sheet | |
| RU2793172C1 (ru) | Способ ионного азотирования тонколистовых изделий с ультрамелкозернистой структурой в магнитном поле | |
| RU2276201C1 (ru) | Способ азотирования изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода | |
| RU2625864C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных изделий в магнитном поле | |
| RU2640703C2 (ru) | Способ локальной обработки стального изделия при ионном азотировании в магнитном поле | |
| RU2654161C1 (ru) | Способ локального ионного азотирования стальных изделий в тлеющем разряде с магнитным полем | |
| JP2001192861A (ja) | 表面処理方法及び表面処理装置 | |
| RU2633867C1 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов | |
| RU2664106C2 (ru) | Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей | |
| RU2611003C1 (ru) | Способ ионного азотирования титановых сплавов | |
| RU2711067C1 (ru) | Способ ионного азотирования в скрещенных электрических и магнитных полях | |
| CN116083871A (zh) | 一种在大气环境中实现金属材料表面渗入合金元素的方法 | |
| Li et al. | Carburising of steel AISI 1010 by using a cathode arc plasma process | |
| RU2386705C1 (ru) | Способ закалки стальных изделий | |
| RU2662518C2 (ru) | Способ создания макронеоднородной структуры на поверхности материалов | |
| RU2766388C1 (ru) | Способ обработки поверхности на стальных деталях | |
| SU1548218A1 (ru) | Способ поверхностного термического упрочнени стальных изделий | |
| Smirnov et al. | Microstructure and wear resistance of modified surfaces obtained by ion-plasma nitriding of 40ХН2МА steel | |
| RU2625518C2 (ru) | Способ азотирования титановых сплавов в тлеющем разряде | |
| Terakado et al. | Simultaneous plasma treatment for carburizing and carbonitriding using hollow cathode discharge | |
| RU2413784C1 (ru) | Способ ионного азотирования стали | |
| RU2611607C2 (ru) | Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов | |
| JPH08158038A (ja) | 金属帯の連続プラズマ処理装置 |