PL230438B1 - Sposób jonowego azotowania lub węgloazotowania powierzchni przedmiotów metalowych - Google Patents

Abstract

Istotą zgłoszenia jest sposób, w którym obrabiany przedmiot izoluje się elektrycznie od obudowy pieca i nagrzewa do temperatury 380 - 650°C, jednocześnie wytwarzając wokół niego próżnię rzędu 100 ÷ 800 Pa. Następnie w przestrzeń wokół obrabianego przedmiotu wprowadza się gaz reaktywny, na przykład azot lub mieszaninę azotu z wodorem, lub mieszaninę azotu z wodorem i acetylenem. Między elektrodę jonizującą, a obudowę pieca przykłada się stałe lub impulsowe napięcie jonizujące rzędu 280 -1800 V, a czas trwania procesu ustala się doświadczalnie w zależności od założonych parametrów obrabianej powierzchni. Sposób charakteryzuje się tym, że jonizuje się tylko przestrzeń przy co najmniej jednym wybranym fragmencie powierzchni obrabianego przedmiotu (O), tak że każdy człon elektrody jonizującej (Ej) obejmuje tylko wybrany fragment obrabianej powierzchni przedmiotu (O), przy czym profil każdego członu elektrody jonizującej (Ej) dostosowuje się do profilu odpowiadającego jej fragmentu obrabianej powierzchni a odległość każdego członu elektrody jonizującej (Ej) od azotowanych powierzchni nastawia się doświadczalnie w zakresie od 5 do 300 mm. Po zakończeniu procesu i po wyłączeniu napięcia jonizującego (Uj) przestrzeń obróbczą korzystnie chłodzi się gazem obojętnym, na przykład azotem pod ciśnieniem nie mniejszym niż 0,02 MPa.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób jonowego azotowania i/lub węgloazotowania powierzchni przedmiotów metalowych.

Znany sposób jonowego azotowania i/lub węgloazotowania przedmiotów metalowych polega na tym, że obrabiany przedmiot nagrzewa się do temperatury 380-650°C i korzystnie jednocześnie wytwarza się próżnię rzędu 100+800 Pa, następnie w przestrzeń wokół wsadu wprowadza się gazowy aktywator, na przykład w postaci azotu lub amoniaku lub ich mieszaniny, następnie przestrzeń wokół całego wsadu jonizuje się przykładając napięcie jonizujące rzędu 280-1800 V albo między obudowę pieca i obrabiany przedmiot albo między obudowę pieca i elektrodę jonizującą. Czas trwania procesu ustalano doświadczalnie w zależności od założonych parametrów uzyskanej przez obróbkę warstwy powierzchniowej. Sposób ten był korzystny dla przypadków, gdy cały obrabiany przedmiot miał regularne kształty zapewniające równomierną jonizację w każdym miejscu obrabianej powierzchni. W przypadku, gdy obrabiany przedmiot miał kształt skomplikowany, na przykład był wałkiem rozrządu albo miał otwory i wnęki, powyższy sposób nie zapewniał równomiernej jonizacji w różnych miejscach obrabianej powierzchni, co powodowało uzyskiwanie warstwy powierzchniowej o nierównomiernych parametrach.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu zapewniającego mniejsze koszty procesu i zwiększoną równomierność parametrów obrabianej warstwy powierzchniowej przedmiotu.

Istota sposobu według wynalazku, w którym obrabiany przedmiot izoluje się elektrycznie od obudowy pieca i nagrzewa do temperatury 380-650°Cjednocześnie wytwarzając wokół niego próżnię rzędu 100-800 Pa, następnie w przestrzeń wokół obrabianego przedmiotu wprowadza się gaz reaktywny, na przykład azot, lub mieszaninę azotu z wodorem, lub mieszaninę azotu z wodorem i acetylenem, między elektrodę jonizującą a obudowę pieca przykłada się stałe lub impulsowe napięcie jonizujące rzędu 280-1800 V a czas trwania procesu ustala się doświadczalnie w zależności od założonych parametrów obrabianej powierzchni, polega na tym, że jonizuje się tylko przestrzeń przy co najmniej jednym wybranym fragmencie powierzchni obrabianego przedmiotu tak, że każdy człon elektrody jonizującej obejmuje tylko wybrany fragment obrabianej powierzchni przedmiotu, przy czym profil każdego członu elektrody jonizującej dostosowuje się do profilu odpowiadającego jej fragmentu obrabianej powierzchni a odległość każdego członu elektrody jonizującej od azotowanych powierzchni nastawia się doświadczalnie w zakresie od 5 do 300 mm.

Dostosowanie profilu każdego członu elektrody jonizującej do profilu odpowiadającego jej fragmentu obrabianej powierzchni zwiększyło równoległość powierzchni członu elektrody do powierzchni obrabianej, co korzystnie wpłynęło na równomierność zjonizowanego pola a tym samym na równomierność uzyskanej warstwy a możliwość regulacji odległości między tymi powierzchniami zwiększyła precyzję obróbki. Przez zapewnienie właściwych temperatur tylko w okolicy wybranych powierzchni obrabianego przedmiotu zmniejszyło się też zużycie energii elektrycznej. Zmniejszyły się też koszty operacji przygotowania obrabianych powierzchni takich jak szlifowanie i polerowanie, ponieważ ograniczyły się one tylko do powierzchni poddawanych obróbce. Nieoczekiwanie okazało się, że taki proces lokalnej obróbki w istotny sposób zmniejszył niekorzystne naprężenia obrabianego przedmiotu, które powstawały prawdopodobnie głównie dotychczas szlifowania i polerowaniu całego wsadu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono bliżej w poniższych przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pieca w przekroju podłużnym a fig. 2 - przekrój podłużny członu elektrody o profilu zbliżonym do profilu fragmentu obrabianej powierzchni.

