Регулируемые процессы азотирования сталей с применением каталитической плёнки оксида меди

• Автор: Малахов, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Обзор способов хнмико-тсрмнческой обработки сталей

1.2 Основные закономерности хнмико-тсрмическон обработки

1.2.1 Процессы, происходящие при ХТО

1.2.2 Анализ механизмов диффузии при ХТО

1.3 Анализ возможностей азотирования углеродистых сталей

1.3.1 Строение азотированного слоя в чистом железе

1.3.2 Влияние фазового состава азотированного слоя на физнко-мсханнческне свойства стали
1.3.2.1 Твердость азотированного слоя
1.3.2.2 Износостойкость азотированного слоя
1.3.2.3 Коррозионная стойкость азотированного слоя
1.3.2.4 Предел выносливости и контактная прочность азотированного слоя
1.3.3 Влияние режимов азотирования н состава обрабатываемой стали на процесс формирования азотированного слоя
1.3.3.1 Влияние температуры азотирования на строение и свойства азотированного слоя
1.3.3.2 Влияние времени азотирования на строение н толщину азотированного слоя
1.3.3.3 Влияние степени диссоциации аммиака на толщину и строение азотированного слоя
1.3.3.4 Влияние состава обрабатываемой стали на строение и свойства азотированного слоя
1.3.4 Процессы азотирования углеродистых и малолегнрованных сталей
1.4 Возможности интенсификации процесса азотирования
1.4.1 Интенсификация процессов азотирования при применении электрофизических методов воздействия
1.4.1.1 Азотирование в тлеющем разряде
1.4.1.2 Азотирование с нагревом токами высокой частоты
1.4.1.3 Азотирование с использованием ультразвукового воздействия
1.4.2 Интенсификация азотирования при использовании пониженного и повышенного давления
1.4.2.1 Азотирование в вакууме
1.4.2.2 Азотирование при повышенном давлении
1.4.3 Интенсификация азотирования при циклических процессах
1.4.3.1 Термоцикличсскне процессы азотирования
1.4.3.2 Двухступенчатые и газоциклические процессы азотирования

1.4.4 Интенсификация азотирования при использовании многокомпонентных сред .
1.4.4.1 Азотирование в смеси аммиака и продуктов его крекинга
1.4.4.2 Азотирование в смеси аммиака и азота
1.4.4.3 Азотирование с использованием кнслородосодержащнх сред
1.4.4.4 Азотирование в смеси аммиака и углсродосодержащнх газов
1.4.4.5 Азотирование с добавками серы, фтора, фосфора
1.4.5 Интенсификация азотирования при использовании предварительного оксидирования
1.4.6 Азотирование с применением катализаторов
Выводы по первой главе:
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Выбор материалов для исследования
2.2 Выбор материала каталитической пленки и способа се нанесения
2.2.1 Обоснование выбора металла для формирования каталитической оксидной пленки
2.2.2 Выбор способа нанесения оксидной пленки на поверхность железа
2.3 Методика проведения лабораторного эксперимента но азотированию с предварительным нанесением пленки оксида меди
2.3.1 Оборудование для проведения азотирования
2.3.2 Порядок проведения лабораторного эксперимента по азотированию с применением каталитической пленки оксида меди
2.4 Методы исследования структуры и фазового состава азотированных образцов
2.4.1 Металлографический анализ микроструктуры
2.4.2 Химический элементный и фазовый анализ азотированных слоев
2.5 Методы исследования фнзпко-мсхаипчсских свойств упрочнённых слоев после азотирования
2.5.1 Дюромстричсский анализ
2.5.2 Исследование износостойкости упрочненных диффузионных слоев
2.5.3 Исследование коррозионной стойкости диффузионных слоев
Выводы по второй главе:
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖЕЛЕЗА
3.1 Формирование медной пленки на поверхности железа
3.1.1 Механизм химического взаимодействия при осаждении меди на железной подложке
3.2 Формирование пленки оксида меди на поверхности железа и сталей
3.2.1 Механизм процесса окисления медной пленки на поверхности железа
3.2.2 Экспериментальные исследования строения каталитической пленки оксида меди
Выводы по третьей главе:

