Исследование закономерностей и механизмов формирования тонких модифицированных слоев в сталях при ионно-плазменном азотировании

• Автор: Газизова, Марина Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Оглавление
Глава 1. Закономерности и механизмы диффузионно-контролируемых процессов в сталях при азотировании

1.1. Теоретические модели процессов диффузии при азотировании металлов и сплавов

1.2. Механизмы и модели зернограничной диффузии

1.3. Методы азотирования и особенности процессов диффузии азота в сплавах на основе железа

1.3.1. Методы азотирования

1.3.2. Закономерности и механизмы формирования азотированного слоя

1.3.3. Особенности процессов диффузии азота в железе и стали

Глава 2. Постановка задач исследований. Выбор материалов и методов исследований

2.1. Постановка задач

2.2. Обоснование выбора материалов и методов исследований

Глава 3. Закономерности формирования структурно-фазового состояния приповерхностных слоев стали Р6М5 при низкотемпературном ионно-плазменном азотировании
3.1. Кинетические закономерности процесса насыщения азотом приповерхностных слоев
3.2. Исследование структуры и фазового состава модифицированных приповерхностных слоев
Глава 4. Закономерности и физические механизмы диффузии азота в стали 12Х18Н10Т
4.1. К вопросу об оценке коэффициента зернограничной диффузии

азота
4.2. Закономерности изменения структурно-фазового состояния модифицированных слоев
Глава 5. Исследование взаимосвязи структуры и свойств приповерхностных слоев сталей при низкотемпературном ионноплазменном азотировании
5.1. Влияние структурно-фазового состояния модифицированных слоев на трибологические свойства стали Р6М
5.2. Модификация свойств стали 12Х18Н10Т в результате низкотемпературного ионно-плазменного азотирования
Выводы
Список литературы
Приложение

Введение
По данным Всемирной ассоциации стали объемы мирового производства стали постоянно увеличиваются вместе с возрастающей конкуренцией среди компаний производителей [1,2]. Это объясняется обширным применением стали в различных отраслях промышленности, в том числе металлообрабатывающей, где по потреблению металлообрабатывающего оборудования Россия занимает второе место в мире [3]. Изделия из инструментальной стали и композиты на се основе используются с применением дополнительной упрочняющей или защитной поверхностной обработки. Например, во всех развитых странах по производству металлообрабатывающего инструмента всегда используют дополнительные технологии упрочнения поверхности в связи с высокой себестоимостью используемых инструментальных сталей. Одной из широко распространенных технологий модифицирования поверхности стали является азотирование [4-8]. Несмотря на большой и многолетний опыт использования данной технологии, она является актуальной и на сегодняшний день, благодаря ее модернизации и созданию новых методов насыщения азотом [9-11]. При этом дальнейший прогресс в области модификации поверхности рассматриваемым методом возможен только на основе комплексных исследований закономерностей и физических механизмов структурнофазовых превращений в поверхностных и приповерхностных слоях стали. В этой связи принципиально важным является постановка физических экспериментов на реальных материалах, несмотря на все возникающие при этом сложности. На основании имеющихся литературных данных [12 - 15], посвященных исследованию процесса диффузии азота в железо и стали при азотировании нельзя получить однозначное представление о закономерностях структурообразоваиия,

~4-5 раз быстрее, а диффузионной упрочненной области в ~2 раза интенсивнее по сравнению с ионным азотированием в плазме тлеющего разряда (рис. 1.9-1.10).
1.3.2. Закономерности и механизмы формирования
азотированного слоя.
Процесс азотирования можно условно разделить на три взаимодополняющих процесса: образование атомарного азота,
адсорбция азота на поверхность материала и диффузия в объем [14]. Первая стадия, образование атомарного азота, относится к процессам, протекающим в газовой среде и во многом зависит от типа азотирования (газовое, азотирование в плазме тлеющего разряда, азотирование в плазме несамостоятельного дугового разряда, и т.д.). Так, в случае классического газового процесса азотирования основной движущей силой диффузии азота считается градиент химического потенциала между поверхностью и объемом [19], Механизм протекания первой стадии заключается в следующем: азот под действием сил Ван-дер-Ваальса притягивается к поверхности, при этом его потенциальная энергия переходит в кинетическую в момент, когда значение кинетической энергии становится достаточным для преодоления сил отталкивания, и азот сближается с поверхностью металла. Этот процесс называется хемосорбцией. В достаточно короткое время на поверхности устанавливается постоянная концентрация атомарного азота и считается неизменной на протяжении всего процесса. Однако, если на этапе адсорбции азота на поверхности не возникает никаких противоречий, то однозначного представления о кинетике формирования слоя нет, и на данный момент в литературе, посвященной данной тематике, существует два подхода к механизму формирования азотированного слоя [3, 14, 19].