Разработка скоростной анодной цементации малоуглеродистых сталей путем их нагрева в барботируемом водном электролите

• Автор: Шадрин, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Кострома
• Количество страниц: 137 с. : ил.

1. АНОДНАЯ ЦЕМЕНТАЦИЯ В ВОДНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТАХ. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Особенности элсктрохимикотермической обработки и составы электролитов

1.2. Фазовый состав и структура малоуглеродистых сталей после анодной цементации. Коэффициент диффузии углерода

1.3. Влияние гидродинамических условий на характеристики анодного нагрева

1.4. Теплофизические модели анодного нагрева

1.5. Цель исследования и постановка задачи

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Экспериментальные установки

2.2. Выбор исследуемых материалов, образцов и составов электролитов

2.3. Методы измерений электрических и гидродинамических характеристик нагрева

2.4. Методы анализа структуры образцов после химикотермической обработки

Выводы по главе
3. РАСЧТ ТЕМПЕРАТУРЫ АНОДНОГО НАГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ
3.1. Анализ моделей расчета температуры анодного нагрева
3.2. Проводимость парогазовой оболочки
3.3. Вольтамперные и вольттемпературиые характеристики анодного нагрева
Выводы по главе
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ НАГРЕВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ В НЕПРОТОЧНОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ
4.1. Анодный нагрев в условиях естественной конвекции
4.2. Анодный нагрев при охлаждении раствора барботажем
4.3 Нагрев вращающегося цилиндрического образца Выводы по главе
5. РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ЦЕМЕНТАЦИИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ХНТ
5.1. Структура и м икротврд ость цементованного слоя
5.2 Влияние режимов цементации на прочностные характеристики среднеуглеродистой стали
5.3. Разработка технологии упрочнения нитепроводников Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ Акт о внедрении результатов НИР
ВВЕДЕНИЕ


Разработана технология упрочнения нержавеющей стали ХНТ путем цементации с последующей закалкой в ячейке с непроточным электролитом, а также в ячейке с продольным обтеканием детали рабочим электролитом. Разработана технология повышения износостойкости нитепроводников из стали ХНТ путем цементации с последующей закалкой. Лабораторные и опытнопромышленные испытания партии цементованных нитепроводников показали увеличение ресурса деталей в раз. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. В первой главе представлены основные результаты, полученные при анодной цементации. Рассмотрены особенности фазового состава обработанных образцов и кинетика насыщения углеродом. Показано увеличение твердости и износостойкости деталей после проведения анодной цементации. Описаны известные теоретические модели расчета стационарной температуры нагреваемого анода. Для достижения стабильного нагрева предлагается использовать иную схему охлаждения электролита непосредственно внутри рабочей камеры. Па основании проведенного анализа сформулированы цель исследования настоящей работы и основные задачи для решения проблемы стабильного протекания процесса нагрева. Вторая глава посвящена описанию методики эксперимента и оборудованию, которое используется при изучении особенностей процесса в ячейке нового типа. Указаны использующиеся в работе образцы и материалы, а также методы анализа структуры образцов после химикотермической обработки. В третьей главе выполнен анализ основных допущений, принятых в известных теоретических моделях. Рассматриваются различные варианты учета пространственного заряда в расчетах, при сопоставлении расчетных вольтамперных характеристик парогазовой оболочки постоянной толщины с экспериментальными данными, выяснена роль пространственного заряда при различных напряжениях нагрева. Из теплофизических допущений анализируется роль зависимости коэффициента теплопроводности пара от его температуры. Четвертая глава посвящена изучению особенностей процесса нагрева в рабочих камерах с непроточным электролитом. Для условий естественной конвекции рабочего электролита получены вольттемпературные и вольтамперные характеристики при различных глубинах погружения анода. Построены зависимости плотности теплового потока из оболочки в раствор электролита от напряжения нагрева для различных глубин погружения анода. Показано, что температура анода нелинейно возрастает при увеличении глубины погружения, выходя на некоторое максимальное значение по достижению глубины мм. Измерения температуры электролита на различных глубинах позволяют сделать вывод, что увеличение глубины погружения анода приводит к возрастанию эффективности работы охлаждающего элемента, стабилизируя тем самым протекание процесса. Далее рассматриваются основные особенности протекания процесса анодного нагрева в барботирусмой ячейке. Получены зависимости основных параметров процесса от величины расхода подаваемого воздуха температуры анода, силы тока, протекающего через ячейку, плотности теплового потока из парогазовой оболочки в раствор электролита. Все перечисленные величины нелинейно возрастают по мерс повышения расхода подаваемого воздуха их возрастание практически прекращается при достижении расхода 1, лмин. Измерения температурного поля электролита показали, что увеличение величины расхода воздуха приводит к выравниванию температуры по всему объему ячейки и се понижению. Это позволяет не погружать анод в глубину электролита и получить более высокие температуры нагрева, чем в случае естественной конвекции электролита. Пятая глава посвящена изучению структуры и свойств обработанных образцов. X в ячейке с непроточным электролитом и в ячейке с вертикальным погружением анода. Показано увеличение поверхностной микротвердости цементованных образцов из нержавеющей стали более чем в три раза по сравнению с необработанными после их цементации в рабочей камере с непроточным электролитом. Исследования и разработки выполнены в лаборатории анодной химикотермической обработки кафедры общей физики Костромского государственного университета им. П.А. Некрасова.