Низкотемпературное цианирование конструкционных сталей в карбамидо-натриевых ваннах

• Автор: Воскобойников, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Введение

Глава 1. Поверхностное упрочнение стали путем насыщения азотом

и углеродом

1.1. Особенности совместного насыщения стали азотом и углеродом

1.2. Технологические процессы совместного насыщения стали азотом и углеродом

1.3. Низкотемпературное цианирование сталей в жидких средах жидкое азотирование

1.4. Выводы. Направление исследования

Глава 2. Методика экспериментального исследования

цианирования конструкционных сталей в соляных ваннах

2.1. Выбор сталей для исследования. Технология изготовления и химикотермической обработки образцов
2.2. Методика исследования структуры, фазового состава и физикомеханических свойств цианированных слоев
2.3. Определение износостойкости цианированных слоев
2.4. Математическое планирование эксперимента и обработка экспериментальных данных
Глава 3. Исследование цианирования сталей в карбамидонатриевой
3.1. Выбор компонентов и оптимизация состава цианирующей ванны
3.2. Исследование насыщающей способности карбамидонатриевой ванны при различных режимах цианирования
3.3. Исследование цианирования легированных сталей в карбамидонатриевой ванне
Глава 4. Свойства цианированных слоев конструкционных сталей
4.1. Твердость и фазовый состав цианированных слоев
4.2. Износостойкость цианированных слоев
4.3. Технологические аспекты низкотемпературного цианирования стальных изделий в карбамидонатриевых ваннах
Общие выводы
Библиографический список
Введение


При обработке образцов толщиной 0,2 мм из углеродистой стали в среде аммиака и паров бензола при температуре С также было установлено, что преимущественная диффузия в сталь углерода лимитирует насыщение стали азотом и наоборот. НеРеЧСГС 1. Ире и СРс концентрация азота и углерода в поверхностном слое р и я коэффициенты уравнения. Зависимость, связывающая концентрацию углерода и азота в слое при их совместной диффузии, имеет тот же характер, что и при науглероживании предварительно азотированного материала. Таблица 1. Концентра ния азота на поверхности, Коэффи циент диффузии азота д,М, см2с Коэффи циент диффузии углерода ц. Согласно 1, уменьшение концентрации азота при повышении концентрации углерода в слое может быть объяснено меньшей устойчивостью азотистых фаз нитридов и азотистого аустенита по сравнению с углеродистыми цементитом и аустенитом при температурах нитроцементации. Как известно, металлы переходных групп имеют в переходной оболочке недостроенную полосу. При внедрении атомов углерода и азота они отдают часть своих валентных электронов полосе металла и переходят в металлическое состояние, что обуславливает очень высокую подвижность ионов углерода и азота в решетке железа и других металлах переходных групп. По мере увеличения количества абсорбированных атомов доминирующего компонента происходит все большее заполнение полосы и соответственно уменьшение возможности растворения атомов второго компонента. По современным представлениям , в процессе нитроцементации атомы азота и углерода из внешнего источника, попадая в сферу поверхностных сил стали, взаимодействуют с атомами металла и адсорбируются силами связи кристаллической решетки. На начальной стадии азот и углерод проникают в решетку феррита, располагаясь в порах пустотах между металлическими атомами. Карбидная составляющая структуры стали обусловливает малую скорость перемещения через свою кристаллическую решетку, так как в карбидах октаэдрические пустоты уже заняты атомами углерода, поэтому е участием в диффузионном процессе можно пренебречь и считать, что основной диффузионный поток проходит через легированный феррит, взаимодействие которого с азотом и углеродом определяет процесс нитроцементации стали. Возникновение новой фазы сопровождается перекристаллизацией системы, которая начинается от центров на поверхности, где имеются высокие уровни свободной энергии дефекты рештки, границы зрен и др Здесь происходит накопление диффундирующих элементов до концентрации, соответствующей новой фазе. Возникает зародыш новой фазы. Растворимость обоих металлоидов в феррите сравнительно мала. С предельное насыщение феррита достигается при 0,, С и 0, . В этом случае один атом углерода в среднем приходится на атомов железа 0, или на элементарных ячеек феррита, а один атом азота приходится на 0 атомов железа или 0 элементарных ячеек феррита. Следовательно, достаточно на поверхности стали появиться незначительному количеству атомов азота и углерода, чтобы в тонком наружном слое, измеряемом атомными слоями, установилось предельное насыщение феррита. Практически это достигается мгновенно, как только появляется реакционный контакт между металлом и металлоидами. С образованием зародышей карбонитридной фазы на поверхности стали с концентрацией металлоидов выше минимальной будет происходить дальнейшее насыщение и повышение концентрации металлоидов на наружной обращнной к насыщающей среде поверхности зародышевого участка до максимальной с одновременным увеличением размеров участка и сохранением на его внутренней границе нижней предельной концентрации азота и углерода в карбонитридной фазе. Таким образом, на втором условно выделенном этапе происходит развитие участков новой фазы в основном вдоль поверхности стали до их взаимной встречи, то есть происходит формирование тонкого карбонитридного слоя. На третьем этапе, с момента образования слоя и установления на его границах предельных концентраций, диффузионный процесс начинает идти фронтально от поверхности, поскольку возникает градиент концентраций между насыщаемой поверхностью и внутренним слоем.