ГЛАВА 4 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ АЗОТИРОВАННЫХ СЛОЕВ ПОД КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЛЕНКОЙ ОКСИДА МЕДИ
4Л Механизм формирования азотированного слоя в железе при наличии поверхностной каталитической пленкн
4ЛЛ Особенности взаимодействия в системе металл-газ при наличии поверхностных пленок химических соединении
4Л.2 Механизм каталитического действия пленки оксида меди при формировании азотированного слоя
4.2 Микроструктура и фазовый состав стали после азотирования с использованием каталитической пленки оксида люди
4.2Л Строение азотированного слоя, сформированного под пленкой оксида меди
4.2.2 Влияние толщины медной пленкн на кинетику роста н строение азотированного слоя
4.2.3 Влияние содержания углерода в стали на строение азотированного слоя, полученного под каталитической пленкой оксида меди
4.2.4 Исследование влияния содержания углерода в азотируемой стали на каталитические свойства пленки оксида медн
Выводы по четвертой главе:
ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ АЗОТИРОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛЕНКИ ОКСИДА МЕДИ
5.1 Твердость азотированных слоев, сформированных
под пленкой оксида медн
5.1.1 Распределение мнкротвсрдости по толщине азотированного слоя
стали 0
5.1.2 Распределение мнкротвсрдости по толщине азотированного слоя
стали
5.1.3 Распределение .мнкротвсрдости по толщине азотированного слоя
стали У
5.2 Износостойкость упрочненных диффузионных слоев
5.3 Коррозионная стойкость азотированных слоев, полученных с предварительным нанесением медной пленкн
Выводы по пятой главе:
ГЛАВА 6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССА АЗО ТИРОВАНИЯ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАНЕСЕНИЕМ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ ОСКИДА МЕДИ
6.1 Повышение коррозионной стойкости деталей ленточных конвейеров снегоуборочных машин
6.2 Повышение износостойкости шестерен зубчатых передач гайковертов н плиты толкателей штампового оборудования
6.3 Повышение срока службы дроби из высокоуглероднстой стали

Нитриды металлов VI группы обладают меньшими защитными свойствами, чем нитриды металлов IV и V групп периодической системы; Дв0 нитридов и металлов близки. Сравнение ДО° окисления нитридов хрома и железа показывает, что наибольшей стойкостью к окислению будут обладать нитриды СггИ и СгТ4!, и наименее низкой - нитрид е - фаза (Бег-эИ) [43].
1.3.2.4 Предел выносливости и контактная прочность азотированного слоя
Азотирование повышает предел выносливости деталей, что обусловлено образованием в азотированном слое сжимающих остаточных напряжений. Усталостная прочность увеличивается в наибольшей степени у деталей с концентраторами напряжений (на 100%), и в меньшей степени у гладких деталей (на 25-30%). Наибольшие сжимающие напряжения образуются в зонах с выделением е- и у'- фаз, поскольку они имеют больший коэффициент термического расширения, чем а - твердый раствор [44]. Показано, что азотированный слой, имеющий на поверхности у'- фазу, имеет контактную выносливость на 40% больше, чем слой се- фазой [45]. Тем не менее, учитывая повышенную хрупкость нитридной зоны, для деталей, работающих в условиях знакопеременных и ударных нагрузок, рекомендуют азотированный слой, состоящий только из зоны внутреннего азотирования [1].
Увеличение толщины азотированного слоя и твердости сердцевины способствуют повышению предела выносливости и контактной прочности [46].
1.3.3 Влияние режимов азотирования и состава обрабатываемой стали на процесс формирования азотированного слоя
На структуру и свойства азотированного слоя оказывают влияние следующие факторы: способ азотирования, температура и продолжительность процесса, состав насыщающей среды, степень диссоциации аммиака, а также химический состав упрочняемого материала. В настоящей работе