RU1628539C

RU1628539C - Method of processing articles

Info

Publication number: RU1628539C
Authority: RU
Inventors: В.Н. Ляшенко; Ю.В. Скворцов; С.С. Церевитинов
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4345
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1993-05-15

Abstract

Изобретение относитс к метал- лургии, в частности к технологии обработки изделий путем облучени их поверхности потоком энергии или частиц. Цель - упрощение способа обработки . Способ включает размещение изделий, в полости изол ционного корпуса , в торцах которого установлены электроды, вакуумирование полости корпуса до давлени 2-1700 Па, подачу напр жени на электроды и обработку импульсной плазмой с плотностью энергии, достаточной дл модификации структуры поверхности. Длительность ч одного импульса t 10бТ/Т,tгде Т - температура плавлени , &deg;С; TK - скорость кристаллизации,0С/с. Дл улучшени качества обрабатываемой поверхности обработку изделий производ т N импульсами, где НЬ2. Изобретение позвол ет исключить операцию напуска рабочего газа и повысить однородность физико-механических свойств упрочненной поверхности металлов, сплавов и неметаллических материалов. 1 . ф-лы. е ЭThe invention relates to metallurgy, in particular to technology for processing products by irradiating their surface with a stream of energy or particles. The goal is to simplify the processing method. The method includes placing the products in the cavity of the insulating casing, at the ends of which electrodes are installed, evacuating the casing cavity to a pressure of 2-1700 Pa, applying voltage to the electrodes and applying pulsed plasma with an energy density sufficient to modify the surface structure. Duration of a single pulse is t 10 bT / T, where T is the melting point, ° C; TK is the crystallization rate, 0C / s. In order to improve the quality of the surface to be treated, the products are treated with N pulses, where Hb2. The invention allows to exclude the operation of the inlet of the working gas and to increase the uniformity of the physico-mechanical properties of the hardened surface of metals, alloys and non-metallic materials. 1 . f-ly. e e

Description

Изобретение относитс к металлургии , в частности к технологии обработки изделий путем облучени их поверхности потоком энергии или частиц, и может быть использовано во всех отрасл х народного хоз йства, в частности в авиационной, автомобильной, станко- инструментзльной, судостроительной промышленности, дл улучшени свойств и увеличени срока службы изделий,The invention relates to metallurgy, in particular to the technology of processing products by irradiating their surface with a stream of energy or particles, and can be used in all sectors of the national economy, in particular in the aviation, automotive, machine tool, shipbuilding industries, to improve the properties and increase product life

Целью изобретени вл етс упрощение способа обработки и улучшение качества обрабатываемой поверхности.The aim of the invention is to simplify the processing method and improve the quality of the surface to be treated.

Цель достигаетс тем, что, в способе обработки изделий импульсной плазмой с плотностью энергии, достаточной дл модификации структуры поверхности, заключающемс в размещении изделий в полости изол ционного корпуса, в торцах которого установлены электроды, вакуумировании полости корпуса, подаче напр жени на электроды, вакуумкро- вание полости изол ционного корпуса производ т до давлени 2-1700 Па, а обработку провод т N импульсами, где N5; 2.The goal is achieved in that, in the method of processing products with pulsed plasma with an energy density sufficient to modify the surface structure, which consists in placing the products in the cavity of the insulating housing, at the ends of which electrodes are installed, evacuating the housing cavity, applying voltage to the electrodes, vacuum the cavity of the insulating body is produced up to a pressure of 2-1700 Pa, and the treatment is carried out by N pulses, where N5; 2.

Благодар такому вакуумированию полости изол ционного корпуса упрощаетс способ обработки изделий, поскольку не требуетс вакуумированне, как минимум, до -Лорвакуума, исключаетс необходимость последующего напуска рабочего газа, не требуетс дополнительна временна синхронизаци Due to such evacuation of the cavity of the insulating casing, the method of processing products is simplified, since it does not require evacuation, at least up to Lorvacuum, eliminates the need for subsequent inlet of working gas, does not require additional time synchronization

С IsWith is

ОABOUT

сwith

о ееabout her

между вакуумированием и напуском рабочего газа.between evacuation and inlet of the working gas.

