Разработка регулируемых технологических процессов высокотемпературного азотирования хромоникелевых сталей

• Автор: Зюзин, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 298 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Коррозионностойкие стали, их свойства и применение

1.1.1. Хромистые стали

1.1.2. Хромоникелевые стали

1.1.3. Анализ существующих способов упрочнения

коррозионностойких сталей

1.2. Физико-химические закономерности процесса азотирования

1.2.1. Фазы в системе «железо-азот»

1.2.2. Механизм образования азотированного слоя

1.2.3. Строение азотированного слоя в легированных сталях

1.2.4. Влияние режимов азотирования и состава обрабатываемой

стали на процесс формирования азотированного слоя
1.3. Эксплуатационные свойства азотированных сталей
1.3.1. Твердость азотированного слоя
1.3.2. Износостойкость азотированного слоя
1.3.3. Сопротивление усталостному разрушению
1.3.4. Жаропрочность азотированных сплавов
1.3.5. Коррозионная стойкость
1.4. Анализ способов азотирования коррозионностойких сталей
1.4.1. Традиционное газовое азотирование
1.4.2. Плазменное азотирование
1.4.3. Азотирование в тлеющем разряде (ионное азотирование)
1.4.4. Плазменно-ионная имплантация
1.4.5. Азотирование в виброкипящем слое
1.4.6. Высокотемпературное азотирование
ВЫВОДЫ ПО 1 ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ НИТРИДНЫХ ФАЗ ПРИ АЗОТИРОВАНИИ ХРОМОНИКЕЛЕВОЙ СТАЛИ
2Л. Анализ термодинамических условий образования нитридов
2.2. Расчет равновесных параметров насыщающей среды при образовании нитридов на основе термодинамических моделей
2.2.1. Модель образования нитридов при взаимодействии газообразного азота с чистыми металлами
2.2.2. Модель образования нитридов при взаимодействии азота с элементами легированной стали
2.2.3. Модель образования нитридов железа при азотировании в аммиаке
2.3. Прогнозирование фазового состава азотированной стали в зависимости от параметров азотирования
ВЫВОДЫ ПО 2 ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Методика проведения процесса азотирования
3.1.1. Выбор диапазона технологических параметров азотирования
3.1.2. Описание автоматизированной установки для азотирования
3.1.3. Принцип автоматического регулирования параметров азотирования
3.2. Методика исследования строения азотированного слоя
3.2.1. Металлографический анализ
3.2.2. Фазовый рентгеноструктурный анализ
3.2.3. Микрорентгеноспектральный анализ
3.3. Методы испытаний физико-механических свойств азотированных сплавов
3.3.1. Дюрометрический анализ
3.3.2. Испытания на износостойкость
3.3.3. Испытания на абразивный износ
3.3.4. Определение прочности и пластичности
3.3.5. Испытания на жаропрочность
3.3.6. Определение коррозионной стойкости
3.3.7. Испытания на жаростойкость ВЫВОДЫ ПО 3 ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ АЗОТИРОВАНИЯ НА СТРОЕНИЕ АЗОТИРОВАННОГО СЛОЯ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ
4.1. Фазовый состав азотированной поверхности
4.1.1. Фазовый состав поверхности после азотирования в чистом и разбавленном азоте
4.1.2. Фазовый состав поверхности после азотирования в чистом и разбавленном аммиаке
4.1.3. Изменение фазового состава по толщине азотированного слоя
4.2. Особенности микроструктуры азотированного слоя хромоникелевых сталей
4.2.1 Общие закономерности строения азотированного слоя
4.2.2. Влияние температуры азотирования на структуру азотированного слоя
4.2.3. Влияние состава насыщающей среды на структуру азотированного слоя
4.2.4. Строение азотированного слоя после 2-х стадийных процессов (азотирование + отжиг)
4.3. Кинетика роста азотированного слоя
ВЫВОДЫ ПО 4 ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АЗОТИРОВАННЫХ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ
5.1. Влияние азотирования на микротвердость азотированного слоя
5.1.1. Влияние температуры азотирования на микротвердость слоя
5.1.2. Влияние состава насыщающей среды на микротвердость слоя

Рис.
Лучшей износостойкостью обладают нитридные поверхностные зоны с максимальной пластичностью БезИ, Ре41Т, Ре2.3(ЫС).
На легированных сталях (нитраллоях) в нормальных условиях максимальное сопротивление изнашиванию достигается при формировании на поверхности однослойного покрытия на основе зон внутреннего азотирования (рис. 1.10). В случае агрессивной среды лучшее сопротивление изнашиванию отмечается на покрытии с пластичной поверхностной карбонитридной зоной на основе Ре3(ЛС).
С точки зрения 2-го требования большое значение имеет склонность нитридов к взаимодействию с кислородом.
Сродство к кислороду нитридов железа значительно выше, чем чистого железа. Так, рассчитанный изобарно-изотермный потенциал реакций образования оксидов при 500°С для железа составляет 209...293, для Ре2.3М 481. ..711 и для Ре4Ы 878...1463 кДж/моль [4].
При этом, что особенно важно, высокое сродство к кислороду нитридов обеспечивается и одновременным образованием оптимальных оксидных структур. Так как в нитридах растворимость кислорода приблизительно на три порядка выше, чем в матрице (~3 % в нитридах и -0,009 % при 700°С в а-Ре [2] ), на поверхности нитридов формируются оксидные структуры 1-го рода, т.е. твердые растворы кислорода. Возникающие оксинитридные зоны более пластичны, чем окисные пленки РегОз, и в то же время обладают близкими к последним антиадгезионными свойствами.
1.9. Пластичность нитридных фаз на различных сталях
сталь &5
Сталь 3$Х2МфА
Ге3(МС>, п

Рег<мс>,
Ггїіно,