Основы технологии и кинетической теории процессов диффузионного насыщения сталей в условиях термоциклического воздействия на материал

• Автор: Забелин, Сергей Федорович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Чита
• Количество страниц: 219 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ПУТЕЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ НАСЫЩЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ СТАЛЕЙ ПРИ ХИМИКОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Основные закономерности и недостатки процессов поверхностного насыщения и упрочнения сталей при изотермической ХТО

Методы интенсификации процессов химикотермической обработки сталей

Влияние структурнофазового состояния дефектов кристаллического строения и фазовых превращений в стали на диффузионную подвижность элементов
Термоциклическая обработка как эффективный метод повышения конструктивной прочности сталей
Обоснование использования режимов термоциклирования при химикотермической обработке сталей

Выводы по главе и постановка задач исследования

2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ ДИФФУЗИИ И ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ СТАЛЕЙ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА МАТЕРИАЛ Материалы и методика проведения исследований термоциклической и

химикотермоциклической обработки сталей

Закономерности кинетики процесса формирования диффузионного слоя

Закономерности изменения структуры при формировании диффузионного слоя

Влияние структурнофазового состояния стали на параметры диффузии углерода
Влияние режима термоциклического воздействия на параметры диффузии углерода
Влияние структурных несовершенств на процесс диффузионного насыщения
Выводы по главе 2
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТАЛЕЙ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Изменение микроструктуры сталей при ТЦО
Изменение тонкой структуры субструктуры сталей при ТЦО Результаты рентгеноструктурного анализа
Результаты метода внутреннего трения
Деформации и внутренние напряжения в стали при ТЦО
Деформация в процессе термоциклического воздействия на сталь Релаксация напряжений при термоциклировании сталей
Влияние термоциклического воздействия на механические свойства сталей
Оптимизация параметров режима термоциклического воздействия для решения различных технологических задач
3.5.1. Математическое планирование эксперимента и регрессионный анализ модели
3.5.2. Оптимизация процесса на основе шагового метода поиска экстремума функции
Схема модель расчета оптимальной скорости нагрева при ТЦО
Обобщенный анализ результатов исследований
Выводы по главе 3
4. МЕХАНИЗМ АКТИВАЦИИ И ОСНОВЫ КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ НАСЫЩЕНИЯ ПРИ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ II МАТЕРИАЛ
4.1. Механизм активации процесса насыщения при ХТЦО
4.2. Некоторые вопросы теории диффузии при термоциклическом воздействии на материал
4.3. Оценка активации процесса диффузионного насыщения металлов приХТЦО
4.4. Кинетическое уравнение для описания и оценки интенсивности процессов диффузионного насыщения
4.5. Выводы по главе 4
5. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССОВ ХТЦО СТАЛЕЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕТОДА
5.1. Основные принципы технологии ХТЦО сталей
5.2. Обоснование выбора технологической схемы процесса ХТЦО для цементации и нитроцементации сталей
5.3. Обоснование технологических параметров процесса ХТЦО при низкотемпературном азотировании
5.4. Влияние режима ХТЦО на конструктивную прочность сталей
5.4.1. Влияние ХТЦО на прочность и пластичность сталей
5.4.2. Влияние ХТЦО на износостойкость сталей
5.4.3. Влияние ХТЦО на усталостную прочность сталей
5.5. Технологические рекомендации по выбору оптимальных параметров режима ХТЦО
5.6. Техникоэкономическое обоснование эффективности новой технологии
5.7. Перспективы развития метода ХТЦО
5.8. Выводы по главе 5
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Авторские свидетельства на изобретения
2. Акты о внедрении результатов работы
ВВЕДЕНИЕ


Предупредить рост зерна и образование дефектов структуры поверхностного слоя сталей при использовании ускоряющего влияния температуры на диффузионные процессы позволяют методы предварительной термической обработки или ступенчатого температурного режима насыщения 5, либо выдержка в среде с низким потенциалом насыщающей атмосферы 4, 5, . Другой путь интенсификации проведение процесса диффузионного насыщения в контролируемых атмосферах 4, при изменении температурного режима процесса . Применение циклического режима позволяет увеличить толщину цементованного слоя в 1,8 раза по сравнению с изотермическим режимом насыщения с постоянным углеродным потенциалом 5. Однако и в этих случаях для устранения нежелательных структурных изменений при ХТО необходимо использовать специальные наследствснномелкозернистые марки сталей 4, 5, применение которых не всегда экономически целесообразно. Применение термообработки нормализации, двойной закалки и др. В работах , после высокотемпературных режимов диффузионного насыщения использовали метод ТЦО упрочняемых сталей, который по сравнению с известными, приводит к сокращению длительности обработки в 1,,7 раза и существенному в 1,,0 раза повышению пластических свойств сталей. Данный эффект достигается за счет получения структуры мелкодисперсной ферритоперлитной смеси сорбитообразного характера величина зерна балл. Качество диффузионного слоя и переходной зоны также существенно улучшается. В последние годы получил распространение способ вакуумной цементации или нитроцементации сталей , включающий активную часть периода процесса насыщения при высокой температуре и пониженном давлении, с получением повышенной концентрации насыщаемого элемента в слое, и последующий период диффузионный с достижением необходимой концентрации его па поверхности. Комбинация повышенной температуры с двухступенчатым периодом обработки позволяет сократить продолжительность процесса до 1,,0 ч. Другими преимуществами являются сокращение потребления газакарбюризатора отсутствие в насыщающей атмосфере окислительных компонентов и исключение возможности обезуглероживания диффузионного слоя . Однако и данные методы имеют существенные недостатки необходимость использования природномелкозернистых сталей низкие механические свойства изделий по сравнению с газовой цементацией большие капитальные затраты и дорогое обслуживание. Несмотря на существенные недостатки, в ряде случаев вакуумная цементация и нитроцементация становятся конкурентоспособными по отношению к традиционным процессам. Следует отметить способы интенсификации процессов ХТО, основанные на разрушении газообразных барьеров из продуктов реакции, образующихся на поверхности металла в процессе насыщения. Основными причинами ускорения процесса насыщения считают непрерывное поступление атомарного элемента к поверхности и постоянную ее очистку от продуктов реакции, как аэродинамическим, так и механическим способами. Несмотря на значительный эффект, эти методы за исключением циркуляционного не получили распространения по методическим причинам процессы зависят от формы изделий и существует еще ряд технологических трудностей . Для ускорения диффузионной стадии процесса ХТО сталей особо эффективными являются методы интенсификации второй группы, также оказывающие комплексное воздействие на процесс насыщения. Влияние электронагрева и его различных модификаций на диффузионные процессы при ХТО подробно изучены в работах И. Н. Кидина с сотрудниками , . Установлено, что при ускоренном до 0 Сс электронагреве скорость диффузии элементов в стали повышается. Причинами интенсификации диффузионных процессов являются , , особенности строения аустенита, связанные с условиями протекания фазовых превращений при ускоренном нагреве наличие большого количества дефектов структуры границы зерен и блоков, дислокации и др. Развитием способов электронагрева при ХТО является использование в этих процессах электротермического кипящего слоя или применение тлеющего разряда , . Последнее используется в таких перспективных способах ХТО, как ионное азотирование , ионная цементация или нитроцементация , , .