Длительность одного импульса t ЈThe duration of one pulse t Ј

6 Т 10 ж-, где Т - температура плавnk 6 Т 10 ж-, where Т - melt temperature nk

лени , С; Т - скорость кристаллизации материала издели ,°С/с.laziness, C; T is the crystallization rate of the material of the product, ° C / s.

Благодар такой длительности импульса плазменного воздействи поверх ностный слой обрабатываемого издели модифицируетс , его эксплуатационные характеристики улучшаютс за счет быстрого расплавлени и закалки посредством отвода тепла от поверхностного сло на массу издели по механизму электронной теплопроводности либо возгонки поверхностного сло мате- - риала.Due to such a plasma pulse, the surface layer of the workpiece is modified, its performance is improved by fast melting and quenching by removing heat from the surface layer to the mass of the product by electronic heat conduction or sublimation of the surface layer of the material.

Обработку изделий с целью улучшени качества обрабатываемой поверхности производ т количеством импульсов более одного (2-м , 3-м и т„д.) до тех пор, пока изделие не будет обработано равномерно. Благодар такой обработке исключаетс неравномерность физико-механических свойств изделий по всей обрабатываемой поверхности, поскольку могут иметь место локальные загр знени и т.п., которые первыми импульсами плазмы ликвидируютс .The processing of products in order to improve the quality of the surface being machined is performed by the number of pulses of more than one (2nd, 3rd, etc.) until the product is processed evenly. Due to this treatment, the non-uniform physical and mechanical properties of the products over the entire surface to be treated are eliminated, since local contaminants and the like can occur, which are eliminated by the first plasma pulses.

Экспериментально установленное значение минимального предела давлени внутри изол ционного корпуса, равного 1 Па, при котором и ниже которого не наблюдаемс аффект обработки изделий, объ сн етс отсутствием условий формировани устойчивой плазменной оболочки. В начальные, после подачи на электроды напр жени , мо менты времени плазменный слой формируетс у внутренней стенки изол ционного корпуса, где достигаетс наибольша плотность тока, так как путь разр дного тока через эти области обеспечивает наименьшую индуктивность разр дной цепи,,The experimentally established value of the minimum pressure limit inside the insulating casing, equal to 1 Pa, at which and below which the processing effect of the products is not observed, is explained by the absence of conditions for the formation of a stable plasma shell. At the initial time, after applying voltage to the electrodes, the plasma layer is formed near the inner wall of the insulating casing, where the highest current density is reached, since the path of the discharge current through these regions provides the least inductance of the discharge circuit,

,На последующих стади х под действием электродинамических сил происходит ускоренное движение плазменного сло к геометрической оси изол ционного корпуса, где устанавливаетс об- батываемое изделие По мере ускоренного движени плазменного сло он увеличивает свою энергию как за счет повышений скорости, так и за счет захвата все большего числа частиц газа, наход щихс на его пути. В случае , когда начально давление рабочего га та меньше 1 На, вовлечение нейтральных частиц в плазменную оболочку становитс не эффективным по причине с снижени их числа в рачреленном газе, В таких режимах необходимые носители электрического тока вырываютс из материала изол ционного корпуса, что приводит к прив зке плазменного сло , In subsequent stages, under the action of electrodynamic forces, the plasma layer accelerates toward the geometrical axis of the insulating casing, where the product to be installed is installed. As the plasma layer accelerates, it increases its energy due to both speed increases and capture of a larger the number of gas particles in its path. In the case when the initial working pressure is less than 1 Na, the involvement of neutral particles in the plasma shell becomes ineffective due to a decrease in their number in the dissipated gas. In such regimes, the necessary electric current carriers are pulled out of the material of the insulating casing, which leads to the plasma layer

О к внутренней стенке корпуса и расходу запасенной энергии накопител на возбуждение т желых примесных ионов, а не на формирование ускор емой к цент- j ру изол ционного корпуса плазменнойО to the inner wall of the casing and the consumption of the stored energy of the storage ring for the excitation of heavy impurity ions, and not for the formation of a plasma insulating casing accelerated toward the center

5 оболочки.5 shells.

