SU1497270A1 - Способ азотировани металлических изделий в объемном электрическом разр де - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в машиностроении и химической промышленности. Цель изобретени  - снижение энергозатрат на формирование азотированного сло . Поток азота предварительно ионизируют, зажигают разр д между электродом и изделием, затем прекращают предыонизацию азота и насыщают изделие в потоке азота, возбужденном в самосто тельном продольном высоковольтном разр де атмосферного давлени . Это позвол ет снизить энергозатраты на азотирование изделий. 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , преимущественно химическому , и может быть использовано при термической обработке деталей из металлов , работающих в сильно нагруженных узлах машин или агрессивных средах.

Цель изобретени  - снижение энергозатрат на формирование газонасыщенного сло  металла.

Поток азота предварительно ионизируют ., В этом потоке зажигают разр д между электродом и изделием, а эатем прекращают предионизацию азота и насыщают изделие в потоке азота, возбужденном в самосто тельном продольном высоковольтном разр де атмосферного давлени , после чего снимают напр жение и охлаждают изделие в безразр дном потоке газа.

На чертеже приведена схема установки ,i

Плазмохимическа  установка содержит газодинамический тракт 1 из кварцевого стекла, в котором на выходе помещено изделие 2 с присоединением клеммой высокого напр жени , а на входе в него расположено сопло-электрод 3, перед которым находитс  капилл рный инжектор 4, с дополнительным электродом 5. На входе в инжектор имеютс  подводы 6 дл  подачи газа с регулирующими кранами 7. В качестве изделий испытаны образцы из стали 38ХМЮЛ, сплава ВТЗ-1.

При помощи кранов 7 в капилл рный инжектор подвод т азот и прикладывают высокое напр жение к соплу-электроду 3 и дополнительному электроду 5, вследствие чего на выходе из инжектора поток газа ионизируетс . В газодинамическом тракте плазмотрона 1, который служит зоной дл  плазмохими- ческой реакции, этот поток газа омывает поверхность издели  2. При подаче напр жени  на сопло-электрод 3 и изделие 2 в этом потоке зажигаетс  разр дный столб плазмы, котора  существует и после отключени  напр же (Л

4: QO к

to

3149

НИН на предиоиизаторе в самосто тельном режиме горени . Экспериментальные исследовани  юказали, что самосто тельный разр д плазмы атмо- сферного давлени  устойчиво поддерживаетс  без дальнейшей предионизации. Использование азота в качестве образующего такую плазму газа объ сн етс  тем, что в нем отсутствуют элект- роотрицательные компоненты, привод щие к гибели электронов из-за прилипани , что затрудн ет процесс зажигани  разр да. Таким способом можно поддерживать высоковольтный самосто - тельный разр д атмосферного давлени  при следующих физических параметрах: температура потока газа 100$Т 1300С

Дж энерговклад в разр де 300 - 6W

ДжV

20000 -, причем отношение напр женности электрического пол  Е (В/см) к плотности газа поддерживают в пределах 510- В/см2 $E/N Т-Ю в/см После активации повьшают расход азота , что приводит к уменьшению энерговклада и понижению температуры.

В таблице приведены результаты экспериментальной проверки процесса азотировани  согласно предлагаемому изобретению. Образцы берут в виде цилиндров 0 10 X 10 мм из стали 38ХМЮА Металлографический анализ показал на образцах, обработанных по предлагаемому способу, наличие упрочнен- ного сло  с твердостью на поверхности 830 HV.

Дл  сравнени  энергетических характеристик оценивались затраты дл  одного ч того же образца из стали, насыщае.мой на глубину 500 мкм по известному способу и прилагаемому. Если дл  известного способа эти энерго за Граты без учета затрат на нагрев корпуса контейнеров составл ют 0,072 кВг Ч/см, то дл  предлагаемого только 0,0315 кВт ч/см. Экономи  электроэнергии (0,0720,0315) 0,0405 кВт.ч на 1 см.

На поверхности образцов из титано вых сплавов БТЗ-1 в процессе термообработки азотом синтезируетс  слой нитрида титана в течение 10 мин толщиной 10-20 мкм, образуютс  упрочн ющие сплав структуры на глубину 40-50 мкм равномерно-плотной насыщенности по глубине.

.

0

д

5

5

о 5

Наличие в потоке газа большого числа возбужденных молекул, внедр емого в металл элемента, способствует более высокой скорости диффузии вглубь металла, чем при тлеющем разр де низкого давлени .

В зависимости от выбора параметров разр да по вл етс  возможность гибкого управлени  газонасыщением, микротвердостью, износостойкостью металла , распределением структуры по глубине, так как объемный самосто тельный разр д низкотемпературной плазмы атмосферного давлени  после поджига на азоте существует в широких диапазонах.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известным обладает следующими преимуществами.

За счет исключени  потерь на ионизирующее излучение, на предварительный нагрев и откачку газов снижаютс  энергозатраты формировани  газонасыщенного сло , упрощаетс  аппаратурное оформление способа, улучшаютс  удобства эксплуатации установок, повышаетс  их надежность, по вл етс  возможность эффективного управлени  соответствующим выбором параметров разр да такими характеристиками, как газонасыщение, твердость, поверхностное покрытие металла, распределение химического состава и структуры по глубине, при этом отсутствует коробление тонкостенных и сложно- фигурных изделий.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ азотировани  металлических изделий в объемном электрическом разр де, включающий подачу разности потенциалов на электрод и изделие, пространство мезкду которыми заполнено газом при атмосферном давлении, отличающийс  тем, что, с целью снижени  энергозатрат, изделие насыщают в потоке азота в самосто тельном продольном высоковольтном разр де атмосферного давлени , после чего снимают напр жение и охлаждают изделие в безразр дном потоке газа, причем поток азота предварительно ионизируют и зажигают в нем разр д между электродом и изделием.

   Предла

   Ток разр да 1 ср, известного равен произведению плотности тока разр да 4,2 мА/см на площадь поверхности образца 25 см.

   -о

   1 /