Научное обоснование и разработка технологии предварительной термической обработки конструкционных азотируемых сталей

• Автор: Жихарев, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 202 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Система железо азот

1.2. Современное представление о формировании структуры

азотированного слоя легированных сталей

1.2.1 Формирование представлений о процессе азотирования

1.2.2. Влияние режимов азотирования на структуру азотированного слоя

1.2.2.1. Влияние температуры азотирования

1.2.2.2. Влияние времени азотирования

1.2.2.3. Влияние химсостава сплава

1.2.2.4. Влияние скорости охлаждения
1.2.2.5. Влияние условий нагрева до температуры азотирования
1.2.2.6. Двухступенчатое азотирование
1.2.2.7. Влияние термообработки после высокотемпера
турного азотирования
1.2.3. Влияние структурного состояния материала перед азотированием на формирование азотированного слоя
1.2.3.1. Влияние внутренних напряжений в исходной структуре
1.2.3.2. Влияние размера зерна твердого раствора
1.2.3.3. Влияние обезуглероживания поверхности
1.2.3.4. Влияние режимов отпуска перед азотированием
1.4. Износостойкость азотированных сталей
1.5. Контактная выносливость азотированных сталей
1.6. Заключение
Глава 2. Материалы и методы исследования структуры и свойств
2.1. Методика подготовки образцов для проведения исследований
2.2. Методика структурных исследований
2.2.1. Металлографические исследования
2.2.2. Рентгенострктурные исследования
2.2.3. Электронномикроскопические исследования
2.2.4. Магнитные исследования
2.2.5. Ядерная гаммарезонансная спектроскопия
2.3. Методика исследования свойств азотированного слоя
2.3.1. Определение твердости по Виккерсу
2.3.2. Определение микротвердости
2.3.3. Методика испытаний на изнашивание
2.4. Статистическая оценка результатов эксперимента
Глава 3. Влияние режимов термической обработки на исходную структуру и свойства исследуемых материалов
3.1. Влияние режимов термической обработки на твердость
3.2. Изучение магнитных свойств исследуемых материалов в зависимости от режимов термической обработки
3.3. Изучение исходной структуры методом ЯГР ядерная гаммарезонансная спектроскопия
3.4. Заключение Глава 4. Влияние режимов предварительной термической обработки на
структуру и свойства азотированного слоя
4.1. Структура и свойства азотированного слоя предварительно отожженных и закаленных образцов
4.2. Структура и свойства азотированного слоя после предварительной закалки и отпуска
4.2.1. Исследование изменения поверхностной твердости и структуры азотированного слоя
4.2.2. Исследование структуры и твердости по толщине азо
тированного слоя
4.3. Структура и свойства азотированного слоя после предварительного отжига и дополнительного нагрева
4.3.1. Исследование изменения поверхностной твердости и структуры азотированного слоя
4.3.2. Исследование структуры и твердости по толщине азотированного слоя
4.3.3. Изучение азотированного слоя методом ЯГР ядерная гамма резонансная спектроскопия
4.4. Изучение структуры стали ВКС7 в зависимости от режимов предварительной термообработки
4.5. Заключение 8 Глава 5. Влияние режимов предварительной термической обработки на
эксплуатационные свойства азотированных сталей
5.1. Износостойкость
5.2. Контактная выносливость
5.1. Заключение
Глава 6. Обсуждение результатов исследований
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Одним из основных можно считать вопрос о причинах высокой твердости азотированного слоя. Существовало две теории, объясняющих столь высокую твердость азотированного слоя 1 твердость определяется мелкодисперсными выделениями нитридов и 2 искажением атомной решетки. Фри 6, Майер 7 и др. Эти типы препятствуют скольжению дислокаций, что и приводит к повышению твердости. Другие авторы 8 противопоставляли этому данные ренгеноструктурных исследований. Исходя из факта сильного размытия линий афазы азотированного слоя и сравнивая его с расширением линий, наблюдаемых у сталей после закалки, они приписывали азотированному слою структуру азотистого мартенсита. Г. Ф. Косолапов высказал предположение, что высокая твердость азотированного слоя вызвана сильными упругими и неупругими искажениями решетки, которые обусловлены неравномерным распределением азота и других элементов, присутствующих в стали, которые в отдельных участках зерна образуют комплексы нитридов и вызывают упругое искажение решетки 9. Эксперименты на сплавах ГсА и ИеМо, проведенные В. Д. Яхниной , показали, что при азотировании сплава РеА1 при температуре 0 С твердость повышается до НУ 5 0, а после охлаждения твердость еще увеличилась до НУ5 . При повторном нагреве на 0 С твердость не менялась, что говорило о получении стабильной структуры. Таким образом, было показано, что твердость связана не с мартенситной структурой, а с выделением дисперсных нитридов при охлаждении. Однако, в работе установили, что дифракционные картины закаленного азотированного слоя и слоя, охлажденного с печыо не отличаются. Это позволило сделать вывод, что структура азотированного слоя легированных сталей формируется в процессе изотермической выдержки при азотировании, а не при охлаждении. Работами , был окончательно решен вопрос о причинах высокой твердости азотированного слоя. Основная причина результат торможения дислокаций полями упругих напряжений, создаваемых дисперсными выделениями нитридов легирующих элементов. Как показано выше, свойства азотированного слоя легированных сталей определяются в основном нитридными частицами, их типом, размером, количеством. Морфология нитридных выделений зависит от многих факторов. Среди них можно выделить структурное состояние материала перед азотированием и режимы процесса азотирования. Далее будет рассмотрено влияние этих параметров на строение нитридных выделений в азотированном слое. Электронномикроскопические исследования азотированного слоя легированных сталей, проведенные в работе показали, что в зависимости от температуры азотирования и степени легирования можно наблюдать различные структурные стадии аналогичные тому, что наблюдается при распаде пересыщенных твердых растворов в сплавах СиВе, МВе и др. На электроннограммах, соответствующих начальным стадиям формирования нитридов, наблюдали узкие диффузные тяжи вдоль направлений 0 решетки матрицы. Кроме того, сильное диффузное рассеяние около узлов матрицы свидетельствует о значительном искажении ее кристаллической решетки. Такая картина представляет собой результат образования по плоскостям 0 матрицы однослойных по азоту пластинчатых зародышей нитридной фазы рис. Аналогичные диффузные эффекты наблюдались в бинарных сплавах Ре Мо, РеА1, и в сталях Х2МЮА и Х. Основным механизмом образования нитридов на сегодняшний день принято считать механизм старения. Таким образом, температура азотирования оказывает такое же влияние на структуру, как и температура старения в стареющих сплавах. Как и в случае распада пересыщенных твердых растворов, когда каждой температуре старения соответствует определенная структура, каждой температуре азотирования также соответствует определенная структура. В работе было показано, что с повышением температуры монотонно увеличивается размер нитридов легирующих элементов до . Это приводит к нарушению когерентности решеток нитридов и матрицы и, как следствие, к уменьшению физического уширения интерференционной линии 0 и соответственно уменьшению кристаллической решетки матрицы Даа. Рис. Рис.