RU2222637C1

RU2222637C1 - Method of diffusion saturation of parts

Info

Publication number: RU2222637C1
Application number: RU2002116343/02A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Башкатов; В.П. Кузнецов; В.П. Лесников; С.В. Цыпков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Пермский моторный завод"
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: chemical thermal treatment of parts made for heat-resistant alloys having long narrow inner passages. SUBSTANCE: proposed method of diffusion saturation of parts in circulating gaseous medium includes heating parts to temperature of treatment and holding them at heat for diffusion saturation. In the course of diffusion saturation holding, gaseous medium is set in forced circulation. Zone is increased pressure of saturating gaseous medium is formed above grate holding the parts. Height of zone of increased pressure exceeds height work-piece. EFFECT: possibility of obtaining smooth coats on inner surfaces of parts. 1 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к химико-термической обработке, преимущественно деталей из жаропрочных сплавов с длинными узкими внутренними каналами. The invention relates to chemical-thermal treatment, mainly of parts made from heat-resistant alloys with long narrow internal channels.

Известен способ насыщения тугоплавких металлов в газовой среде, например, алюминием, кремнием и цирконием с применением двухэтажной безмуфельной печи, при котором газовую среду, являющуюся переносчиком диффундирующего элемента покрытия на насыщаемый металл, приводят в циркуляционное движение в герметически замкнутом объеме рабочей камеры печи и многократно используют в процессе насыщения (а.с. СССР 148318, С 23 С 11/00, 23.03.1961). A known method of saturation of refractory metals in a gaseous medium, for example, aluminum, silicon and zirconium using a two-story muffle-free furnace, in which the gaseous medium, which is the carrier of the diffusing coating element on the saturated metal, is brought into circulation in a hermetically closed volume of the working chamber of the furnace and reused in the process of saturation (AS USSR 148318, С 23 С 11/00, 03/23/1961).

Недостатком известного способа является некачественное нанесение защитного покрытия на внутренние поверхности деталей с длинными узкими внутренними каналами. The disadvantage of this method is the poor-quality application of a protective coating on the inner surfaces of parts with long narrow internal channels.

Наиболее близким по технической сущности является способ алитирования деталей, преимущественно лопаток из жаропрочных сплавов, с узкими внутренними каналами, включающий нагрев до температуры обработки и диффузионную выдержку, в процессе которой осуществляют принудительную циркуляцию газовой среды от источника насыщающего элемента к наружным и внутренним поверхностям деталей с периодическим изменением скорости потока (SU 1238597, С 23 С 10/00, 15.10.84). The closest in technical essence is the method of alitizing parts, mainly blades made of heat-resistant alloys, with narrow internal channels, including heating to the processing temperature and diffusion holding, during which forced circulation of the gaseous medium from the source of the saturating element to the external and internal surfaces of the parts with periodic a change in the flow rate (SU 1238597, С 23 С 10/00, 10.15.84).

Задача изобретения - повышение качества нанесения защитного покрытия на внутренние поверхности деталей с длинными узкими внутренними каналами. The objective of the invention is to improve the quality of applying a protective coating to the inner surfaces of parts with long narrow internal channels.

Поставленная задача достигается тем, что в способе диффузионного насыщения деталей в циркулирующей газовой среде, преимущественно лопаток из жаропрочных сплавов с длинными узкими внутренними каналами, включающим нагрев до температуры обработки и диффузионную выдержку, при которой осуществляют принудительную циркуляцию газовой среды, в процессе диффузионной выдержки над решеткой для деталей создают зону повышенного давления насыщающей газовой среды, причем высота зоны повышенного давления больше высоты обрабатываемой детали. The problem is achieved in that in the method of diffusion saturation of parts in a circulating gas medium, mainly blades made of heat-resistant alloys with long narrow internal channels, including heating to the processing temperature and diffusion exposure, during which the forced circulation of the gas medium is carried out during diffusion exposure over the grate for parts create a zone of high pressure saturating the gas medium, and the height of the zone of high pressure is greater than the height of the workpiece.

