Фазовый состав и кинетика формирования диффузионных слоев при борировании сталей

• Автор: Гармаева, Ирина Анатольевна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА И ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
НА ПРОЦЕСС БОРИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВНИЯ
1Л Физические основы процесса химико-термической обработки сталей
1.2 Общая характеристика процесса борирования
1.3 Анализ влияния углерода в стали на механизм формирования диффузионных слоев
1.4 Влияние углерода и легирующих элементов в стали при различных способах ХТО
1.5 Характеристика способов химико-термической обработки
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Используемые материалы и оборудование
2.2 Исследование структуры и состава диффузионных слоев
2.3 Применение метода случайного баланса для построения математической модели. Оптимизация ХТО
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА И КИНЕТИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЯХ
3.1 Структура и фазовый состав боридных слоев
3.2 Кинетика формирования диффузионных слоев при комплексном насыщении бором и титаном
Выводы
4. СТРУКТУРА СТАЛЕЙ 45, 5ХНВ ПОСЛЕ БОРИРОВАНИЯ

4.1 Фазовый состав в диффузионных слоях исследуемых сталей
4.2 Структуры борированных слоев
4.3 Дефектная структура
Выводы
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ. ОСОБЕННОСТИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ШТАМПОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИ-
ЕМ ОБМАЗОК
5.1 Особенности технологического процесса химико-термической бра-ботки с помощью обмазок
5.2 Стойкость штампов, подвергнутых комплексному борированию
5.3 Повышение стойкости холодноштампового инструмента методами химико-термической обработки
5.4 Производственные испытания
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Из всех известных в технике материалов лучшее сочетание прочности, надежности и долговечности имеет сталь, поэтому сталь является основным материалом для изготовления ответственных изделий, подвергающихся большим нагрузкам. Статические и динамические нагрузки, высокая температура и агрессивные среды, старение стали вызывают необратимые изменения структуры металла. Изучение причин и статистический анализ выхода из строя основных деталей машин показывает, что большинство их выходит из строя преимущественно по износу или из-за поломок вследствие усталости металлов, при этом усталостные трещины возникают на поверхности. Вопросы создания функционально-градиентных поверхностных слоев, обладающих уникальными механическими, технологическими и специальными свойствами, привлекают особое внимание, что делает актуальными исследования, направленные на создание таких поверхностей методами химико-термического воздействия.
Химико-термическая обработка существенно изменяет физикохимические свойства поверхностных слоев, что приводит к увеличению срока службы изделий. В последнее время значительно усложнились задачи ХТО. От диффузионного покрытия требуется обеспечение не одного, а нескольких свойств при высоких параметрах рабочей среды, например износостойкости и химической стойкости в отношении одной или нескольких агрессивных сред; низкой теплопроводности и высокой жаростойкости, стабильности состава и сплошности при переменной и высокой температуре в условиях эрозии и т. д.
Недостаточная изученность механизма процесса ХТО не позволяет отработать оптимальную технологию диффузионного насыщения. Следует отметить также и факт недостаточной изученности строения и свойств получаемых диффузионных слоев. Все это, естественно, не позволяет полностью использовать все возможности, заложенные в химико-термическом воздействии. В настоящее время продолжаются работы по корректировке технологии процессов химико-тсрмической обработки.

-первый слой почти полностью состоит из борида железа БеВ. В небольших количествах присутствуют бориды БсВ
-во втором слое бориды железа не занимают весь объем. Наряду с ними присутствует а-фаза и карбобориды Бе3(С,В) и Ре2з(С,В)б
-третий слой содержит остатки боридов железа. Бор в этом слое расположен, в основном, в карбоборидах.
-четвертый слой сохраняет исходную структуру стали.
Значение для теории и практики. Проведенные исследования тонкой структуры борированных сталей дают более полное представление о процессах, происходящих в стали во время диффузионного насыщения бором. Знание закономерностей диффузионных процессов позволит существенно повысить эффективность методов химико-термической обработки, что, в свою очередь, позволит оптимизировать потребительские свойства сталей и увеличить срок службы деталей машин, механизмов и металлообрабатывающего инструмента. В промышленных условиях были опробованы разработанные способы химикотермической обработки сталей. При борировании рабочей поверхности уплотнительного кольца из стали 40ХН2МА микротвердость упрочненного слоя составила 18000-20000 МПа, а стойкость повысилась в 5-7 раз. При проведении испытаний борированной матрицы штампа для высадки головок болтов из стали 5ХНВ было показано, что их стойкость повысилась в 2,5 раза. Данная технология позволяет повышать износостойкость изделий без применения специального, сложного оборудования.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Данные, полученные в результате экспериментов, об изменении количественного и качественного состава фаз в диффузионном слое в зависимости от режима насыщения сталей бором.
2. Закономерности структурных изменений, наблюдаемые при формировании диффузионных покрытий на сталях при борировании и боротитанирова-
нии.