Плазмове прецизійне азотування виробів зі сталей та сплавів Avinit N

Нами розроблено і запантовано спосіб плазмового прецизійного азотування Avinit N.

Плазмове прецизійне азотування Avinit N – процес хіміко-термічної обробки деталей машин, інструменту, дифузійне насичення поверхневого шару азотом у плазмі несамостійного газового розряду. Плазмоутворюючий газ – азот.

Пропонований нами процес є екологічно чистим, у ньому не застосовується водень, аміак, водневмісні сполуки. Джерелом високощільної плазми є газовий плазмогенератор установки Avinit. Температура виробів у процесі азотування для сталей 450-600°С, можливе застосування аналогічного процесу для титану та титанових сплавів при температурах 600-800°С.

 Суть плазмового азотування:

Деталі, поміщені у вакуумну камеру, піддаються обробці плазмою високої щільності в розрядженому інертному газовому середовищі, збудженому генератором плазми.

Деталі, як і за інших видів іонного азотування, є катодом, стінки вакуумної камери – анодом. Вплив плазми призводить до нагрівання деталей. Після нагрівання до робочої температури плазмоутворюючий газ у камері заміняться азотом, що призводить до формування на поверхні виробу азотованого шару.

Змінюючи тиск, температуру та час витримки, параметри розряду, можна отримувати шари заданої структури та фазового складу, забезпечуючи строго задані властивості азотованих поверхонь.

Спосіб Avinit N здійснюють наступним чином:

У камері установки Avinit, що містить джерело газорозрядної плазми (газовий плазмогенератор), утворюють попередній вакуум близько 5·10-5 мм рт.ст. Потім через газовий плазмогенератор камеру вводять аргон до тиску 1·10-3 – 2·10-3 мм рт.ст. зміною струму розжарення катода регулюють струм розряду плазмогенератора та щільність газорозрядної плазми. На оброблюваний виріб подають негативний потенціал зміщення, плавно змінюючи його значення від 50 до 500-600, і проводять іонну очищення поверхні. При цьому інтенсивність іонного очищення та температуру нагрівання виробу регулюють струмом розряду газового плазмогенератора.

Проводять нагрівання виробів до заданої температури в інтервалі 400…500°С газорозрядної плазмі аргону, що формується газовим плазмогенератором.

Потім проводять наступну ізотермічну витримку в газорозрядній плазмі аргону та азоту, що також формується газовим плазмогенератором.

На третьому етапі здійснюють власне азотування при витримці виробів при заданій температурі в атмосфері, що насичує азоту, при якому високощільна газорозрядна плазма, в якій проводять дифузійне насичення, містить іони азоту і формується газовим плазмогенератором.

Порівняльні характеристики традиційних процесів азотування та плазмового прецизійного азотування Avinit N представлені в табл. 1 для промислово широко використовуваних сталей 30Х2Н2ВФА, 25Х1МФ, 20Х3МВФ та сплаву титану ВТ6.

При плазмовому азотуванні Avinit N при дифузійному насиченні азотом під впливом іонів газової суміші аргону і азоту, створюваних газовим плазмогенератором, досягається отримання дифузійного шару з рівномірною структурою зміцненого шару, підвищення твердості виробів зі сталей і сплавів при мінімальному коробленні і збереженні вихідних геометричних розмірів виробів за відсутності утворення крихкого шару нітридів заліза.

При плазмовому азотуванні Avinit N інтенсифікується процес утворення азотованого шару в 3-5 разів порівняно з обробкою традиційним способом іонного азотування в тліючому розряді. Підвищується твердість виробів з допомогою отримання рівномірно зміцненого азотованого шару без жолоблення виробів із збереженням вихідних геометричних розмірів.

Температура виробів у процесі азотування для сталей 500-600°С, для титану та титанових сплавів – 600-800°С.

Виконані експерименти з плазмового азотування легованих сталей, зокрема цементованих, покращуваних і азотованих сталей і деяких жароміцних конструкційних сталей показали, що плазмове азотування Avinit® N таких сталей, які не є типовими азотованими сталями. забезпечує такі ж, а найчастіше навіть більш високі властивості деталей при менших витратах на виготовлення, ніж азотовані сталі. Наприклад, сталі, розроблені спочатку лише для цементації, чудово зарекомендували себе після плазмового азотування Avinit N.

Твердість поверхні та глибина азотування визначаються попередньою термообробкою (тривалістю та температурою нормалізації, температурою загартування, температурою та тривалістю відпустки), вмістом легуючих елементів.

Переваги прецизійного плазмового азотування Avinit N.

Основною перевагою способу є істотна інтенсифікація процесу азотування, отримання рівномірно зміцненого азотованого шару, відсутність крихкого шару без жолоблення виробів із збереженням вихідних геометричних розмірів деталей. Після плазмового прецизійного азотування Avinit зберігаються креслярські розміри і відсутній крихкий поверхневий шар, що дозволяє уникнути фінішного шліфування після азотування, отримати операцію азотування «в розмір».

Використання процесу інтенсифікує  утворення азотованого шару в 3-5 разів у порівнянні з обробкою традиційним способом іонного азотування в тліючому розряді та в 5-30 разів у порівнянні з газовим азотуванням. Підвищується твердість та зносостійкість виробів за рахунок отримання рівномірно зміцненого шару.

У порівнянні з методами азотування, що широко використовуються, метод плазмового прецизійного азотування Avinit® має наступні основні переваги:

    • відсутність деформації деталей (короблення) після обробки, стабільна якість обробки з мінімальним розкидом властивостей від деталі до деталі та від садка до садка;
    • відсутність забруднення довкілля;
    • процес є екологічно чистим, у ньому не застосовується водень, аміак, водневмісні сполуки;
    • підвищення культури виробництва;
    • Зниження собівартості обробки.

  Переваги плазмового азотування Avinit N виявляються і в істотному скороченні основних витрат виробництва. Так, наприклад, порівняно з газовим азотуванням у печах, плазмове азотування Avinit® забезпечує:

  • скорочення тривалості обробки в 5 – 30 разів як за рахунок зниження часу нагріву та охолодження садки, так і за рахунок зменшення часу ізотермічної витримки;
  • скорочення витрати робочих газів;
  • скорочення витрати електроенергії;
  • зниження деформації деталей, виключаючи фінішне шліфування;
  • покращення санітарно-гігієнічних умов виробництва;
  • повна відповідність технології всім сучасним вимогам щодо охорони навколишнього середовища та екологічної безпеки.

Процеси плазмового прецизійного азотування усувають недоліки традиційних промислових процесів азотування (традиційного іонного азотування, рідинного і газового азотування), істотно скорочують їх тривалість, забезпечують стабільну якісну мікроструктуру поверхневих шарів деталей, усувають їх крихкість, підвищують експлуатаційні властивості деталей.

Для деяких прецизійних складнопрофільних виробів, що не допускають після азотування короблення на рівні 1…2 мкм, і для яких обробка високоточним шліфуванням твердих азотованих поверхонь просто неможлива, плазмове азотування Avinit N «в розмір» є єдиним способом отримання готового виробу.

Плазмове прецизійне азотування Avinit N використовується у промисловому виробництві замість традиційного іонного азотування, рідинного та газового азотування.

Залишити відповідь

Цей сайт використовує Akismet для зменшення спаму. Дізнайтеся, як обробляються ваші дані коментарів.

ukУкраїнська