СПОСОБ АЗОТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ НА РАЗЛИЧНУЮ ГЛУБИНУ АЗОТИРОВАННОГО СЛОЯ
METHOD OF NITRIDING PARTS IN GLOW DISCHARGE AT DIFFERENT DEPTH OF NITRATED LAYER

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов.
3
2
2
2
2
Известен способ азотирования стальных деталей в тлеющем разряде (ионное азотирование), которое проводят в разреженной азотосодержащей атмосфере, а именно в атмосфере аммиака (NH) при подключении обрабатываемых деталей к отрицательному электроду - катоду. Анодом является контейнер установки [Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1993, 448 с.]. Между катодом - деталью и анодом возбуждается тлеющий разряд, и положительные ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения. Процесс ионного азотирования реализуется в две стадии: первая - очистка поверхности катодным распылением, вторая - собственно насыщение. Катодное распыление проводят в течение 50-60 мин при напряжении 1100-1400 В и низком давлении 0,13⋅10-0,26⋅10 Па. В процессе катодного распыления температура поверхности детали не превышает 250°С. Температура азотирования 470-580°С, давление 1,3⋅10-13⋅10 Па, рабочее напряжение 400-1100 В, продолжительность процесса от 1 до 24 ч.
Недостатками аналога являются:
- сложность оборудования и технологии, а также необходимость проектирования специального оборудования,
- низкая скорость процесса насыщения поверхностных слоев металла азотом.
Известен способ (Патент РФ №2058421, кл. С23С 8/36, 20.04.96) азотирования деталей из конструкционных легированных сталей, включающий высокотемпературное ионное азотирование, закалку с температуры полного растворения нитридных фаз, отпуск, чистовую механическую обработку и низкотемпературное ионное азотирование на глубину не менее глубины деазотированного слоя.
Недостатками аналога являются сложность оборудования и технологии, а также необходимость проектирования специального оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ (Патент РФ №2534906 С1, кл. С23С 8/36, 10.12.2014) азотирования стальной детали в тлеющем разряде, включающий вакуумный нагрев детали в плазме азота повышенной плотности, формируемой между поверхностью детали и перфорированным экраном для получения эффекта полого катода, и получение упрочненного слоя на детали.
Недостатком ближайшего аналога является:
- отсутствие возможности азотирования деталей с участками, где требуется различная глубина азотированного слоя, за один технологический цикл.
Задача изобретения - снижение основного времени обработки, а также уменьшение энергозатрат процесса.
Технический результат - получение азотированных участков с различными толщинами упрочненных слоев на одной детали за один технологический цикл. Повышение производительности процесса.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что вакуумный нагрев изделий проводят в плазме азота повышенной плотности, формируемой между деталью и экраном за счет создания эффекта полого катода, и в отличие от прототипа экраны устанавливают на участках детали, где требуется наличие азотированного слоя, и путем регулирования параметров экрана (ширина ячейки, расстояние между ячейками, расстояние от экрана до поверхности детали) достигается получение различных толщин упрочненного слоя на различных участках детали.
Существо изобретения поясняется чертежами.
1
2
1
2
1
2
1
2
На фиг. 1 изображена схема реализации способа азотирования в тлеющем разряде с применением эффекта полого катода, где: d, d - диаметры отверстий экранов; а, а - расстояния между отверстиями; Н, Н - расстояния между экраном и деталью; h, h - глубины упрочненных слоев. На фиг. 2 и на фиг. 3 изображены примеры реализации способа в виде трехмерных моделей. На фиг. 1 : 1 - деталь; 2 - экраны.
Пример конкретной реализации способа.
2
2
2
2
Способ осуществляется следующим образом: в вакуумной камере устанавливают обрабатываемую деталь, на определенном расстоянии на деталь устанавливаются перфорированные экраны из стали с заданными значениями прозрачности. Далее, подключают их к отрицательному электроду, герметизируют камеру и откачивают воздух до давления 10 Па. Затем после эвакуации воздуха камеру продувают рабочим газом 5-15 минут при давлении 1000-1330 Па, затем откачивают камеру до давления 10 Па, подают на электроды напряжение и возбуждают тлеющий разряд. При напряжении 800-1000 В осуществляют катодное распыление. После 10-15-минутной обработки по режиму катодного распыления напряжение понижают до рабочего, а давление повышают до 50 Па, необходимое для зажигания тлеющего разряда. В качестве рабочего газа использовали аргон и смесь азота, аргона и ацетилена (N 25% + Ar 70% + СН 5%). Азотирование в тлеющем разряде производят при р=50 Па, j=1-2 мА/см, U=550-600 В. Все процессы проходят за один технологический цикл, в одной камере и в одной атмосфере. После обработки изделие охлаждается вместе с вакуумной камерой под вакуумом. В результате можно получать азотированные участки с различной толщиной упрочненного слоя на одной детали за один технологический цикл. Это позволяет снизить основное время обработки детали и уменьшить энергозатраты процесса обработки.