Совершенствование анодной цементации малоуглеродистых сталей с помощью модификации состава электролита

• Автор: Кусманов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Кострома
• Количество страниц: 171 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1. Анодная цементация углеродистых сталей в водных

электролитах

1.1. Основы анодного электролитного нагрева

1.2. Процессы переноса в парогазовой оболочке и поверхностной зоне

деталианода

1.3. Кинетика диффузии углерода в сталь и фазовый состав диффузионных

1.4. Свойства цементованных слоев

1.5. Состояние вопроса, цель исследования и постановка задачи

Глава 2. Методика исследований

2.1. Установка анодного нагрева
2.2. Методы измерения электрических, тепловых и гидродинамических
характеристик анодного нагрева
2.3. Выбор исследуемых составов электролитов.
2.4. Методы химического анализа электролитов.
2.4.1. Определение содержания железа в пробах электролитов гравиметрическим методом.
2.4.2. Определение массовой концентрации аммиака и ионов аммония суммарно фотометрическим методом.
2.4.3. Определение содержания хлорид ионов в пробах электролита аргентометрическим методом.
2.4.4. Определение содержания сахарозы в пробах электролитов иодометрическим содовым методом
2.4.5. Определение содержания глицерина в пробах электролитов титриметрическим методом.
2.4.6. Определение содержания ацетона в пробах электролитов иодометрическим методом
2.4.7. Определение содержания этиленгликоля в пробах электролитов иодометрическим методом
2.4.8. Определения электропроводности и раствора.
2.5. Методы изучения структуры и фазового состава цементованных
Глава 3. Влияние состава и свойств электролита на характеристики анодной цементации.
3.1. Влияние углеродсодержащей добавки на вольттемпературные и
вольтамперные характеристики нагрева.
3.2. Зависимость скорости насыщения стали углеродом от состава
электролита и режима обработки
3.3. Влияние концентрации компонентов электролита на толщину
цементованного слоя и теплофизические параметры нагрева9е
3.4. Влияние составов электролитов и условий цементации на
механические свойства стальных изделий.
Выводы к главе 3.
Глава 4. Разработка составов электролитов для анодной цементации и технологических рекомендаций по их использованию
4.1. Химические и электрохимические реакции при анодном нагреве
сталей в электролитах для цементации.
4.2. Выработка электролита. Факторы, влияющие на работоспособность электролита
4.3. Разработка составов электролитов для анодной цементации и
корректирующих действий при их эксплуатации
4.4. Технологические рекомендации по использованию
электролитов.
4.5. Разработка технологии упрочнения технологической оснастки,
применяемой на предприятии ООО ТМЗ.
Выводы к главе 4.
Заключение
Список использованных источников


Реализация результатов работы. Предложенные технологические рекомендации и партия деталей внедрены на предприятии ООО «ТМЗ» (г. Кострома) по результатам испытаний в промышленных условиях. ГЛАВА 1. Возникновение явления анодного нагрева связано с образованием прианодной парогазовой оболочки, отделяющей металлическую поверхность анода от раствора электролита и обладающей собственной проводимостью. Оболочка обладает наибольшим сопротивлением в системе и поэтому в ней выделяется максимальное количество теплоты. Тепловые потоки направлены из оболочки в металл и раствор, что приводит к быстрому разогреву анода и интенсивному парообразованию на поверхности жидкости, то есть к самоподдержанию оболочки. В итоге устанавливается стационарное состояние анодного электролитного нагрева, внешне напоминающее режим плёночного кипения [4]. Ввиду того, что основные источники тепла сосредоточены в парогазовой оболочке, она является нагревательным элементом, окружающим деталь, поэтому малая инерционность этого элемента, связанная с небольшой толщиной оболочки (~ '5 м), обеспечивает наблюдаемые скорости разогрева (до 0 град/с) и возможность оперативного изменения температуры величиной приложенного напряжения в диапазоне от 0 до °С. Разогрев анода (обрабатываемой детали) обусловливается прохождением тока через раствор электролита [1]. Этот процесс может быть представлен в виде вольт-амперной характеристики электрохимической ячейки (рис. Рис. При небольших напряжениях прохождение тока в объёме раствора описывается законом Ома, а процессы на электродах - законом Фарадея (участок АВ) без каких либо оптических или акустических эффектов. Увеличение напряжения приводит к разогреву электролита преимущественно в прианодной зоне, поскольку в ней сосредоточено почти всё сопротивление электролитической ячейки. В соответствии с этим температура анода ТА также повышается и достигает 0 °С в точке В (рис. Иногда пунктирная часть зависимости на участке АВ (рис. На участке ВС имеет место режим прерываний тока. Прохождение тока через ячейку приобретает импульсный характер из-за того, что слой пара, окружающий анод, периодически конденсируется и снова образуется. Импульсный характер явления не позволяет описать протекающие в системе процессы с помощью эффективных значений тока и напряжения, поэтому вертикальные отрезки на вольт-амперной характеристике в области прерываний (рис. Причиной разрушения оболочки является электрический пробой пара, вызывающий её взрывное расширение и последующую конденсацию. Температура анода в этом диапазоне напряжений составляет 0 °С. Искровые разряды создают прерывистое свечение, возникновение и исчезновение оболочки сопровождаются шумом и треском. В точке С парогазовая оболочка становится устойчивой, через неё проходит постоянный ток с небольшими пульсациями. Температура анода резко возрастает. Участок СО представляет собой режим высокотемпературного нагрева или просто режим нагрева. Жёлтое свечение парогазовой оболочки почти стабильно, процесс сопровождается легким шипением. Вольт-амперная характеристика имеет падающий характер (рис. I а), поскольку толщина оболочки с ростом напряжения увеличивается, а её электросопротивление - возрастает. Вольт-температурная характеристика имеет максимум при напряжениях 0-0 В. При меньших напряжениях возрастание температуры анода объясняется увеличением мощности, выделяемой в парогазовой оболочке. Температура анода в интервале 0-°С регулируется напряжением, что позволяет проводить закалку, цементацию или нитрозакалку. В точке О температура анода резко снижается, сила тока при этом практически не изменяется. Цвет свечения приобретает голубой оттенок, его спектр содержит линии водорода, кислорода и щелочных металлов, если они есть в растворе га. Можно предположить, что на участке ОЕ в оболочке возникают электрические разряды с разбрызгиванием электролита, который охлаждает анод. Вероятно, слабые разряды появляются ещё на участке СО, именно их действием объясняется небольшое снижение температуры анода перед точкой Э.