Моделирование процессов внутреннего азотирования жаропрочных сталей и сплавов

• Автор: Петрова, Лариса Георгиевна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 402 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ВНУТРЕННЕГО АЗОТИРОВАНИЯ

1.1. Термодинамический анализ взаимодействия различных элементов с азотом и определение на его основе предпосылок для эффективного внутреннего азотирования
1.2. Выбор сплавов, упрочняемых внутренним азотированием, и обоснование технологических параметров процесса
1.3. Моделирование термодинамических условий образования различных нитридных фаз в зоне внутреннего азотирования многокомпонентных сплавов
1.4. Требования к оптимальному фазовому составу азотируемых сплавов для обеспечения высоких эксплуатационных свойств при повышенных температурах

Выводы по 1 главе

ГЛАВА 2. РЕГУЛИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ЗОН ВНУТРЕННЕГО АЗОТИРОВАНИЯ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВАХ
2.1. Особенности строения зон внутреннего азотирования в многокомпонентных сплавах на основе Ее, № и Со
2.2. Закономерности изменения фазового состава по толщине зоны внутреннего азотирования
2.3. Влияние технологических параметров на строение и фазовый состав
зон внутреннего азотирования
2.3.1. Влияние температуры и продолжительности азотирования
2.3.2. Влияние состава насыщающей атмосферы
2.4. Влияние легирующих элементов на строение и фазовый состав зон внутреннего азотирования

2.4.1. Влияние типа матричного металла (железа, никеля, кобальта).
2.4.2. Влияние хрома, вольфрама и молибдена
2.4.3. Влияние типа и концентрации нитридообразующего элемента
2.5. Формирование азотированных слоев с заданным фазовым составом
путем регулирования параметров азотирования и химических составов
сплавов
Выводы по 2 главе
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН ВНУТРЕННЕГО АЗОТИРОВАНИЯ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВАХ
3.1. Общие закономерности кинетики внутреннего азотирования
3.2. Математическая модель кинетики роста зоны внутреннего азотирования
в многокомпонентных сплавах
3.3. Математическая модель процессов азотирования-деазотирования при образовании многофазных зон внутреннего азотирования
3.4. Расчет диффузионных параметров азота в сталях и сплавах на основе математической модели кинетики внутреннего азотирования
3.5. Регулирование строения и скорости роста азотированного слоя в многокомпонентных сплавах с помощью термодинамической и кинетической моделей внутреннего азотирования
3.5.1. Расчет времени и выбор температуры сквозного азотирования многокомпонентных сплавов
3.5.2. Расчет времени отжига для диссоциации нестойких нитридов после азотирования
3.5.3. Расчет суммарного времени и толщины азотированного слоя
при двухступенчатых процессах
Выводы по 3 главе

ГЛАВА 4. ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ВНУТРЕННЕГО АЗОТИРОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СПЛАВОВ
4.1. Влияние технологических параметров азотирования на скорость роста азотированных слоев в сплавах на основе железа, никеля и кобальта
4.1.1. Влияние продолжительности насыщения на толщину зоны внутреннего азотирования
4.1.2. Влияние температуры азотирования на кинетику роста слоя
4.1.3. Влияние азотного потенциала насыщающей среды на кинетику внутреннего азотирования
4.2. Влияние легирующих элементов на кинетику роста азотированного слоя
и его различных участков
4.3. Кинетика формирования зоны внутреннего азотирования при двухступенчатых процессах
4.3.1. Выбор продолжительности и температуры стадий азотирования
и деазотирования
4.4. Выбор рациональных режимов азотирования, обеспечивающих интенсификацию процесса
Выводы по 4 главе
ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРОЧНЕНИЯ ПРИ
ВНУТРЕННЕМ АЗОТИРОВАНИИ
5.1. Природа упрочнения сплавов при внутреннем азотировании
5.1.1. Факторы, обусловливающие упрочнение при внутреннем азотировании
5.1.2. Требования к структуре сплавов для эффективного упрочнения при повышенных температурах с учетом механизмов ползучести
5.1.3.Сопоставление свойств различных упрочняющих фаз в жаропрочных сплавах

Как видно из анализа табл. 1.8 и 1.9, исследуемые сплавы имеют сложный химический состав, т.е. являются многокомпонентными. Это вызывает необходимость учитывать поведение всех легирующих элементов в процессе азотирования, в том числе их взаимное влияние, влияние на растворимость и диффузию азота в сплаве и склонность к нитридообразованию.
Основными технологическими параметрами процесса азотирования являются температура процесса, продолжительность насыщения и величина азотного потенциала насыщающей атмосферы. Параметры азотирования должны обеспечить, с одной стороны, формирование оптимальной структуры и фазового состава зоны внутреннего азотирования, с другой стороны, интенсификацию процесса получения упрочненного слоя по всему сечению изделия или на значительную глубину.
Из анализа термодиффузионных характеристик азота в базовых сплавах следует, что из-за низкой диффузионной подвижности и растворимости азота в аустенитной матрице для обеспечения приемлемых скоростей процесса необходимо высокотемпературное азотирование. Для исследования влияния температуры на скорость роста и строение азотированного слоя и выявления оптимальных температурных режимов азотирования, обеспечивающих сочетание кинетических и структурных факторов и наиболее высокие механические свойства сплавов, был выбран температурный интервал азотирования 900-1200°С.
Поскольку, как показывает термодинамический анализ, температура разложения нитридов базовых металлов в исследуемых сплавов значительно ниже температур азотирования, процессы можно проводить при атмосферном давлении, поэтому в качестве основной насыщающей среды использовали чистый азот (Рм2=1). Для изучения влияния азотного потенциала на структуру и свойства азотированных сплавов исследовали также процессы в аммиаке и в смесях азота с аргоном в различных соотношениях.
Продолжительность насыщения при азотировании должна обеспечить формирование сквозных слоев заданной толщины, что зависит от температуры