Известно, что для ускорения процесса доставки молекул галогенидов к поверхности деталей используются вентиляторы, осуществляющие перемешивание или прокачку газа, создание постоянного или циклического перепада давлений в реакционной камере. Такой способ используется для формирования покрытий на поверхностях сложной конфигурации. Для реализации процесса переноса вещества на подложку используют высокотемпературный нагрев при сравнительно низком давлении (10^-2-10^-5 Па). Чем больше давление пара насыщающего вещества, тем больше скорость его доставки к поверхности (Абраимов Н.В. Высокотемпературные материалы и покрытия для газовых турбин. - М.: Машиностроение, 1993, с. 166-168).It is known that in order to accelerate the process of delivering halide molecules to the surface of parts, fans are used that mix or pump gas and create a constant or cyclic pressure drop in the reaction chamber. This method is used to form coatings on surfaces of complex configuration. To implement the process of transferring a substance to a substrate, high-temperature heating is used at a relatively low pressure (10 ^-2 -10 ^-5 Pa). The higher the vapor pressure of the saturating substance, the greater the rate of its delivery to the surface (Abraimov N.V. High-temperature materials and coatings for gas turbines. - M .: Mashinostroenie, 1993, p. 166-168).

Известно, что процесс диффузионного насыщения циркуляционным методом может осуществляться в изотермических условиях, когда разные активности диффундирующего элемента в исходном материале и на насыщаемой поверхности порождают градиент парциального давления газа-переносчика в рабочей камере установки. В результате принудительной циркуляции обогащенная газовая среда, вступая в контакт с насыщающей поверхностью, будет иметь стремление изменить свой состав в сторону уменьшения парциального давления АlСl_з. Например, при увеличении концентрации алюминия на поверхности никеля в изотермических условиях насыщения повышается парциальное давление моноиодида алюминия, что приводит к уменьшению перепада давления между зонами расположения алюминия и насыщающей поверхности. Следствием этого является снижение интенсивности диффузионного насыщения с увеличением изотермической выдержки (Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах. - М.: Машиностроение, 1979, с. 32-35).It is known that the diffusion saturation process by the circulation method can be carried out under isothermal conditions, when different activities of the diffusing element in the starting material and on the saturable surface generate a partial pressure gradient of the carrier gas in the working chamber of the installation. As a result of forced circulation, the enriched gas medium, coming into contact with the saturating surface, will tend to change its composition in the direction of decreasing the partial pressure of AlCl _s . For example, with an increase in the concentration of aluminum on the surface of nickel under isothermal conditions of saturation, the partial pressure of aluminum monoiodide increases, which leads to a decrease in the pressure drop between the areas of aluminum and the saturation surface. The consequence of this is the decrease in the intensity of diffusion saturation with increasing isothermal exposure (Arzamasov BN Chemical-thermal treatment of metals in activated gas media. - M .: Mashinostroenie, 1979, p. 32-35).

Данные способы можно использовать для нанесения покрытия на внутренние поверхности каналов деталей с недлинными каналами. При нанесении покрытия на внутренние поверхности узких длинных каналов резко снижаются качество и толщина наносимого покрытия. Известные способы не позволяют наносить защитное покрытие на внутренние поверхности деталей с длинными узкими внутренними каналами. These methods can be used to coat the inner surfaces of the channels of parts with long channels. When coating the inner surfaces of narrow long channels, the quality and thickness of the applied coating are sharply reduced. Known methods do not allow to apply a protective coating on the inner surfaces of parts with long narrow internal channels.

В предлагаемом техническом решении зона перепада давления увеличена за счет создания аэродинамического сопротивления, длинный узкий канал детали находится в одинаковых условиях. In the proposed technical solution, the differential pressure zone is increased by creating aerodynamic drag, the long narrow channel of the part is in the same conditions.

Заявитель не обнаружил технических решений, позволяющих увеличивать зону повышенного давления. The applicant has not found technical solutions that allow to increase the zone of high pressure.

Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.

В печи 1 с футерованной нагревательной камерой (см. чертеж) установлен герметичный муфель 2, внутри которого находятся экран 3 с отверстиями "а" в нижней части, полочки 4 для порошковой смеси, решетка 5 для деталей 6 и дроссельная решетка 7. Вентилятор 8 установлен в дефлекторе 9. A sealed muffle 2 is installed in the furnace 1 with a lined heating chamber (see drawing), inside of which there is a screen 3 with holes “a” in the lower part, shelves 4 for powder mix, grill 5 for parts 6 and throttle grill 7. Fan 8 is installed in the deflector 9.

