PL129984B2 - Method of jet nitriding of metals and their alloys - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób strumieniowego azotowania metali i ich stopów.Stosowane i podawane w literaturze fachowej sposoby azotowania metali i ich stopów dotycza przewaznie metod jonowych i znane sa miedzy innymi z opisu patentowego PRL nr 87 885.Polegaja one na jonizacji gazowego czynnika azotujacego przy zastosowaniu zródla pradu stalego i uzycia wzbudnika indukcyjnego lub palnika do nagrzewania obrabianej powierzchni przedmiotu.Znane sa równiez sposoby azotowania w których czynnikiem azotujacym jest amoniak, jak równiez azotonasiarczania, w których stosuje sie amoniak i pary siarki znane miedzy innymi z opisu patentowego PRL nr 104023. Znanych jest równiez wiele odmian azotowania takich jak azotowanie jedno lub wielostopniowe na przyklad dwustopniowe znane z opisu patentowego PRL nr 107091. W znanych sposobach predkosc liniowa czynnika azotujacego wynosi 1-10 cm/s.Uzyskiwane w tych sposobach warstwy azotowane zaleznie od gatunku azotowanej stali w zakresie temperatur 480-600°C w czasie 5-40 godzin osiagaja grubosci wynoszace odpowiednio od 50-200/xm.Istota sposobu strumieniowego azotowania metali i ich stopów wedlug wynalazku polegaja¬ cego na ogrzaniu powierzchni obrabianych metali do temperatury 530-550°C i doprowadzeniu do tej powierzchni czynnika gazowego zawierajacego azot jest to, ze na ogrzane do temperatury 530-550°C i otrzymywanie w tej temperaturze detale obrabiane doprowadza sie przez jadro plomienia palnika strumien dowolnego czynnika gazowego zawierajacego azot z pradkoscia liniowa 50-4200 m/s, przy czym gazem spalanym w palniku jest acetylen, etan, propan lub ich mieszaniny.Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, ze pozwala na uzyskiwanie warstw azotowanych na obrabianych powierzchniach o grubosciach dochodzacych do 3 mm w czasie 20-30 minut dzieki wykorzystaniu tak niezwykle istotnego parametru procesu jakim jest liniowa szybkosc wyplywu amoniaku lub innego czynnika zawierajacego azot. W innych sposobach miedzy innymi w przywo¬ lanym wedlug patentu PRL nr 107091 w tym samym czasie, niezaleznie od temperatury procesu uzyskujemy warstwa azotówane o grubosciach od kilku do kilkudziesieciu mikrometrów.W sposo¬ bie wedlug wynalazku otrzymuje sie warstwy azotowane poczynajac od najkrótszych czasów azotowania od 10 sekund do 60 godzin wlacznie kilkaset razy grubsze niz w innych sposobach azotowania, co swiadczy zarówno o innym mechanizmie ich tworzenia jak tez i innej budowie strukturalnej wytworzonej warstwy. Przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku istnieje mozli¬ wosc wytwarzania warstw azotowanych na wielogabarytowych przedmiotach i elementach czesci2 129 984 maszyn takich jak: loza obrabiarek, czopy walów silników okretowych, stempele i matryce ciagowe z wysokostopowych stali narzedziowych. Sposób mozna stosowac do obróbki elementów przy doplywie powietrza, poniewaz uzyskany przez dobór wyzej wymienionych szybkosci wyplywu amoniaku potencjal azotowy jest bardzo wysoki, a tworzeniu sie warstw nieutlenionych sprzyja duza zawartosc wodoru, który w temperaturze procesu jest czynnikiem silnie redukujacym tlenki metali. Ponadto gaz bedacy czynnikiem grzejnym chroni azotowane fragmenty powierzchni przed utleniajacym dzialaniem tlenu z atmosfery.W sposobie strumieniowego azotowania metali i ich stopów wedlug wynalazku powierzchnie obrabianych metali podgrzewa sie do temperatury 530-550°C i utrzymuje sieje w tej temperaturze.Na ogrzana powierzchnie doprowadza sie przez jadro plomienia palnika strumien dowolnego Czynnika gazowego zawierajacego azot z predkoscia liniowa 50-4200 m/s, przy czym gazem spalanym w palniku jest acetylen, etan, propan lub ich mieszaniny. Czasyprowadzenia procesu dla podanych temperatur