Разработка технологических процессов и электрооборудования для химико-термической обработки изделий в импульсном дуговом разряде

• Автор: Кокорин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

1.1 Анализ методов химико-термической обработки

1.2 Анализ методов нанесения покрытий

1.2.1 Вакуумно-дуговой метод осаждения покрытий из плазмы материалов электродов

1.2.2 Осаждение пленок из сепарированных ионных потоков

1.2.3 Плазменное нанесение покрытий

1.2.4 Электроэрозионная обработка

1.2.5 Электроконтактная обработка

1.3 Диффузия внедряемого материала в подложку обрабатываемого изделия

1.3.1 Особенности технологии ионного легирования

1.3.2 Отжиг ионно-легированных слоев

1.4 Физико-химические процессы при взаимодействии покрытия с подложкой
1.5 Термическая обработка металлов в импульсном электрическом разряде
1.6 Выбор формы импульсов тока при импульсно-дуговой сварке длинной дугой
1.7 Выбор и обоснование основных направлений исследований и разработок. Выводы по первой главе
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ОБРАБАТЫВАЕМОГО ИЗДЕЛИЯ И ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МО ДЕЛИЛ
2.1 Постановка задачи
2.2 Анализ расчетов тепловых процессов
2.3 Построение математической модели
2.3.1 Термообработка поверхности плиты
2.3.2 Термообработка цилиндрических поверхностей
2.3.3 Осесимметричный нагрев тела вращения
2.4 Расчет температурных полей с использованием математической модели
2.5 Тепловые процессы при многоимпульсном режиме обработки
2.6 Экспериментальные исследования тепловых процессов

ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ИМПУЛЬСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ
3.1 Электрофизические параметры плазмы
3.2 Электрические процессы в прикатодной области
3.3 Анализ устойчивости дугового разряда при химико-термической обработке.
Электрические характеристики дуги обратной полярности
3.4 Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ
4.1 Физические процессы диффузии внедряемого материала в подложку
4.2 Приэлектродные процессы и механизм химико-термической обработки
поверхности изделия в дуговом разряде
4.3 Разработка механизма формирования поверхностных слоев при импульсной
обработке в разряде атмосферного давления
4.4 Установки химико-термической обработки деталей с дуговым разрядом
атмосферного давления
4.5 Разработка оборудования и технологий химико-термической обработки стальных
изделий в импульсных разрядах
4.6 Исследование электрических свойств импульсного технологического разряда
4.7 Импульсные источники питания для установок химико-термической обработки
металлов с электрическим разрядом
4.8 Конструкции электродуговых установок атмосферного давления для химикотермической обработки металлических изделий
4.9 Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность работы.
Традиционные методы поверхностной обработки, такие как закалка, позволяют значительно изменять свойства деталей. Однако этими методами, во многих случаях, невозможно достичь высоких результатов, так как они не позволяют проводить комплексную обработку поверхности. Поэтому, для обеспечения высокого качества деталей машин и механизмов, их долговечности и снижения металлоемкости необходимо применение методов химико-термической обработки (ХТО). При этом повышается твердость, усталостная прочность, сопротивление износу, антикоррозийные и эрозионные свойства, а также кислото и окапиностойкость.
Получившие распространение методы наплавки для восстановления геометрических размеров деталей позволяют наносить на поверхность защитные и износостойкие покрытия из любых материалов. В современных условиях восстановление деталей, посредством нанесения покрытия, и упрочнение поверхности методами ХТО, являются экономически целесообразными и предпочтительными. Кроме увеличения долговечности деталей, экономятся легирующие элементы, снижается стоимость деталей. При этом детали можно восстанавливать многократно, что значительно увеличивает срок их службы. Стоимость восстановленных изделий составляет 30 — 50 % от стоимости новых.
Химико-термической обработке подвергают энергетическое оборудование, детали автомобилей, тракторов, станков, сельскохозяйственных, текстильных и других машин, работающих в условиях износа, кавитации, циклических нагрузок, коррозии при криогенных и высоких температурах. К достоинствам ХТО следует отнести равномерность диффузионного слоя, при этом форма детали не имеет существенного значения, кроме того, изменением химического состава металла, можно достичь широкого спектра необходимых свойств. Это особенно заметно при упрочнении деталей сложной формы, например, в местах резких переходов сечений, во впадинах, на внутренних и наружных углах.
В разработке процессов ХТО большую роль сыграли работы отечественных исследователей Арзамасова Б.Н., Л.С.Ляховича, Ю.М.Лахтина и др. Значительный вклад в развитие данных процессов внесли зарубежные ученые А.Брамлей, Э.Гудермон, К.Кемен, Ж.Лессю и др.
Увеличение нагрузок на изделия различного назначения, при требовании к одновременному снижению их материалоемкости, вызывает необходимость поиска новых
Исходя из этих соображений в инженерных задачах используется равномерная сетка. В декартовых координатах пространственные шаги принимаются равными:
А,=Л,=АЖ=А. (2.32)
Разностная аппроксимация первой производной проводимости по двум узлам:

2 h
»41, j, к - і /-I, j, к
і, У+1, к і, j-1, к
1, Л *+1 і, ], к
(2.33)
Вторая производная также аппроксимируется минимум по трем узлам: д2Т

-IT -Т.
/+і, j. і, J. к i-1, і, к
і, У+1, к Ь. 7-1, к
і, j, к* 1 1. J. *
(2.34)
Аппроксимация производной по времени проводится по двум последовательным значениям:
(2.35)
дт Ат
где X +1 - новый (текущий) момент времени; s - предыдущий момент времени.
Общее дифференциальное уравнение теплопроводности
cy(T)^- + div W - Q (х, у, z)eG, (2.36)

где W = -Лт(Т)- grad Т - тепловой поток; су - объемная теплоемкость; G - расчетная область; Лт - коэффициент теплопроводности; Q - количество теплоты, в соответствии с принятыми условиями (2.32) - (2.35) поле некоторых преобразований запишется в следующем виде (индекс предыдущего шага по времени не указан):