Энергетические и газодинамические характеристики установок ионного азотирования промышленного типа

Приводится анализ энергетических характеристик промышленного оборудования – установок ионного азотирования, с различным исполнением вакуумных камер – с горячими и холодными стенками. Приведены результаты расчетов и экспериментальных исследований теплового баланса системы «садка – стенка камеры» при проведении процесса плазменного азотирования на установках промышленного типа. Рассмотрено влияние количества теплозащитных экранов в установках с холодными стенками на температуру внутреннего экрана и мощность тепловых потерь при разогреве садки деталей и ее изотермической выдержке. Показано существенное влияние геометрии разрядной камеры на величину мощности разряда, необходимой для разогрева садки и ее выдержки при определенной температуре – чем меньше геометрические размеры камеры (диаметр и высота), тем меньшая мощность тлеющего разряда нужна для обеспечения необходимой температуры садки. Показано, что при достаточном удалении садки деталей от стенок камеры, падение напряжения на остове тлеющего разряда может составлять десятки вольт, что приводит к снижению катодного падения потенциала и, соответственно, к увеличению электрической мощности, необходимой для поддержания требуемой температуры садки по сравнению с садкой, максимально приближенной к стенкам камеры. Это приводит к тому, что при более плотной загрузке требуется меньший удельный расход электроэнергии для обеспечения необходимой глубины азотированного слоя; при этом удельные энергозатраты при температуре садки 525–530 °С составляют величину 0,6–1,6 кВт·ч/кг в зависимости от степени загрузки камеры. Показано, что при ионном азотировании давление рабочего газа должно быть таким, чтобы обес печивалась аномальность тлеющего разряда, то есть свечением разряда должна быть охвачена вся площадь катода- садки.

1. IonitechLtd. Products [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.ionitech.com/products/coldwall-equipment.html – Date of access: 01.06.2018.

2. Упрочняющая ионная химико-термическая обработка [Электронный ресурс] // Физико-технический институт НАН Беларуси. – Режим доступа: http://phti.by/product/Hardening-ion-chemical-heat-treatment. – Дата доступа: 01.06.2018.

3. Plasma Nitriding Equipment for South America [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.secowarwick.com/en/news/plasma-nitriding-equipment-for-south-america/ – Date of access: 27.04.2014.

4. PVA Industrial Vacuum Systems GmbH. PulsPlasma® Nitriding. Oxidation [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.plateg.com/willkommen-eng.html – Date of access: 01.06.2018.

5. Nitriding Plants [Electronic resource] // Eltropuls. – Mode of access: http://www.eltropuls.de/en/products/plant-engineering/nitriding – Date of access: 15.05.2018

6. Nitriding and Coating Systems [Electronic resource] // RÜBIG Industrial Furnaces. – Mode of access: https://www.rubig.com/fileadmin/user_upload/AT/Downloads/AT_Folder_Anlagentechnik_A4_EN_20170321_Einzelseiten.pdf – Date of access: 25.05.2017.

7. Энгель, А. Физика и техника электрического разряда в газах / А. Энгель, М. Штенбек. – М.: ОНТИ-НКТП, 1936. – Т. 2. – 384 с.

8. Параметры области катодного падения потенциала самостоятельного нормального тлеющего разряда в гелии при атмосферном давлении / В. И. Архипенко [и др.] // Физика плазмы. – 2002. – Т. 28, № 10. – С. 858–865. https://doi.org/10.1134/1.1513839

9. Чаттерджи-Фишер, Р. Азотирование и карбонитрирование / Р. Чаттерджи-Фишер, Ф. Эйзелл. – М.: Металлургия, 1990. – 280 с.

10. Pye, D. Practical Nitriding and Ferritic Nitrocarburizing / D. Pye. – ASM International Park, 2003. – 256 p.

11. Капцов, Н. А. Электрические явления в газах и вакууме / Н. А. Капцов. – М.; Л.: ОГИЗ, 1947. – 810 с.

12. Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. В. Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981. – 415 с.

13. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей: [в 2 т.] / под ред. В. А. Кривандина. – М.: Металлургия, 1986. – Т. 2: Расчеты металлургических печей / Б. С. Мастрюков. – 376 с.

14. Свенчанский, А. Д. Электрические промышленные печи: в 2 ч. / А. Д. Свенчанский. – М.: Энергия, 1975. – Ч. 1: Электрические печи сопротивления. – 384 с.

15. Блох, А. Г. Теплообмен излучением: справочник / А. Г. Блох, Ю. А. Журавлев, Л. Н. Рыжков. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 432 с.

16. Босяков, М. Н. Энергетические параметры процессов ионного азотирования на промышленном оборудовании / М. Н. Босяков, А. А. Козлов // Доклады БГУИР. – 2013. – № 3(73). – C. 76–82.