Przedmiotem obrabianym O była próbka ze stali WCL w postaci wałka o długości 300 mm i średnicy 15 mm z trzema jednakowymi, obwodowymi przewężeniami P o głębokości 0,5 mm i szerokości 10 mm, oddalonymi od siebie co 50 mm. Celem obróbki było uzyskanie azotowanej warstwy na powierzchniach tych przewężeń P. Proces azotowania prowadzono w komorze pieca próżniowego o średnicy 500 mm i wysokości 1300 mm. Umyty i wysuszony, obrabiany przedmiot O zawieszono wewnątrz komory próżniowej na izolatorach. Na wsporniku W zamocowano trójczłonową profilowaną elektrodę jonizującą Ej o średnicy 300 mm i wysokości 1000 mm wykonaną z siatki stalowej o oczkach trapezowych, przy czym obrabiany przedmiot O wprowadzono współosiowo do wnętrza członów elektrody Ei tak, że każdy z członów elektrody Ei obejmował odpowiadające mu przewężenie P i niewielkie obszary przy nich. Odległość D każdego członu elektrody jonizującej Ej od azotowanych powierzchni nastawiono doświadczalnie jako 20 mm. Nastawę tej odległości D umożliwiło przesuwne zamocowanie każdego członu elektrody jonizującej Ei na jej wsporniku W. Wsad nagrzano radiacyjnie promiennikami C do temperatury 350°C w warunkach próżni dynamicznej 1 hPa. Następnie do pieca wprowadzano gazową,

PL 230 438 Β1 reaktywną mieszankę Gr azotu z wodorem w proporcji 20% azotu i 80% wodoru do momentu osiągnięcia wartości ciśnienia próżni dynamicznej 2 hPa. Ciśnienie to stabilizowano zaworem przepustowym na pompie próżniowej. Po ustabilizowaniu tego ciśnienia obudowę B pieca połączono z dodatnim biegunem zasilacza napięcia stałego i uziemiono a elektrodę jonizującą Ej połączono z ujemnym biegunem tego zasilacza. Przy napięciu jonizującym Ui między elektrodą jonizującą Ej a obudową B pieca równym 1000 V prowadzono proces trawienia jonowego w czasie 30 minut przy lokalnej temperaturze miejsc azotowanych 520°C. Następnie zmieniono proporcję gazowej mieszanki reaktywnej Gr na 70% azotu i 30% wodoru i przy ciśnieniu próżni 4 hPa, napięciu jonizacji Ui w zakresie 700-850 V i przy temperaturze powierzchni azotowanej 520°C prowadzono proces lokalnego azotowania. Temperaturę powierzchni azotowanej stabilizowano przez regulację napięcia jonizacji Ui w granicach 700+850 V. Proces azotowania lokalnego prowadzono w czasie 8 godzin. Po zakończeniu procesu azotowania wyłączono napięcie jonizacyjne Ui i prowadzono szybkie chłodzenie obrabianego przedmiotu O w strumieniu gazowego azotu pod ciśnieniem 0,02 MPa do osiągnięcia temperatury 80°C. Uzyskano warstwę azotowaną o grubości efektywnej 80 μm i twardości powierzchniowej 1000 HV 0,5. Twardość rdzenia wałka została zachowana i wynosiła 450 HV 0,5, tak jak przed procesem azotowania. Warstwę otrzymano na powierzchni w przestrzeni ograniczonej elektrodą i niewielkim obszarze obok.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób jonowego azotowania i/lub węgloazotowania powierzchni przedmiotów metalowych polegający na tym, że obrabiany przedmiot izoluje się elektrycznie od obudowy pieca i nagrzewa do temperatury 380-650°C jednocześnie wytwarzając wokół niego próżnię rzędu 100+800 Pa, następnie w przestrzeń wokół obrabianego przedmiotu wprowadza się gaz reaktywny, na przykład azot, lub mieszaninę azotu z wodorem, lub mieszaninę azotu z wodorem i acetylenem, między elektrodę jonizującą a obudowę pieca przykłada się stałe lub impulsowe napięcie jonizujące rzędu 280-1800 V a czas trwania procesu ustala się doświadczalnie w zależności od założonych parametrów obrabianej powierzchni, znamienny tym, że jonizuje się tylko przestrzeń przy co najmniej jednym wybranym fragmencie powierzchni obrabianego przedmiotu O, tak że każdy człon elektrody jonizującej Ej obejmuje tylko wybrany fragment obrabianej powierzchni przedmiotu O, przy czym profil każdego członu elektrody jonizującej Ej dostosowuje się do profilu odpowiadającego jej fragmentu obrabianej powierzchni a odległość D każdego członu elektrody jonizującej Ej od azotowanych powierzchni nastawia się doświadczalnie w zakresie od 5 do 300 mm.
2. 2. Sposób według zastrzeż. 1, znamienny tym, że po zakończeniu procesu i po wyłączeniu napięcia jonizującego Ui przestrzeń obróbczą chłodzi się gazem obojętnym, na przykład azotem pod ciśnieniem nie mniejszym niż 0,02 MPa.