PL192649B1

PL192649B1 - Sposób jonowej obróbki cieplno-chemicznej, szczególnie azotowania wewnętrznych powierzchni przedmiotów metalowych, zwłaszcza długich

Info

Publication number: PL192649B1
Application number: PL338364A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Moskalik
Original assignee: Tomasz Moskalik
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2006-11-30
Also published as: PL338364A1

Abstract

1. Sposób jonowej obróbki cieplno-chemicznej, szczególnie azotowania wewnętrznych powierzchni przedmiotów metalowych, zwłaszcza długich, w którym obrabiany przedmiot korzystnie podwiesza się pionowo w próżnioszczelnej retorcie i poddaje działaniu atmosfery technologicznej pobudzonej wyładowaniem jarzeniowym wywołanym przez różnicę potencjałów między obrabianym przedmiotem a gazowym przewodem zasilającym wprowadzonym do wnętrza tego przedmiotu, przy czym ruchy gazowego przewodu zasilającego, ogranicza się w kierunkach poprzecznych, znamienny tym, że ruchy gazowego przewodu zasilającego A ogranicza się w kierunkach poprzecznych poddając przynajmniej jeden z jego końców działaniu siły wzdłużnej rozciągającej pozostawiając mu swobodę ruchu w kierunku wzdłużnym.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób jonowego azotowania wewnętrznych powierzchni przedmiotów metalowych, zwłaszcza długich i urządzenie do jonowego azotowania wewnętrznych powierzchni przedmiotów metalowych, zwłaszcza długich.

Wytwarzanie trwałych i jednorodnych co do grubości i twardości dyfuzyjnych warstw azotowych w procesie jonowych wyładowań jarzeniowych napotyka na znaczne trudności w przypadkach, gdy warstwa dyfuzyjna ma być nałożona na wewnętrzne powierzchnie przedmiotu, na przykład cylindra o długości do kilku metrów.

Znany jest, na przykład z polskich opisów ochronnych nr Ru-42754 i nr Ru-42755 sposób jonowego azotowania wewnętrznych powierzchni długich cylindrów, w którym obrabiany cylinder podwiesza się pionowo w próżnioszczelnej retorcie i poddaje działaniu atmosfery technologicznej pobudzonej wyładowaniem jarzeniowym wywołanym przez różnicę potencjałów przyłożoną między cylinder a gazowy przewód zasilający wprowadzony do wnętrza cylindra, przy czym ruchy gazowego przewodu zasilającego, ogranicza się w kierunkach poprzecznych, za pomocą izolacyjnych elementów dystansowych nazwanych izolatorami. Każdy z tych izolatorów mocuje się do trzech wsporników z poprzecznymi śrubami wyznaczającymi osiowe położenie izolatorów w otworze wewnętrznym obrabianego cylindra. Cylinder zawiesza się na haku za pośrednictwem wymienionych wsporników wkręconych albo w nagwintowane otwory w górnej powierzchni czołowej cylindra, jak to przedstawiono w opisie Ru-42755 albo wkręconych w kołnierz nakręcony na zewnętrznie gwintowane końce cylindra, jak to przedstawiono w opisie Ru-42754. Dla dokładnie pionowego usytuowania gazowego przewodu zasilającego zastosowano więc dwa elementy dystansowe z materiału izolującego, których stosowanie nie eliminuje jednak zwarć na ich powierzchniach spowodowane pyłem katodowym. Ponadto, taki sposób mocowania przedmiotu obrabianego nadaje się tylko dla obróbki przedmiotów, których końce mają albo nagwintowane otwory w powierzchniach czołowych przedmiotu albo nagwintowaną powierzchnię zewnętrzną. Niewielka, wynosząca od kilku do kilkunastu milimetrów, odległość między wewnętrzną powierzchnią przedmiotu i gazowym przewodem zasilającym stwarza znaczne niebezpieczeństwo zwarć między nimi, wymagające stabilnego zamocowania zwłaszcza gazowego przewodu zasilającego, co przy jego średnicy wynoszącej kilka milimetrów, grubości ścianki od 0,3 do kilku milimetrów i długości kilku metrów jest bardzo trudne, szczególnie że daje się go mocować tylko na jego końcach. Ponadto, przyrost długości gazowego przewodu zasilającego spowodowany rozszerzalnością liniową w wysokich temperaturach odkładał się w kierunkach poprzecznych. Znane sposoby mocowania tego przewodu gazowego były niewystarczające. Niebezpieczeństwo zwarć zwiększają też istotne przy wysokich temperaturach ruchy dylatacyjne gazowego przewodu zasilającego i jego wibracje wynikające z zakłócania równowagi sił dynamicznych w polu elektrycznym. Według polskiego opisu patentowego nr 147564 gazowy przewód zasilający wprowadzony do wnętrza cylindra dolnym końcem mocuje się nieprzesuwnie na poziomej płycie, przy czym górny jego koniec pozostaje swobodny. Taki sposób obróbki nadaje się jednak tylko do przedmiotów bardzo krótkich.

