Закономерности структурообразования при плазменной обработке стали 60Г и промышленное освоение технологии поверхностного упрочнения гребней железнодорожных колесных пар

• Автор: Тюфтяев, Александр Семенович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Низкотемпературная плазма и сс применение в техникев

1.1.1. Физические основы получения низкотемпературной плазмы.

1.1.2. Конструкции, принципы работы современных плазмотронов и область их применения

1.2. Виды поверхностной обработки

1.2.1. Влияние плазменной обработки на свойства стали.

1.2.2. Влияние плазменной обработки на структуру упрочненною слоя.

1.2.3. Плазменная химикотермическая обработка

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕТОДОВ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛИ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ .

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Материалы и требования к ним
3.2. Методы исследования.
4. ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА
4.1. Разработка усовершенствошишой конструкции плазмотрона и технологии
поверхностной обработки
4.1.1. Влияние угла раскрытия канала выходною электрода на характеристики плазмотрона.
4.1.2. Влияния еометрин сопла на характеристики плазмотрона
4.1.3. Выбор оптимальных параметров преобразователя потока
4.1.4. Разработка технологии плазменного упрочнения стали Г.
4.1.3.1. Влияние режимов плазменной обработки на геометрические параметры и твердость упрочненной зоны.
4.1.3.2. Влияние режимов плазменной обработки на механические свойства и сопротивление разрушению упрочненной зоны
4.1.3.3. Влияние режимов плазменной обработки на микротвсрдостъ и структуру упрочненной зоны
4.1.3.4. Влияние режимов плазменной обработки на фазовый состав и структурное состояние поверхностного слоя
4.2. Сравнительные исследования механических свойств, сопротивления разрушению и структуры железнодорожных колес, упрочненных по разным технологиям
4.2.1. Общая характеристика исследуемых колес и методика вырезки образцов
4.2.2. Механические свойства упрочненной зоны
4.2.3. Испытания на износостойкость
4.2.4. Сопротивление разрушению при циклическом нагружении.
4.2.5. Склонность к замедленному разрушению в условиях воздействия напряжений, коррозионной среды и водорода
4.2.6. Микросгруктура
4.2.7. Электронномикроскопическое исследование тонкой структуры
4.2.8. Рентгенографический анализ фазового состава упрочнен ной зоны
4.2.9. Сопоставление структуры и свойств упрочненных колес
4.3. Создание и освоение промышленной установки для поверхностного упрочнения железнодорожных колесных пар.
4.3.1. Конструкция и технические данные промышленной установки
4.3.2. Эксплуатационные характеристики упрочненных колес
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
6. ПРИЛОЖЕНИЕ.
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ


Для первоначальной ионизации необходимо на два электрода, находящиеся в среде плазмообразующего газа, подать напряжение и кратковременно замкнуть их либо проводящей вставкой, либо высоковольтным разрядом. В результате короткого замыкания в точках контакта выделится большое количество тепла. От сильного нагревания катод начнет эмитировать электроны. Высокая температура приведет к ионизации плазмообразующего газа, т. Под действием электрического поля возникает направленное движение частиц. Механизм ионизации в электрическом разряде сводится к образованию электронной лавины. При этом количество свободных электронов увеличивается в геометрической прогрессии, так как электрическое ноле сообщает электрону во время свободного пробега больше энергии, чем необходимо для выбивания одного электрона. Столкновение электронов и положительных ионов, движущихся с большой скоростью, с нейтральными атомами и нейтральных атомов между собой приводит к повышению степени ионизации. Таким образом, электрическое поле ионизирует газ, и в образующейся при этом плазме возбуждается электрический ток. Это явление называется газовым разрядом. Газовый разряд при относительно большом токе и низком катодном падении потенциала это и есть электрическая дуга. В этом случае температура, достаточная для создания высокой термоэлектронной эмиссии с катода ЛсхТ, достигается в результате элементарных процессов в самой дуге. Высокая степень ионизации плазмы вещества и предопределяет ее новые свойства. В электрической дуге различаются три принципиально различные области прикатодное и прианодное падение потенциала и столб дуги рис. Приэлектродныс области отличаются более высоким сопротивлением и малой протяженностью. В катодной области образуется подавляющая доля переносчиков тока электронов и значительная доля ионов, переносящих заряд вблизи поверхности катода. Рис. Термоэлектронная эмиссия в плотном газе электрической дуги происходит в результате разогрева катода ударяющимися об него газовыми ионами. Процессы ионизации в анодной области дуги развиты слабо здесь образуется 1 электронов, которые движутся к аноду, и ионов, перемещающихся по направлению к столбу дути. Остальные электронов попадают к аноду из столба дуги. Мощность, выделяемая на аноде, складывается из энергии этих электронов, а также из энергии, поступающей из столба дуги в результате излучения и теплопроводности. При горении дути в инертном газе
выделяемая на аноде мощность расходуется на нагрев и испарение материала с поверхности анода, на прогрев анода в результате теплопроводности и частично на тепловое излучение. Наиболее интенсивная передача энергии в дуге, как правило, происходит в анодном пятне разряда. Столб дуги имеет небольшое электрическое сопротивление и состоит из газа с различной степенью ионизации, в зависимости от температуры дуги. В столбе дуги наиболее протяженной ее области возникают наиболее высокие температуры. Процесс термической ионизации молекул в столбе уравновешивается рекомбинацией и радиальной диффузией ионов. Нагрев газа в плазмотроне происходит в результате его взаимодействия с дугой, поэтому эффективность нагрева существенно зависит от того, каким образом организовано это взаимодействие. Плотность тока и температура плазменной струи возрастают при сжатии дуги соплом. При правильном выборе формы сопла плазма оказывается отделенной устойчивой оболочкой неионизированного газа, защищающей стенки сопла. С уменьшением диаметра сопла возрастает градиент напряжения в дуге и одновременно увеличивается мощность и температура дуги. Столб сжатой дуги не может расшириться с возрастанием тока, так как находится внутри охлаждаемого водой и потоком газа сопла. Столб дугового разряда сжимается в сопле с помощью теплового пинчэффекта, заключающегося в том, что дуга не может расшириться в окружающем ее потоке охлаждающего газа, а также под влиянием магнитного пинчэффекта, являющегося следствием взаимного притяжения параллельных токов в магнитном поле. Сжимаясь, столб дуги отделяется от стенок сопла, что приводит к уменьшению потерь на теплопроводность. По характеру протекающих в канале сопла процессов его можно разбить на два участка, разделяемых между собой анодным пятном дуги.