Экспериментально установленное значение максимального предела давлени , равного 2000 Па, при котором и выше которого не наблюдаетс эффект обра0 ботки изделий, объ сн етс также отсутствием условий дл формировани i плазменной оболочки, движущейс к гео- , метрической оси изол ционного корпуса. В указанном случае во всем объемеThe experimentally established value of the maximum pressure limit equal to 2000 Pa, at which and above which the effect of product processing is not observed, is also explained by the absence of conditions for the formation of an i plasma shell moving to the geo-metric axis of the insulating casing. In this case, in full

5 изол ционного корпуса имеетс така плотность частиц газа, котора обеспечивает в объеме изол ционного корпуса стримерные пробои. При этом не формируетс едина плазменна оболоч0 ка с тенденцией симметричного устойчивого движени к обрабатываемой детали .5 of the insulating body there is such a density of gas particles that provides streamer breakdowns in the volume of the insulating body. In this case, a single plasma membrane is not formed with a tendency to symmetrical steady motion towards the workpiece.

Экспериментально установленное значение длительности одного импульсаExperimentally set value of the duration of one pulse

c Плазмы, выше которого не наблюдаетс эффект обработки изделий, равнойc Plasma, above which there is no effect of processing products equal to

g Т t 10 -f объ сн етс отсутствием мо .. Тg T t 10 -f is explained by the lack of mo .. T

дифицировани исходной кристаллической структуры, где Тк - скорость кристаллизации . В случае импульсной плазменной обработки изделий, основанной на быстром остывании поверхностногоdifferentiating the initial crystalline structure, where Tk is the crystallization rate. In the case of pulsed plasma processing of products based on the rapid cooling of the surface

5 сло , усвоившего энергию плазменной оболочки, за счет отвода тепла на всю массу издели по механизму электронной теплопроводности, врем остывани примерно равно времени нагрева, т.е. длительности импульса. Эффект закалки издели наблюдаетс при скорост х охлаждени пор дка К/с. Дл чистых металлов, например, скорость кристаллизации лежит в пределах5 of the layer that has absorbed the energy of the plasma shell due to heat removal to the entire mass of the product by the electronic heat conduction mechanism, the cooling time is approximately equal to the heating time, i.e. pulse duration. The effect of quenching of the product is observed at cooling rates of the order of K / s. For pure metals, for example, the crystallization rate is within

-10 К/с, при этом температура плавлени пор дка . Отношение -10 K / s, with a melting point of the order of. Attitude

ТT

7 дл металлов составл ет величину7 for metals is

„ „

ггОyear

пор дка 10-10 с. Теоретически г: 1 h фпциент в выражении I fr Т/ 1 иметь чначениг пор дка 1 0е , но по экспериментальным данным его знамение близко к 10°. Така зависимость имеет место и дл сплавов. Нижний предел длительности импульса t ограничен возможност ми плазмоимпульсного оборудовани .about 10-10 s. Theoretically, g: 1 h, the factor in the expression I fr Т / 1 is of the order of 1 0е, but according to experimental data its sign is close to 10 °. Such a dependence also holds for alloys. The lower limit of the pulse duration t is limited by the capabilities of the plasma pulse equipment.

Пример 1. Обработке импупьс- ной плазмой подвергалс цилиндрический стержень, выполненный из титана, которьй р змсгчалс в центре полости изол ционного цилиндрического -кор- . пуса. Плотность энергии плазменного потока составл ла 10 Дж/см2, длительность одного импульса равн лась 10х Х1СГ с, т.е. меньше значени t: . Вакуумирование изол ционного корпуса проводилось до давлений 2, 10, 100, 1000, 1700 Па. После обработки стержней физико-механические испытани показали наличие упрочненного сло толщиной v10 мкм, микротвердость которого в 2 раза выше микротвердости основы} коррозионна стойкость повысилась в 5 раз.Example 1. A cylindrical rod made of titanium was subjected to treatment with impulse plasma, which was placed in the center of the cavity of the insulating cylindrical -cor-. pusa. The energy density of the plasma flow was 10 J / cm2, the duration of one pulse was 10x X1CG s, i.e. less than t:. The vacuum casing was evacuated to pressures of 2, 10, 100, 1000, 1700 Pa. After processing the rods, physical and mechanical tests showed the presence of a hardened layer with a thickness of v10 µm, the microhardness of which is 2 times higher than the microhardness of the base} corrosion resistance increased by 5 times.

