Вакуумно-плазмовий спосіб зміцнення різального інструмента з вуглецевої сталі

1. Вакуумно-плазмовий спосіб зміцнення різального інструмента з вуглецевої сталі, що включає азотування приповерхневого шару різального інструмента при дії на нього азотної плазми, який 3 57072 рахунок нагріву усієї деталі і її швидкого охолодження. Слід відзначити також значний термін процесу, пов'язаний з малою швидкістю нагрівання деталей газом, особливо масивних, непродуктивні витрати газу і енергії для його нагрівання. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб зміцнення різального інструменту з вуглецевої сталі. Удосконалення повинно забезпечити більше зміцнення приповерхневого шару різального інструменту і підвищення його зносостійкості при менших енерговитратах. Таке удосконалення повинно здійснюватися шляхом вибору певних режимів дії азотної плазми на приповерхневий шар різального інструменту. Спосіб також повинен забезпечити можливість обробки тільки однієї сторони інструменту для того щоб він набув властивості самозагострювання. Поставлена задача вирішується способом, що патентується, за яким, також як і за способомпрототипом, для азотування приповерхневого шару різального інструменту на нього діють азотною плазмою. Відрізняється спосіб тим, що різальний інструмент обробляють короткими плазмовими імпульсами для забезпечення швидкого розплавлення і наступного надшвидкого (~ 10-6 с) охолодження поверхневого шару товщиною 20-100 мкм. Найбільший ефект досягається, коли різальний інструмент обробляють 3-10 плазмовими імпульсами тривалістю не більше 10 мкс при щільності енергії плазмового потоку 25-40 Дж/см. Для того щоб різальний інструмент став самозагострюваним обробляють тільки одну його сторону. При обробці різального інструменту плазмовими імпульсами вказаної тривалості і щільності енергії імпульсного плазмового потоку відбувається ефективна дифузія іонів плазми вглиб розплавленого шару матеріалу і наступне надшвидке (за проміжок біля 10-6 сек.) його охолодження. Внаслідок того, що енергія передається протягом дуже короткого проміжку часу і не встигає дифундувати в глибину матеріалу, вона концентрується в тонкому поверхневому шарі. Відбувається його плавлення з одночасним впровадженням потоку іонів (наприклад, азоту) в матеріал мішені при градієнті температур ~ 108 К/м. В результаті такого режиму вдається досягти зміцнення приповерхневого шару різального інструменту і покращити його зносостійкість при менших енерговитратах. При обробці однієї його сторони забезпечується його самозагострюваність. Як показали досліди, найбільший ефект досягається, коли тривалість імпульсів не перевищує 10 мкс при щільності енергії плазмового потоку 2540 Дж/см2. При збільшенні тривалості імпульсів Комп’ютерна верстка А. Рябко 4 або при зменшенні щільності енергії може не відбутися відповідне плавлення поверхневого шару, а збільшення щільності енергії може призвести до зросту шорсткості поверхні. При кількості плазмових імпульсів більшої за 10 не відбувається помітного збільшення міцності оброблюваного матеріалу, а витрати енергії зростають. Якщо кількість імпульсів менша від 3, потрібний ефект зміцнення в повній мірі може не досягатися. Даний спосіб обробки різального інструмента реалізовувався на установці яка складається з коаксіального імпульсного плазмового прискорювача з анодом діаметром 14 см, і катодом діаметром 5 см, розміщених у вакуумній камері довжиною 120 см і діаметром 100 см. Довжина електродів прискорювача складає 70 см. Робочий газ напускався в прискорювач за допомогою імпульсного електромагнітного клапана. Клапан розташований всередині центрального електрода (катода). Для введення зразків (деталей) у робочу область без розгерметизації, у вакуумній камері є два шлюзи. Для відкачування шлюзів і камери використовувались два форвакуумних насоси і один дифузійний. Різальний інструмент встановлювали у камеру, яку потім відкачували до тиску ~ 5×10-5 Па. Обробляли поверхневий шар (товщиною 20-100 мкм) з однієї сторони різального інструменту 3-10 імпульсами плазми тривалістю до 10 мкс, при цьому щільність енергії імпульсного плазмового потоку складала 25-40 Дж/см2. Після кожної імпульсної плазмової дії відбувалось надшвидке охолодження поверхневого шару (за проміжок біля 10-6 сек.). Покращення параметрів різального інструменту було перевірено експериментально. Випробування виробів проводилися при умовах моделюючих реальні в суміші, яка мала 10% розчин цукру й стружку цукрового буряка. Після плазмової обробки, на поверхні різального інструменту не виявлено змін в геометрії деталі і зовнішніх ушкоджень (мікротріщин). На обробленій поверхні виявлено значне зростання мікротвердості (на 300%). Зносостійкість зросла у 4-5 разів. Крім цього завдяки обробці тільки однієї із сторін різального інструменту, спостерігалась здатність до самозагострювання в ході процесу різання. Таким чином, запропонований спосіб забезпечує більше зміцнення приповерхневого шару різального інструменту і підвищує його зносостійкість при менших енерговитратах. Джерела інформації 1. Патент РФ №2062817. 2. Патент України №42467. 3. Патент Японії JP №568915 (прототип). Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601