Gdy obróbce poddawana jest nie tylko wewnętrzna lecz i zewnętrzna powierzchnia obrabianego przedmiotu, do retorty przykłada się ten sam potencjał co do gazowego przewodu zasilającego. Powstają wtedy dalsze problemy wynikające z tego, że przy polu zewnętrznym wymaganym do wytworzenia dobrej warstwy zewnętrznej, pole wewnętrzne jest zbyt duże a stabilne położenie gazowego przewodu zasilającego jest jeszcze trudniej utrzymać.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu obróbki eliminującego możliwości powstawania zwarć między gazowym przewodem zasilającym i przedmiotem obrabianym nawet znacznej długości.

Istota sposobu według wynalazku, w którym obrabiany przedmiot korzystnie podwiesza się pionowo w próżnioszczelnej retorcie i poddaje działaniu atmosfery technologicznej pobudzonej wyładowaniem jarzeniowym wywołanym przez różnicę potencjałów między obrabianym przedmiotem a gazowym przewodem zasilającym wprowadzonym do wnętrza tego przedmiotu, przy czym ruchy gazowego przewodu zasilającego, ogranicza się w kierunkach poprzecznych, polega na tym, że ruchy gazowego przewodu zasilającego ogranicza się w kierunkach poprzecznych poddając przynajmniej jeden z jego końców działaniu siły wzdłużnej rozciągającej pozostawiając mu swobodę ruchu w kierunku wzdłużnym. Ten nowy sposób ograniczenia ruchu gazowego przewodu zasilającego w kierunkach poprzecznych przez jego kontrolowane naciąganie można zrealizować przez dodatkowe grawitacyjne obciążanie jego dolnego końca siłą wzdłużną rozciągającą, przy

PL 192 649 B1 jego górnym końcu zamocowanym nieprzesuwnie albo przez poddawanie go działaniu siły wzdłużnej rozciągającej skierowanej odwrotnie do kierunku sił grawitacji przy jego dolnym końcu zamocowanym nieprzesuwnie albo też przez obciążanie go od dołu dodatkową siłą wzdłużną rozciągającą, przy jego górnym końcu obciążonym siłą wzdłużną rozciągającą skierowaną odwrotnie do kierunku sił grawitacji. Ponadto, punkty przyłożenia siły wzdłużnej rozciągającej i punkt zamocowania jednego z końców gazowego przewodu zasilającego korzystnie umieszcza się poza strefą wyładowań jonowych a obrabiany przedmiot zawiesza się na, korzystnie, kulowym przegubie.

Taki sposób całkowicie wyeliminował potrzebę stosowania izolacyjnych elementów stabilizujących położenie gazowego przewodu zasilającego ze strefy wyładowań jonowych, dzięki czemu wyeliminowano możliwości zwarć przez pyły katodowe, które teraz mogą swobodnie spadać w dół pieca poniżej przedmiotu obrabianego. Naciąganie gazowego przewodu zasilającego siłami wzdłużnymi pozwoliło na jego stabilne usztywnienie eliminujące jego wibracje spowodowane siłami dynamicznymi pola oraz eliminację jego ruchów poprzecznych, gdyż przyrost jego długości spowodowany rozszerzalnością liniową w wysokich temperaturach odkłada się pod działaniem sił rozciągających wyłącznie w kierunku lub kierunkach wzdłużnych, zwłaszcza że jak, nieoczekiwanie okazało się, sposób umożliwił oddzielenie od siebie elementów mocujących obrabiany przedmiot od elementów mocujących gazowy przewód zasilający. Wyeliminowało to bowiem możliwość zwarć wynikających z niejednakowych współczynników rozszerzalności liniowej obrabianego przedmiotu i gazowego przewodu zasilającego.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono bliżej w poniższych przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sposób naciągania gazowego przewodu zasilającego przy górnym jego końcu mocowanym nieprzesuwnie a dolnym obciążonym dodatkową masą, fig. 2 - sposób naciągania gazowego przewodu zasilającego przy jego dolnym końcu mocowanym nieprzesuwnie i górnym obciążonym siłą wzdłużną a fig. 3 - sposób naciągania gazowego przewodu zasilającego za pomocą dwóch sił wzdłużnych o przeciwnych zwrotach.

