Влияние ионного азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем на структуру и фазовый состав инструментальных сталей Р6М5 и Х12

• Автор: Вафин, Руслан Каримович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ИОННОПЛАЗМЕННОГО СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

1.1. Анализ процессов азотирования

1.2 Ионное азотирование инструментальных сталей в тлеющем разряде

1.2.1. Особенности ионного азотирования штамповых сталей

1.2.2 Особенности ионного азотирования быстрорежущих сталей

1.3. Методы интенсификации ионного азотирования в тлеющем разряде

1.4. Принципы управления диффузионным насыщением при ионноплазменном структурно-фазовом модифицировании

2. ОБЪЕКТ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объект исследований, механические свойства исследованных материалов

2.2. Описание модернизированной установки ЭЛУ-5 для ионного азотирования в тлеющем разряде
2.3. Импульсный источник питания тлеющего разряда
2.4. Методы структурных исследований
2.4.1. Метод оптической металлографии
2.4.2. Метод растровой электронной микроскопии
2.4.3. Метод рентгеноструктурного анализа
2.5. Метод определения микротвердости
2.6. Методика определения плотности ионного тока
2.7. Методика моделирования магнитного поля на основе метода конечных элементов
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА
3.1. Распределение магнитного поля
3.2. Вольт-амперные характеристики тлеющего разряда с магнитным полем..
3.3. Распределение параметров плазмы в газоразрядном промежутке
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
4.1. Исследование влияния азотирования в тлеющем разряд с магнитным полем на структуру инструментальных сталей
4.2. Исследование влияния азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем на фазовый состав инструментальных сталей
4.3. Исследование влияния азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем на микротвердость поверхности инструментальных сталей
5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ИНСТРУМЕНТА В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ В ВАКУУМЕ
5.1. Исследование влияния ионного азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем на толщину слоя и температру детали
5.2. Обоснование выбора технологических режимов ионного азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем
5.3. Технологический процесс ионного азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем
5.3. Технологический процесс комбинированной обработки включающий в себя ионное азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем и последующее нанесение покрытия ТПЧ, ТІАШ
5.4. Производственные испытания
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие отечественной металлургии и машиностроения отразилось на производстве и использовании в больших объемах инструментальных материалов со специальными свойствами. Появился ряд новых прогрессивных инструментальных сталей, что вызвало существенные изменения в структуре производства и потребления инструментальных сталей разного назначения. Среди инструментальных сталей, применяемых для изготовления штампов холодного деформирования, широко используется сталь марки Р6М5. Широкое применение среди штамповых сталей нашла сталь Х12. Интенсификация процессов обработки металлов давлением обусловила необходимость дальнейшего повышения надежности и долговечности инструмента.
Повышение надежности и долговечности инструментальной и технологической оснастки в большинстве случаев связанно с использованием сложно-и высоколегированных сталей (Р6М5, XI2), с оптимизацией их термической обработки. Однако такой путь часто является недостаточно эффективным. Альтернативой ему могут служить различные способы химико-термической обработки (ХТО) инструмента или нанесение покрытий на основе нитридов и карбонитридов тугоплавких металлов.
Среди всего многообразия способов ХТО следует выделить технологию азотирования, которая выгодно отличается от других технологий простой реализацией. После азотирования на поверхности формируется диффузионный слой, который по свойствам способствует снижению излишней деформации подложки, вызывающей преждевременное разрушение покрытия на основе нитридов и карбонитридов тугоплавких металлов. Однако следует отметить, что традиционный процесс азотирования имеет существенные недостатки: невозможность регулирования состава и толщины упрочненного слоя, большая продолжительность диффузионного насыщения, невозможность получения слоя одинаковой толщины по всей обрабатываемой поверхности деталей сложной конфигурации.

вать кислород в рабочей камере, за счет использования небольшого количества водорода в насыщающей атмосфере. По данным работ [36, 42, 103] достаточно 3 - 5% РЬ в насыщающей среде для дезактивации кислорода.
В результате многочисленных исследований [77, 103, 116, 124] было доказано, что азотирование в тлеющем разряде позволяет регулировать строение слоя при разбавлении азотосодержащей среды аргоном и углеродсодержащими газами. Получение диффузионного слоя на базе высокоазотистого твердого раствора без поверхностной нитридной зоны достигается за счет разбавления насыщающей атмосферы аргоном в режиме катодного распыления при давлении 30 - 50 Па.
Аргон, имеющий массу иона, превосходящую массу иона аммиака, активно распыляет нитридную зону, образующуюся на поверхности изделия в процессе азотирования. Введение аргона до 40% практически не влияет на толщину структурных составляющих слоя, при введении аргона более 40% происходит уменьшение поверхностной нитридной зоны и увеличение зоны внутреннего азотирования [36, 42, 103].
По данным работ [77, 103, 112, 116, 124, 136] регулирование нитридной зоны по углероду достигается введением в азотную плазму углеродсодержащих газов. Было доказано, что нитридная зона, имеющая карбонитридный характер, превосходит по комплексу эксплуатационных свойств нитридную зону, имеющую чисто нитридный характер.
Из приведенного анализа процессов азотирования следует:
1. Важную роль в процессе ионно-плазменного азотирования помимо атомарного иона азота играют быстрые нейтральные частицы и электроны, а их значительно меньшая масса в процессах энергопередачи может компенсироваться частотой ударов по частицам газа, адсорбированным поверхностью, или частицам самой поверхности.
2. Образование атомарного азота происходит в основном в результате диссоциации молекул электронным ударом, а доля рекомбинации атомарных ионов как следствие столкновения с электроном и доля диссоциативной ре-