Спосіб азотування титанових сплавів в атмосфері технічного азоту

Реферат: Спосіб азотування титанових сплавів в атмосфері технічного азоту включає завантаження -1 виробів в герметичну реакційну камеру, вакуумування до тиску 10 мм рт. ст., нагрів, наступне -1 вакуумування до тиску 10 мм рт. ст., введення технічно чистого азоту, ізотермічну витримку при температурі насичення та охолодження разом з установкою. Нагрівання проводять до 1050 °C, а витримку здійснюють протягом 2-3 год. UA 74754 U (54) СПОСІБ АЗОТУВАННЯ ТИТАНОВИХ СПЛАВІВ В АТМОСФЕРІ ТЕХНІЧНОГО АЗОТУ UA 74754 U UA 74754 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до хіміко-термічної обробки, зокрема, до процесу насичення титанових сплавів з азотовмісних середовищ, і може знайти застосування в машинобудуванні, авіабудуванні для виробів, що працюють в умовах дії контактних навантажень. Відомий спосіб хіміко-термічної обробки в азотовмісному середовищі для підвищення зносостійкості виробів із титанових сплавів, при якому нагрів, ізотермічну витримку протягом 515 годин при температурах 900-950 °C та охолодження проводять у статичній атмосфері азоту [1]. В результаті такого способу обробки на поверхні титанових сплавів формується шар нітриду титану. Недоліком відомого способу є те, що сформований поверхневий шар нітриду недостатньо високої твердості має незначну товщину і в процесі прикладення контактних навантажень в умовах абразивного зношування викришується та має недостатню абразивну стійкість [2, 3]. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити такий спосіб нанесення покриттів на основі азоту, який забезпечує отримання дифузійного шару з високою твердістю та достатньою високою абразивною стійкістю, товщина якого забезпечить необхідні експлуатаційні характеристики, за рахунок введення в склад насичуючої суміші азоту. Азот - це одна з розповсюджених складових фаз проникнення, яка сприяє утворенню зверхстехіометричних сполук, а також впливає на властивості фаз проникнення. Такий вид обробки, як азотування, забезпечує контрольоване формування покриттів заданого хімічного складу, оптимальне співвідношення розмірів зони сполук та зони внутрішнього азотування. Насичення титану елементами проникнення, зокрема, азотом, дозволяє одержати покриття, що складається з твердого поверхневого шару нітриду титану, відокремленого від матриці менш твердою перехідною дифузійною зоною - зоною внутрішнього азотування. Спосіб здійснюють наступним чином: вироби розташовують в герметичній реакційній камері. -1 Камеру з вмістом вакуумують до тиску 10 мм.рт.ст., нагрівають до температур насичення -1 1050 °C, ще раз вакуумують до тиску 10 мм.рт.ст., відключають насос, вводять технічно чистий 2 азот із розрахунку 0,3-0,5 л/м робочої поверхні та здійснюють витримку протягом 2-3 годин. Після закінчення процесу нанесення покриттів виріб разом з камерою охолоджують до кімнатної температури. Приклад 1 Вироби з сплавів ВТ6 розміщують в реакційну камеру. -1 Камеру герметизують, нагрівають до температури 1050 °C, вакумують до тиску 10 мм.рт.ст., відключають насос, вводять технічно чистий азот із розрахунку 0,55 л/м робочої поверхні та здійснюють витримку на протязі 2 годин. Після закінчення процесу насичення вироби охолоджують разом з камерою до кімнатної температури. В результаті на поверхні виробів виготовлених з ВТ6 після азотування при 1050 °C утворюється шар нітриду титану TiN з параметром ґратки а=0,4230 нм, що має товщину (1,52,0) мкм та мікротвердість 18,0 Гпа (табл.). Його товщина залежить від часу азотування параболічно. 40 Таблиця Характеристики покриття на титановому сплаві ВТ6 після відомого та пропонованого способу обробки Спосіб обробки відомий пропонований 45 Твердість поверхні, ГПа Товщина нітриду титану, мкм 13,5 18,0 1,0 2,0-2,5 Товщина твердого розчину азота в титані, мкм 50 50-55 Втрата маси при абразивному 2 зношуванні, кг/м с 6,5 3,2 Під ним розташована зона твердого розчину азоту в -титані. Мікротвердість її складає 7,0 ГПа безпосередньо під шаром нітриду і поступово зменшується до твердості основи на глибині (50-55) мкм. Товщина шару твердого розчину зростає із збільшенням тривалості процесу і підвищенням температури обробки. Азотування титану при 850-900 °C протікає дуже повільно і за 24 години утворюється шар завтовшки в 30-35 мкм. При температурах 1000 °C і вище за той же час глибина азотування перевищує 1 мм. Проте при дуже високих температурах азотування та великих витримках спостерігається ріст зерна -фази, що приводить до різкого погіршення 1 UA 74754 U 5 механічних властивостей титана і його сплавів. В той же час насичення впродовж 2-3 годин не призводить до значного зростання зерен навіть при температурі 1050 °C. Джерела інформації: 1. Горьшин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1990. 2. Титановые сплавы в машиностроении / Под ред. Г.И. Капырша. - Л.: Машиностроение, 1977. 3. Федірко В.М., Погрелюк І.М. Азотування титану та його сплавів. - К.: Наукова думка, 1995; Обработка поверхности и надежность материалов: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Бурке, Ф. Вайса. М.: Мир, 1984. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб азотування титанових сплавів в атмосфері технічного азоту, що включає завантаження -1 виробів в герметичну реакційну камеру, вакуумування до тиску 10 мм рт. ст., нагрів, наступне -1 вакуумування до тиску 10 мм рт. ст., введення технічно чистого азоту, ізотермічну витримку при температурі насичення та охолодження разом з установкою, який відрізняється тим, що нагрівання проводять до 1050 °C, а витримку здійснюють протягом 2-3 год. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2