Пример 2. Все сделано, как в -примере 1, только обработку стержн произвели 2-м импульсами. Результаты испытаний показали равномерное улучшение физико-механических свойств в поверхностном слое толщиной 10 мкм.Example 2. Everything is done, as in example 1, only the rod was processed with 2 pulses. The test results showed a uniform improvement in physical and mechanical properties in the surface layer with a thickness of 10 μm.

Пример 3 , Все сделано, как в примере 1, только длительность импульса составл ла 510 с, т;е. меньше значени с, а стержни были изготовлены из стали 30 ХГСН2А. После обработки стержней физико-механические испытани показали наличие упрочненного сло толщиной 10 мкм.Example 3, Everything is done, as in example 1, only the pulse duration was 510 s, i.e.; less than c, and the rods were made of 30 HGSN2A steel. After processing the rods, physical and mechanical tests showed the presence of a hardened layer with a thickness of 10 microns.

П р и м е р°4о Обработке импульсной плазмой по способу-прототипу подвергалс стержень, изготовленный из сплава ОТ4-1, которьй размещалс в центре полости изол ционного корпуса. Вакуумирование проводилось до форвакуума с последующим напуском газа до даэлени 1000 Па. Плотность энергии плазменного потока составл ла 10 Дж/см2, длительность импульса равн лась 15.10й с. Поверхность обрдбота на полностью, но микротвердость, котора в исходном состо нии равн лась 340 кг/мм2, колебалась в зависимости от участков в пределах 4500-6500 МПа, а толщина упрочненного сло колебалась от 5 до 15 мкм.EXAMPLE 4 °. A pulse made of an OT4-1 alloy, which was placed in the center of the cavity of the insulating casing, was subjected to pulsed plasma treatment by the prototype method. Evacuation was carried out before the forevacuum followed by a gas inlet up to 1000 Pa. The energy density of the plasma flow was 10 J / cm2, and the pulse duration was 15.10 s. The surface was completely finished, but the microhardness, which in the initial state was 340 kg / mm2, varied depending on the areas within 4500-6500 MPa, and the thickness of the hardened layer ranged from 5 to 15 microns.

20twenty

2525

. ЧГЛ96. CHGL96

П р и м 1 г. Карасю 1 К - нон млачмо Г по П|Т гт,п л PMPMY гтшс о( подперта-.г -м рр- чч т,, ч м-оп нчгнньпг с ич считавл ОТ- -1, котортн р i ЧМР чале в центре почо -ти и зоч цпопнпго iiui-.ni,- рического Kopnvc, 1, УИкуумнроп.чнн водилось до длвче.чм 1,л. ность энерпп паачпенного потока сос10 тЛвл ла 10 Дж/смг , д. титрт.ьнпст пк-- пульга равн плс: Ki fO с, Попррх- носгь обработана по тнсч тью, ч г пмопл место нерлшюморкости гкрг тпордостн в пргдр тлх - (500-6500 М м, vo i ni.taP r m 1 Karasu 1 K - non-malachmo G according to P | T gt, p l PMPMY gtsh o (propped-.g -m rrhh t ,, h m-op nchgnnpg with ich read OT--1 The chirr chime in the center of the soil and in the center of iiui-.ni, Kopnvc, 1, UIcumnrop.chnn was brought up to dl. 1, the energy supply of the paired flow was 10 tLvl 10 J / cmg, d .titr.npst pc-- bulg equals pls: Ki fO s, Poprrhnosg processed by tnchs, h g pmopl place nerlshumory gkrg tpordostn prgdr tlh - (500-6500 M m, vo i ni.ta

5 упрочненного сло колебалась от 5 до 15-мкм. The 5 hardened layer ranged from 5 to 15 μm.

