Разработка неразрушающих методов контроля структуры поверхности конструкционных материалов после энергетического воздействия

• Автор: Сарычев, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.16.01, 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение.

Глава 1 Постановка задачи

1.1. Анализ современного состояния исследований и разработок

в области модифицирования поверхности

1.1.1. Ионное азотирование

1.2. Физикохимические основы процессов ионноплазменного

модифицирования поверхности металлических материалов.

1.2.1. Диаграмма состояния ТГЫ.

1.2.2. Ориентационные соотношения между нитридными фазами

1.2.3. Свойства ТГЫ нитридных фаз
1.2.4. Анализ кристаллохимических особенностей фаз внедрения
на основе титана.
1.2.5. Механизм диффузии атомов внедрения в титане.
1.3. Исследования структуры и свойств модифицированных
слоев и покрытий
1.4. Методы исследования покрытий
1.4.1. Особенности рентгеновского измерения остаточных
напряжений в тонких покрытиях
1.5. Неразрушающий контроль поверхностных слоев материалов.
1.5.1. Измерение контактной разности потенциалов.
1.5.2. Методы измерения работы выхода электрона РВЭ
1.5.2.1. Метод контактной разности потенциалов.
1.5.3. Измерение толщины покрытий
Заключение по литературному обзору.
Глава 2 Материалы и методы исследования.
2.1. Материалы исследования
2.2. Технология ионного азотирования.
2.3. Методы исследования.
2.3.1. Измерение контактной разности потенциалов.
2.3.2. Рентгеновский метод измерения толщины покрытий
2.3.3. Измерение микротвердосги тонких покрытий
2.4. Методика измерения толщины азотированных слоев.
4 Глава 3 Разработка приспособления для измерения контактной
разности потенциалов.
3.1. Описание разработанного приспособления для измерения контактной разности потенциалов
3.2. Результаты исследования модифицированной поверхности сплавов титана методом КРП.
Глава 4 Разработка и применение рентгеноструктурных методов исследования покрытий и газонасыщенных слоев для титановых сплавов и сталей
4.1. Измерение протяженности газонасыщенных слоев в титановых сплавах.
4.2. Измерение остаточных напряжений в газонасыщенных слоях титановых сплавов.
Глава 5 Практическое применение разработанной аппаратуры и методов для исследования и контроля покрытий и модифицированных слоев в материалах авиационной техники.
5.1. Аттестация вакуумной камеры применительно к процессам
ионного азотирования
5.2. Исследование электроэрозионной обработки жаропрочного никелевого сплава ЭП5ИД.
Общие выводы по работе.
Список используемой литературы


В современных установках для ионного азотирования установлены микро ЭВМ, которые с помощью локальных регуляторов или прямого цифрового управления поддерживает заданные значения напряжения, тока разряда и давления, задает программные и регистрирует текущие значения технологических параметров, выдает сигнал «авария» при нарушении вакуума и изменении условий разряда. Из широкого круга материалов, подвергаемых ионному азотированию, самыми распространенными являются стали различных структурных классов и назначений. Ионному азотированию подвергают детали различных типоразмеров: от мелких деталей массового производства до крупногабаритных (длиной до м) единичных деталей. Лучшие результаты достигаются при применении аммиака, разбавленного аргоном. Ионное азотирование в режиме катодного распыления при давлении 0,x2-0,х2Па в атмосфере % (объемных) ЫН3+%Аг позволяет получить слой большой толщины без нитридной зоны. Показана возможность ионного азотирования в атмосфере, состоящей из водорода (-%) и воздуха (-%), как источника азота. Процесс рекомендуется проводить при С с выдержкой 4 часа, давлении газовой смеси ЗООПа, плотности тока 1,1 -2,1мА/см2 и напряжении 0-0В. Изменяя содержание Мг в смеси с воздухом, можно регулировать толщину и фазовый состав азотированного слоя. Предложен вариант низкотемпературного (0-0°С) процесса ионного азотирования в атмосфере полностью диссоциированного аммиака для инструмента из быстрорежущей стали. Высокое содержание водорода в смеси, в том числе и соответствующее составу при полной диссоциации аммиака, способствует образованию нитридных фаз на азотируемой поверхности в виде монослоя вплоть до е-фазы (РсгИ). Водород в газовой среде при ионном азотировании играет роль восстановителя оксидов на упрочняемой поверхности, препятствующих непосредственному контакту и взаимодействию азота с металлом. Азотирование легко пассивирующихся высокохромистых нержавеющих сталей обязательно требует добавок водорода в газовую среду. Для получения качественных диффузионных слоев без е - фазы на поверхности при. В результате такого азотирования образуются нехрупкий азотированный слой толщиной 8- мкм и твердостью -НУ. После азотирования следует низкий отпуск, при этом азотирование повышает стойкость инструмента в 1,5-2,0 раза. Азотирование повышает твердость, износостойкость поверхности, а в ряде случаев и жаропрочность тугоплавких металлов. Титан и его сплавы азотируют при (0-0°С) в атмосфере азота при нормальном и пониженном давлении (-0 Па) в атмосфере азота, разбавленного аргоном (при парциальном давлении 0,5-4 кПа), или реже в аммиаке. На поверхности образуется нитрид 'ПЫ, а под слоем нитрида зона внутреннего азотирования а'П+'ПЫ. Азотирование существенно повышает сопротивление титана и его сплавов изнашиванию. Азотирование титана в среде аммиака приводит к водородному охрупчиванию. Азотирование в азоте при 0°С не вызывает значительного снижения пластичности титана, но снижает ударную вязкость сплавов. Повышение температуры до 0°С вызывает снижение прочности, вязкости и пластичности. Применение при азотировании азотсодержащего газа оказывает меньшее влияние на механические свойства. Высокая хрупкость нитридной зоны приводит к скалыванию острых кромок, что не позволяет использовать азотирование для упрочнения сложных деталей и не обеспечивает качество доводочных операций. Одним из существенных преимуществ ионного азотирования является возможность получать контролируемое распределение твердости и модулей упругости в поверхностных слоях за счет варьирования температурой, концентрацией реакционного газа, давлением газовой смеси, а также знаком и величиной потенциала подложки [-]. Однако для реализации этого преимущества требуется проведение комплексных исследовательских и технологических работ. Сложность задачи заключается в том, что условия эксплуатации конструкционных материалов требует сочетания высоких усталостных свойств по всему сечению с упрочнением поверхностного слоя. В работе сотрудников исследовательского центра технологий поверхности (Великобритания) [] проведено сравнительное изучение влияния различных режимов ионного азотирования, ионного карбоазотирования, ионной имплантации и нанесения ионно-вакуумных покрытий на механические и трибологические свойства аналога отечественного сплава ВТ6 - сплава Ть6А1-4У.