Содержание к диссертации
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ХТО ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И
ИНСТРУМЕНТА 10
1.1 Физико-химические закономерности азотирования 10
1.1.1 Система железо-азот 10
Анализ способов низкотемпературного азотирования конструкционных и высокохромистых легированных сталей 39
Классическое газовое азотирование при радиационном нагреве... 41
Оксиазотирование - существующие варианты, их применение и
недостатки 49
Выводы по главе 1 59
Методики проведения экспериментальных исследований 71
Метод контроля процесса по оценке степени диссоциации аммиака при изменении электрофизических параметров газа 106
Исследование строения и свойств упрочненного слоя стали 20X3МВФ
Износостойкость и изменение геометрии азотированной поверхности 127
Исследование строения и свойств упрочненного слоя стали 40X13 ..129
Особенности структуры нитридов железа (s- фазы), сформированных на поверхности 143
Исследование коррозионно-электрохимических свойств 155
Выводы по главе 5 165
Выводы по главе 6 172
Введение к работе
Изменение и усложнение условий эксплуатации машин, узлов и агрегатов требует постоянного совершенствования материалов и технологий их изготовления.
Проблемы создания металлических материалов с заданными свойствами должны решаться на основе комплексного подхода, объединяющего принципы формирования химического состава материала и разработку технологических процессов его упрочняющей обработки, как способа получения заданной структуры. Основными принципами разработки технологий поверхностного упрочнения являются:
повышение служебных характеристик материалов с целью увеличения долговечности, надежности и срока службы машин;
повышение показателей конструкционной прочности материалов, что позволяет достичь снижения массы и уменьшения габаритов деталей машин и механизмов;
снижение затрат на технологические процессы обработки материалов путем совершенствования технологий в направлении экономии энергоресурсов и расходных материалов, автоматизации и сокращения длительности процессов, повышения эффективности обработки.
Актуальной задачей является разработка простых, доступных экономичных и высокоэффективных технологий упрочнения металлических материалов с целью получения заданных эксплуатационных свойств в конкретных условиях эксплуатации.
В связи с вышеизложенным можно предположить, что развитие способов термической обработки будет идти в направлении относительного снижения доли объемных обработок и расширения возможностей поверхностных способов обработки.
В настоящее время среди технологий упрочняющей обработки особую роль играют физико-химические способы воздействия на поверхность материала, к которым относятся, в частности, методы химико-термической обработки.
Среди многих способов упрочняющей химико-термической обработки сталей и сплавов в современном машиностроении одним из наиболее эффективных и перспективных является азотирование. Азотирование используется в различных отраслях промышленности для повышения надежности и долговечности широкой номенклатуры деталей, оборудования и инструмента уже более 60-ти лет [1 - 20]. За это время было разработано большое количество технологических процессов. Широко используются низкотемпературные процессы азотирования (450 - 600С), поскольку при этом снижается деформация изделий, объем последующих (отделочных) работ, а также расход энергии. Все большее распространение получают гибкие регулируемые процессы газового азотирования
Известно, что требования, предъявляемые к азотированным деталям, определяются условиями их эксплуатации и теми нагрузками, которым они подвергаются. В частности, поверхность деталей, работающих в сложных нагруженных условиях и агрессивных средах (а это, в первую очередь, детали из легированных сталей), а также прецизионных деталей, должна соответствовать более высоким требованиям, чем те, которые обеспечиваются традиционными методами азотирования. [15, 21]. Эти требования, прежде всего, относятся к:
стабильности размеров и формы после процесса азотирования при допуске 2-3 мкм (для прецизионных 1,0-1,5 мкм),
минимального изменения микрогеометрии поверхности,
заданной твердости и глубине эффективного слоя.
Все эти свойства можно получить при формировании на легированных сталях упрочненного слоя на базе твердых растворов легирующих элементов, исключая формирование многослойного диффузионного покрытия, которое образуется при классическом азотировании и требует последующего шлифования.
При упрочнении легированных сталей азотированию подвергаются, как правило, точные детали, не требующие окончательной механической обработки, что способствует упрочнению поверхностной зоны, которая, учитывая ее высокие свойства, должна быть максимально сохранена. Поэтому важным требованием является практически полное отсутствие изменений размеров деталей после азотирования. Сохранение поверхностной зоны позволяет избежать изменение размеров.
Для выполнения указанных требований необходимо применение регулируемых процессов, в которых регулируемой является, прежде всего, интенсивность азотирования. Интенсивностью азотирования можно управлять, изменяя состав атмосферы. Так, кислородосодержащая атмосфера позволяет влиять на характеристики слоя в желаемом направлении [15,22].
В свете этих задач технологические процессы упрочнения легированных сталей должны не только преследовать цель достижения заданных эксплуатационных свойств, но и отличаться простотой, доступностью, экономичностью и высокой эффективностью.
При всем многообразии технологических процессов азотирования возможности упрочнения легированных сталей азотированием до конца не использованы. Поэтому актуальное значение приобретает создание технологических вариантов азотирования, которые позволят регулировать заданную структуру и фазовый состав азотированного слоя, обеспечивающие оптимальные характеристики изделий с сохранением исходных геометрических параметров.
Целью настоящей работы является разработка регулируемого технологического процесса низкотемпературного азотирования легированных сталей, позволяющего улучшить служебные характеристики деталей в различных условиях эксплуатации с сохранением микрогеометрии поверхности.
Для достижения этой цели в работе поставлены и решаются следующие задачи:
На основе анализа литературных источников изучить состояние вопроса, связанного с проблемой повышения механических свойств легированных сталей с помощью различных упрочняющих технологий, достоинства и недостатки этих технологий и определить возможные способы упрочнения этих сталей с помощью азотирования, выявить возможность интенсификации процесса.
На основе опубликованных результатов предшествующих исследований установить аналитические закономерности, связывающие особенности строения и фазового состава азотированного слоя с механическими и физико-химическими свойствами азотированных сталей.
Теоретически и экспериментально определить условия формирования равномерного упрочненного диффузионного слоя на базе твердого раствора и нитридов легирующих элементов без образования хрупких нитридов железа, без коробления с сохранением исходных геометрических размеров упрочняемых изделий.
Определить комплекс экспериментальных методов исследования, позволяющих получить необходимую информацию о строении и свойствах азотированных сталей.
Экспериментально установить зависимости между параметрами азотирования и особенностями строения азотированного слоя: его микроструктурой, фазовым составом и толщиной, определить режимы азотирования, обеспечивающие формирование заданного строения азотированного слоя.
Экспериментально установить зависимости между параметрами азотирования и характеристиками физико-механических свойств
азотированных сталей: твердости, износостойкости, коррозионной стойкости.
Выработать рекомендации по оптимальным технологическим режимам азотирования, обеспечивающим требуемый комплекс физико- механических свойств.
Похожие диссертации на Низкотемпературное азотирование легированных сталей через нанооксидный барьер
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ В РАЗДЕЛЕННЫХ АТМОСФЕРАХ ВОЗДУХА И
АММИАКА 104