На решетку 5 устанавливают детали 6 с длинными узкими внутренними каналами. На полочки 4 загружают порошковую смесь. Муфель 2 закрывают и из него откачивают воздух. Печь 1 нагревают. Во время нагрева происходит возгонка активатора порошковой смеси и устанавливается избыточное давление насыщающей газовой среды. При температуре 900-1000^oС включают вентилятор 8 и осуществляют принудительную циркуляцию газовой среды. Циркулирующий газовый поток проходит через дроссельную решетку 7, которая создает аэродинамического сопротивления. Между решеткой 5 и дроссельной решеткой 7 образуется зона повышенного давления насыщающей газовой среды, а под вентилятором 8 - зона низкого давления. Создается перепад давления между входом вентилятора и дроссельной решеткой, выравнивается давление по высоте обрабатываемой детали. Высота "h" зоны повышенного давления больше высоты "b" обрабатываемой детали.On the grill 5 install parts 6 with long narrow internal channels. Powder mixture is loaded onto shelves 4. The muffle 2 is closed and air is pumped out of it. The furnace 1 is heated. During heating, the activator of the powder mixture is sublimated and the overpressure of the saturating gas medium is established. At a temperature of 900-1000 ^o With turn on the fan 8 and carry out forced circulation of the gaseous medium. The circulating gas flow passes through the throttle grate 7, which creates aerodynamic drag. Between the grate 5 and the throttle grate 7, a zone of increased pressure of the saturating gas medium is formed, and under the fan 8, a zone of low pressure. A pressure differential is created between the fan inlet and the throttle grate, the pressure is equalized to the height of the workpiece. The height "h" of the pressure zone is greater than the height "b" of the workpiece.

Установлено, что качество защитного покрытия на внутренней поверхности детали с длинными узкими внутренними каналами удовлетворяет требованиям технологии при h=(1,1-1,3)b. It was found that the quality of the protective coating on the inner surface of the part with long narrow internal channels satisfies the requirements of the technology at h = (1.1-1.3) b.

После окончания процесса диффузионного насыщения газовую смесь из муфеля 2 откачивают или оставляют с напуском аргона. After the diffusion saturation process is over, the gas mixture from the muffle 2 is pumped out or left with an argon inlet.

Пример конкретного выполнения
На установке ШГА 1/1 обрабатывались две партии лопаток высотой 400 мм из сплава ЖС26ВИ. Эквивалентный гидравлический диаметр внутренних каналов 4,3 мм. Расстояние между решеткой для деталей и дроссельной решеткой равно 450 мм. Режим насыщения: диффузионная выдержка 6 часов при температуре 980^oС, скорость периодически работающего вентилятора 1000 об/мин.Concrete example
Two batches of blades 400 mm high from ZhS26VI alloy were processed at the ShGA 1/1 installation. Equivalent hydraulic diameter of internal channels 4.3 mm. The distance between the part grille and the throttle grate is 450 mm. Saturation mode: diffusion exposure for 6 hours at a temperature of 980 ^o C, the speed of a periodically running fan 1000 rpm

После обработки провели контроль толщины покрытия во внутреннем канале лопатки: у замка (низ), в середине и у конца пера лопатки (верх). Результаты измерений приведены в таблице. After processing, the coating thickness was controlled in the inner channel of the scapula: at the lock (bottom), in the middle and at the end of the scapular feather (top). The measurement results are shown in the table.

Изобретение позволяет получать равномерные покрытия на внутренних поверхностях деталей с длинными узкими внутренними каналами. The invention allows to obtain uniform coatings on the inner surfaces of parts with long narrow internal channels.

Claims

The method of diffusion saturation of parts in a circulating gas medium, mainly blades made of heat-resistant alloys with long narrow internal channels, including heating to a processing temperature and diffusion exposure, during which forced circulation of the gas medium is carried out, characterized in that during diffusion exposure above the grill for parts create a zone of high pressure saturating the gas environment, and the height of the zone of high pressure is greater than the height of the workpiece.