W celu azotowania powierzchni wewnętrznej cylindra K podwieszono go pionowo na przegubie kulowym w próżnioszczelnej retorcie, a do jego wnętrza wprowadzono gazowy przewód zasilający A, wprowadzony również w jego prowadnice P dolną i górną usytuowane na zewnątrz cylindra K. Wyprowadzony z cylindra K górny koniec gazowego przewodu zasilającego A zamocowano nieprzesuwnie, a dolny jego koniec wyprowadzony z wnętrza cylindra K obciążono grawitacyjnie siłą F1. Ponadto, do cylindra K przyłożono ujemny potencjał elektryczny a do gazowego przewodu zasilającego A potencjał dodatni. Proces azotowania poprzedzono operacją oczyszczania obrabianej powierzchni cylindra tak zwanym wyiskrzaniem, polegającym na przyłożeniu do cylindra K i przewodu A takiej różnicy potencjałów, która wywołuje iskrzenie i przy dopływie atmosfery o zerowym potencjale azotowym. Następnie cylinder poddano działaniu atmosfery azotującej pobudzonej wyładowaniem jarzeniowym uzyskanym przez podanie odpowiedniej różnicy potencjałów. Przyrost długości gazowego przewodu zasilającego A wywołany wysoką temperaturą procesu odkładał się wyłącznie w kierunku działania siły F1 nie powodując bocznych wypaczeń przewodu A. Ponadto, przewód A nie podlegał szkodliwym wibracjom, ponieważ podczas procesu cały czas był usztywniony działaniem dodatkowego obciążenia siłą F1. Natomiast pyły katodowe nie napotykając wewnątrz cylindra K żadnych przeszkód mogły spadać swobodnie w dół poza obszar cylindra K nie powodując szkodliwych prądów upływu prowadzących do lokalnych przegrzewań i zwarć.

Sposób według wynalazku można zrealizować również tak, że gazowy przewód zasilający A poddaje się działaniu siły rozciągającej wzdłużnej F2 skierowanej odwrotnie do kierunku sił grawitacji, przy czym jego dolny koniec zamocowuje się nieprzesuwnie jak to pokazano na fig. 2.

Sposób według wynalazku można zrealizować również tak, że gazowy przewód zasilający A dodatkowo, grawitacyjnie obciąża się od dołu siłą F1, a jego górny koniec poddaje się działaniu rozciągającej siły wzdłużnej F2 skierowanej odwrotnie do kierunku sił grawitacji, jak to pokazano na fig. 3. Taki sposób usztywniania gazowego przewodu zasilającego A może być korzystny przy jego znacznej długości, gdy konstrukcja pieca uniemożliwia odłożenie się przyrostu długości przewodu A tylko w jednym kierunku.

PL 192 649 B1

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób jonowej obróbki cieplno-chemicznej, szczególnie azotowania wewnętrznych po-

Claims

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód zasiiający A dodatkowo obciąża się grawitacyjnie siłą F1 a jego górny koniec zamocowuje się nieprzesuwnie.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazowy przewód zasilający A poddaje się działaniu siły wzdłużnej rozciągającej F2 skierowanej odwrotnie do kierunku sił grawitacji, przy czym jego dolny koniec zamocowuje się nieprzesuwnie.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazowy przewód zasilający A obciąża się dodatkowo od dołu siłą F1 a jego górny koniec poddaje się działaniu siły wzdłużnej rozciągającej F2 skierowanej odwrotnie do kierunku sił grawitacji.

5. Sposób według 1, znamienny tym, że punkty przyłożenia sił wzdłużnych rozciągających i mocowania jednego z końców gazowego przewodu zasilającego A umieszcza się poza strefą wyładowań jonowych, a obrabiany przedmiot K zawiesza się na korzystnie kulowym przegubie.