Данные прнм,рч noi т ы ают, то ча счет упрогцени способа качество поверхности после пбрабитмЕ не - гтс . Неравномерность свойств поверхности ликвидируетс , если нсло пы- пульсов обработка увеличндЬ, Обработка идентичного стержн предлагаемымData prnm, rch noi t you, then by the way we will speed up the method surface quality after the work does not - GTS. The unevenness of the surface properties is eliminated if the number of pulses is increased, Processing an identical rod by the proposed

способом- при чнсогг ЛМПУЧЬСОВ ранa way- at chsogg of LMPUCHES of wounds

номерно упсличипгге1 ьикрот ерд ть на всех участках до 6500.4-/.00 МПа, а тол1Щ1на упрочненного сло колеблетс в пределах мкм,,in a uniform manner, we can hold in all sections up to 6500.4 - / .00 MPa, and the thickness of the strengthened layer varies within microns,

П р и м о р 6. Обработке импульсной плазмой подвергалс керамический режущий инструментВОК-63, которыиразме- щалс в центре полости и ол цноиного корпуса. Плотность энергии плазменного потока составл ла 40 Цж/см, дли- 35 тельность одного имттульса равн лась 15-10 Cf т.е. меньше значени t 10 с. Вакуумпрованне изол ционного корпуса проводилось до давлений 2,10, 100, 1000, 1700 Па. После обработки инструмента испытани показали наличие упрочненного сло толщиной 10 мкм и увеличение стойкости инструмента в 1,6 паза.PRIORITY 6. The VOK-63 ceramic cutting tool, which was placed in the center of the cavity and the entire body, was subjected to pulsed plasma treatment. The energy density of the plasma flow was 40 CJ / cm, the duration of one pulse was 15–10 Cf i.e. less than t 10 s. The vacuum insulated casing was carried out up to pressures of 2.10, 100, 1000, 1700 Pa. After processing the tool, tests showed the presence of a hardened layer with a thickness of 10 microns and an increase in tool life of 1.6 grooves.

Предложенный способ отличаетс от прототипа тем, что он существенно проще , поскольку не требует оакуумирова- ни полости изол ционного корпуса, как минимум, до форвакуума, исключает необходимость последующего напуска рабочего газа не требует дополнительной временной синхронизации метилу вакуумированием и напуском рабочего газа, улучшает качество обрабатываемой поверхности издели .The proposed method differs from the prototype in that it is much simpler because it does not require vacuuming the cavity of the insulating casing, at least up to the forevacuum, eliminates the need for subsequent inlet of working gas, does not require additional time synchronization of the methyl with vacuum and inlet of working gas, improves the quality of the gas being processed surface of the product.

30thirty

4040

4545

50fifty

5555

Ф о р м у (Л а ч а о б р е т е к и чFor m u (L a la b a te r and h

1. Способ обработки и ,пелки, включающий размещение изделий в полости1. The processing method and, pellets, including the placement of products in the cavity

71628539 .871628539 .8

изол ционного корпуса, в торцах кото-тельности одного импульса рого установлены электроды, вакууми- i/fflinsulating casing, electrodes are installed at the ends of one pulse of the horn, vacuum- i / ffl

рование полости корпуса, подачу напр - ;irovaniye of a cavity of the case, giving napr -;

жени на электроды и воздействие им- 5где т температура плавлени ,°С; пульсной плазмой с плотностью энергии,, скорость кристаллизации,°С/с„contact with the electrodes and the effect of it — where the melting temperature, ° C; pulse plasma with energy density ,, crystallization rate, ° C / s „

достаточной дл модификации структурыsufficient to modify the structure

поверхности, отличающийс 2, Способ по п. t, о т л и ч а га- тем, что, с целью упрощени способа, щ и и с тем, что, с целью улучше- вакуумирование полости корпуса произ- юни качества обрабатываемой поверх- вод т до давлени 2-1700 Па, а воз-ности, обработку изделий провод т N действие плазмой провод т при дли-импульсами, где surface, characterized in 2, The method according to p. t, and with the fact that, in order to simplify the method, u and so that, in order to improve the evacuation of the body cavity, the quality of the surface being processed lead to a pressure of 2-1700 Pa, and the possibility of processing products is carried out by N plasma action is carried out at length pulses, where