Введение к работе
-1-
Актуальность работы. Высокая степень развития микроэлектроники, приборо-и машиностроения в Республике Беларусь, удорожание до уровня мировых цен основных ресурсов и энергоносителей создают необходимые предпосылки для разработки и внедрения в промышленность высокоэффективных, экономичных и экологически чистых методов поверхностного упрочнения различных деталей машин, механизмов, штампового и режущего инструмента. Одним из методов упрочнения, наиболее перспективным по технико-экономическим показателям, но, к сожалению, не получившим должнрго развития в республике, является ионно-плазмеиное азотирование поверхностных слоев металлов в газовом разряде постоянного или пульсирующего тока, которое по сравнению с трааиционным печным позволяет более чем в 2 раза сократить время обработки и расход электроэнергии, в 10-15 раз снизить расход газа, а также устранить вредные выбросы в окружающую среду. Поэтому исследования, целью которых является разработка новых принципов формирования плазмы, установление неизвестных закономерностей формирования модифицированных слоев, построение моделей, включающих основные взаимозависимые параметры, и, наконец, разработка новых высокоэффективных ионно-плазменных технологий поверхностно-упрочняющей обработки, являются для республики в настоящее время актуальными, так как их результаты позволят повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции и снизить потребление топливно-энергетических ресурсов
Связь пяботы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа выполнялась в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники в рамках НИОКР по теме "Разработать ионно-плазменные системы для ускоренной обработки штампового и режущего инструментов" - задание 5.23 республиканской научно-технической программы "Инструмент" (научные руководители проекта - дт.н., акад. НАИБ А П. Достанко, к.ф.-м н. М.Н. Босяков), а также в рамках отдельного научно-технического проекта МО и Н РБ "Разработать технологию ионно-плазменного азотирования изделий приборо- и машиностроения в комбинированном разряде" (научные руководители проекта - д.т.н., акад. НАНБ А.П. Достанко и к,ф.-м. наук М.Н. Босяков).
Цель работы. Повышение эффективности процесса нонно-плазменного азотирования изделий приборо- и машиностроения путем применения для формирования плазмы электромагнитных полей НЧ и ПЧ диапазонов
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи.
провести анализ литературных источников по методам ионно-плазменного азотирования инструментальных и конструкционных сталей, дать оценку их эффективности и определить пути интенсификации процесса азотирования;
установить взаимосвязь между интенсивностью спектра излучения плазмы и кинетикой процесса очистки деталей и разработать способ контроля данного процесса;
предложить модель ионно-плазменного азотирования и построить математическую модель процесса диффузии азота в металл при ионно-шшменном азотировании;
определить влияние технологических параметров процесса - давления, состава газа, типа мощности и ее величины - на скорость разогрева обрабатываемых изделий;
оценить вклад основных компонентов азотсодержащей плазмы ВЧ и комбинированного разрядов в процесс разогрева обрабатываемых изделий и определить основные отличительные черты данного процесса для разных способов формирования разряда;
определить основные закономерности формирования диффузионного слоя и слоя Соединений на поверхности деталей из быстрорежущей стали в зависимости от параметров процесса ионно-плазменного азотирования;
предложить принципы создания оборудования для модификации поверхности твердых тел потоками частиц плазмы, формируемой переменными электромагнитными полями.
Научная новизна полученных результатов.
-
Обоснован новый метод ионно-плазменного азотирования и принципы создания оборудования для его реализации, выявлены основные закономерности процесса, определяющие его большую эффективность по сравнению с другими способами
-
Впервые для азотирования предлагается использовать азотсодержащую плазму комбинированного разряда, формируемого одновременным действием электромагнитных полей различных частот - f=13,56 МГц и f=15...50 кГц. Благодаря использованию Такого типа разряда значительно упрощается цикл обработки и повышается производительность процесса.
-
Создана модель ионно-плазменного азотирования, на основе которой определены основные параметры процесса, обеспечивающие его высокую производительность.
Практическая значимость полученнь» результатов.
Результаты исследований положены в основу проекта по разработке высокоскоростной установки глубинной химико-термической обработки, внедрение которой в производство позволит значительно повысить производительность процесса химнко-терынческой обработки и заменить в ряде случаев дорогостоящей и длительный про-
-3-цесс цементации экономически более эффективным ионно-плазменным азотированием. Установка разрабатывается в рамках Постановления СМ РБ N 596 от 28.05.97 г.
Реализация результатов работы.
В результате теоретических и экспериментальных исследований были определены основные параметры и закономерности процесса ионно-плазменного азотирования в ВЧ и комбинированном разрядах, которые послужили основой для проектирования автоматизированной установки глубинной обработки.
Основные положения, выносимые на іящнгт.
-
Метод проведения ионно-плазменного азотирования изделий из быстрорежущей стали, реализованный в соответствующей конструкции разработанной ионно-плазменной системы.
-
Результаты исследований кинетики процессов очистки, разогрева и ионно-плазменного азотирования инструмента из быстрорежущей стали Р6М5.
-
Результаты исследований влияния параметров процесса ионно-плазменного азотирования на глубину азотированного слоя и распределение твердости по глубине слоя.
-
Физико-технологическая модель процесса азотирования стали й ВЧ и комбинированном разрядах и математическая модель диффузии азота при ионно-плазменном азотировании.
-
Принципы организации технологического процесса азотирования в плазме высокочастотного и комбинированного разряда и технические решения отдельных узлов оборудования для ионно-плазменного азотирования.
Апробация работы. Основное содержание работы доложено и обсуждено на 5 конференциях : международной конференции "Совершенствование процессов финишной обработки в машино- и приборостроении, экология и защита окружающей среды " (г. Минск, 1995), II международной конференции "Физика плазмы и плазменные технологии" (г. Минск, 1997), республиканских конференциях "Новые материалы и технологии" (г. Минск, 1996), "Современные материалы, оборудование и технологии упрочнения и восстановления деталей машин" (г. Новополоцк, 1997) и на конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников Белгосунивер-ситета информатики и радиоэлектроники (г. Минск, 1994).
Опубликованность результатов. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 1 монография, 2 статьи и 8 тезисов докладов в материалах конференций, 1 научно-технический отчет.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений, содержит 108 страниц основного машинописного текста,
-4-57 рисунков, 12 таблиц, 29 страниц приложений. Библиографический список состоит
из 141 наименования литературных источников. Общий объем работы составляет 197
машинописных страниц.