i pradkosci liniowych czynnika azotujacego wynosza odpowiednio 30 min do 45 sekund. Sposób azotowania wedlug wynalazku polega na azotowaniuprzedmiotów przy uzyciu dowolnego typu palnika zakonczonego dysza dajaca punktowy lub liniowy wyplyw dowolnego czynnika zawierajacego azot na przyklad gazowego amoniaku.Zaleznie od konstrukcji koncówki palnika strumien wyplywajacego gazu moze byc skupiony lub rozproszony obejmujacy fragment azotowanej powierzchni. Doprowadzony przez jadro plo¬ mienia palnika strumien dowolnego czynnika gazowego zawierajacego azot na przyklad gazowego amoniaku powoduje utworzenie ciezkich dodatnich jonów azotu, zwlaszcza N*, N2*, N3+, N/ implantujacych w nasycane powierzchnie przedmiotów w wynikuduzej szybkosci liniowej strumie¬ nia gazowego amoniaku wynoszacej od 50 do 4200 m/s. W rozwiazaniu wedlug zgloszenia wyna¬ lazku wykorzystano zjawisko polegajace na pokonaniu bariery energetycznej i tak zwanej warstwy Nernsta przeciwdzialajacej dyfuzji azotu, a tworzacej sie w warstwie przypowierzchniowej nasyca¬ nych przedmiotów. W znanych i w przywolanych rozwiazaniachjedynie niewielki procent—okolo 0,2% atmosfery uczestniczy w tworzeniu warstwy w wyniku adsorpcji azotanu atomowego. W roz¬ wiazaniu wedlug zgloszenia wynalazku dominujaca role odgrywa proces implantacji ciezkich dodatnich jonów azotu. W sposobie wedlug wynalazku najistotniejszym parametrem jest liniowa szybkosc wyplywu czynnika zawierajacego azot. Przy zblizonych czasach procesów prowadzonych w podanym przedziale temperatur, grubosc warstwy azotowanej znacznie wzrasta ze zwiekszeniem liniowej szybkosci wyplywu czynnikaaktywnego, natomiast przy stalej liniowej szybkosci wyplywu czynnika aktywnego zwiekszenie czasu procesu powoduje wolniejszy przyrost grubosci warstwy azotowanej.Przyklad I. Wodziki ze stali 40H2MF poddano azotowaniu konwencjonalnemuw atmos¬ ferze amoniaku w temperaturze 530°C w czasie 30 minut. Uzyskano warstwy azotowane o grubosci 10 /*m.Przykladu. Wodziki ze stali 40H2MFpoddanoprocesowi azotowania strumieniowego w temperaturze 530°C w czasie 60 minut przy liniowej szybkosci wyplywu strumienia NH3 v=350 m/s. Uzyskano warstwe azotowana o grubosci 2,5 mm.Przyklad III. Wodziki ze stali 40H2MF poddano azotowaniu strumieniowemu w tempe¬ raturze 530°C w czasie 20 minut przy szybkosci wyplywu strumienia NH3 v=500 m/s. Otrzymano warstwe azotowana o grubosci 3,3 mm.Pr z y k l a d IV. Wodziki ze stali 40H2MF poddano azotowaniu strumieniowemu w tempe¬ raturze 530°C w czasie 20 minut przy szybkosci wyplywu NH3 v=350 m/s. Otrzymano warstwe azotowana o grubosci 2,2 mm.Zastrzezenie patentowe Sposób strumieniowego azotowania metali i ich stopów polegajacy na ogrzaniu powierzchni obrabianych metali do temperatury 530-550°C i doprowadzeniu do tej powierzchni czynnika gazowego zawierajacego azot, znamienny tym, ze na ogrzane do temperatury 530-550°C i utrzymy¬ wane w tej temperaturze detale obrabiane doprowadza sie przezjadro plomienia palnika strumien dowolnego czynnika gazowego zawierajacego azot z predkoscia liniowa 50-4200 m/s, przy czym gazem spalanym w palniku jest acetylen, etan, propan lub ich mieszaniny.Pracowni* Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób strumieniowego azotowania metali i ich stopów polegajacy na ogrzaniu powierzchni obrabianych metali do temperatury 530-550°C i doprowadzeniu do tej powierzchni czynnika gazowego zawierajacego azot, znamienny tym, ze na ogrzane do temperatury 530-550°C i utrzymy¬ wane w tej temperaturze detale obrabiane doprowadza sie przezjadro plomienia palnika strumien dowolnego czynnika gazowego zawierajacego azot z predkoscia liniowa 50-4200 m/s, przy czym gazem spalanym w palniku jest acetylen, etan, propan lub ich mieszaniny. Pracowni* Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz. Cena 100 zl PL