Упрочнение поверхности и повышение износостойкости углеродистых и низкоуглеродистых сталей наноструктурирующей фрикционной обработкой

• Автор: Поздеева, Наталья Андреевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Способы деформационного упрочнения и наноструктурирования поверхностных слоев металлических материалов.
1.1.1 Современные методы интенсивного поверхностного пластического деформирования поверхностных слоев металлов и сплавов ударным воздействием
1.1.2 Методы фрикиионноупрочняющих и других механических обработок поверхности металлических материалов, связанные с изменением химического состава или значительным нагревом поверхностного слоя.
1.1.3 Фрикционная обработка металлических сплавов инденторами из твердых материалов в условиях трения скольжения, исключающих заметный нагрев поверхностного слоя.
1.2 Термическая стабильность, эволюция при нагреве и сопротивление термическому разупрочнению нанокристалличсских структур, сформированных методом интенсивной пластической деформации в металлах и сплавах.
1.3 Влияние интенсивной пластической деформации на механические свойства металлов и сплавов.

1.4 Влияние наноструктурирования методами интенсивной пластической

деформации на трибологические свойства металлических материалов.

Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1 Исследованные материалы.
2.2 Термическая обработка материалов
2.3 Методика проведения фрикционной обработки.
2.4 Методика проведения трибологических испытаний.
2.5 Методики проведения механических испытаний, измерений микротвердости и микроиндентирования
2.6 Методы исследования химического состава, структуры сталей и топографии поверхностей.
ГЛАВА 3 ВЛИЯНИЕ ФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ,
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МИКРОТВЕРДОСТЬ ЖЕЛЕЗА, УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, ПОДВЕРГ НУТЫХ ЛАЗЕРНОЙ ИЛИ ОБЪЕМНОЙ ЗАКАЛКЕ
3.1 Формирование мартенситных структур в сплавах железа с содержанием углерода 0,,
3.2 Влияние фрикционной обработки на топографию и химический состав металлических поверхностей.
3.3 Формирование нанокрисгаллических структур трения в поверхностном слое сплавов железа при фрикционном воздействии.
3.4 Деформационное упрочнение поверхности железа, углеродистых и
низколегированных сталей при наноструктурирующей фрикционной обработке
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ ФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ ЖЕЛЕЗА, УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
4.1 Влияние фрикционной обработки на сопротивление разупрочнению при
нагреве выдержка 1ч железа и сталей, повергнутых лазерной обработке
4.2 Эволюция при нагреве нанокристаллической структуры, сформированной фрикционной обработкой на поверхности низкоуглеродистых сплавов
4.3 Влияние длительного до ч нагрева в вакууме на микротвсрдость, структуру и химический состав наноструктурированного фрикционной обработкой поверхностного слоя высокоуглеродистой стати.
4.3.1 Влияние длительного нагрева при температурах 0, 0 и 0С на микротвсрдость и эволюцию структуры закаленной стали У8, подвергнутой наноструктурирующей фрикционной обработке.
4.3.2 Влияние длительного нагрева в вакууме при температурах 0 и 0С на химический состав поверхностного слоя закаленной стали У8,
наноструктурированного при фрикционной обработке
4.4 Влияние фрикционной обработки на сопротивление термическому разупрочнению цементованной хромоникелевой стали
4.5 Влияние дополнительного легирования на разупрочнение при нафеве
закаленных углеродистых статей, подвергнутых фрикционной обработке.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.ИЗ
ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ НАНОСТРУКТУРИРУЮЩЕЙ ФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО НАГРЕВА НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМОУПРОЧНЕННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ.
5.1 Влияние фрикционной обработки на шероховатость поверхности, структуру и микротвердость поверхностного слоя закаленной среднеуглеродистой стали.
5.2 Влияние фрикционной обработки на механические характеристики и особенности деформирования конструкционной стали при статическом растяжении
и микроиндентировании.
5.3 Влияние фрикционной обработки на износостойкость закаленной среднеуглеродистой стали в условиях абразивного изнашивания и трения скольжения.
5.4 Влияние температуры отпуска на микротвердость, износостойкость и механические свойства закаленной среднеуглеродистой стали, подвергнутой фрикционной обработке
5.5 Комбинированная деформационнотермическая обработка закаленной
среднеуглеродистой конструкционной стали
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Таким образом, обработка ППД позволяла создавать поверхностные слои с весьма полезными свойствами для деталей аппаратов и установок, используемых во многих технологиях. Переход от макромасштабных и микро к наномасштабным уровням рассмотрения структуры и свойств материалов способствовал дальнейшему улучшению качества поверхности металлов и сплавов при ППД, за счет формирования в деформированом слое сверхмелкозернистых структур. Согласно современным представлениям важнейшие физикомеханические свойства сплавов могут быть существенно повышены за счет перевода структуры их поверхностного слоя в субмикрокристаллическое и нанокристаллическое состояние. В настоящее время существует большое количество методов поверхностной обработки, позволяющих формировать на поверхности металлических материалов тонкие субмикро и нанокристаллические слои, обладающие уникальным комплексом прочностных и других важнейших свойств. УЗО 7. Длительное время ультразвуковая обработка является одним из наиболее эффективных методов поверхностного упрочнения металлов 8. УЗО выполняется путем возбуждения в обрабатывающем инструменте ультразвуковых колебаний. Ультразвуковое воздействие позволяет значительно изменять дислокационную структуру материала, измельчать зерна и субзерна до размеров субмикронного диапазона, увеличивать углы разориентировки и т. Гак в работе 9 ультразвуковой обработкой поверхности плоских образцов малоуглеродистой стали Ст. З создавали тонкий поверхностный слой с субмикрокристалличсской структурой с размером зерен 0,5 мкм. Такая обработка создает сильно нестабильную структуру в тонком поверхностном слое с высокой плотностью дефектов, сохраняя объем образца в сгруктурно устойчивом состоянии. Проведенный в работе анализ деформированной структуры поверхностного слоя цементированных сталей , ХНЗА и НЗМА показал, что в результате ульгразвукового ударного воздействия на глубине до 0 мкм происходит изменение фазового состава и морфологии перлита, при этом средний размер зерен значительно уменьшается. Одной из разновидностей упрочняющих технологий, основанных на поверхностном пластическом деформировании, является алмазная ульгразвуковая обработка АУЗО, в которой в качестве рабочей части инструмента используются выглаживатели из синтетического алмаза марки АСПК . В результате воздействия АУЗО на поверхности стали , мартенситного и ферритоперлитного состава, а также армкожелеза. Образование нанокристаллических структур наблюдали при ППД падающими шарами рисунок 1. Исследование микроструктуры и микротвердости поверхностных слоев показало, что в результате такого воздействия формируется структура со средним размером зерен 0 нм, аналогичная по твердости и составу наноструктуре, образующейся при обработке в шаровых мельницах. В работе было показано, что нанокристаллические структуры на поверхности углеродистой стали формируются при свободном падении шаров даже в условиях криогенных температур 6С. Одним из распространенных методов поверхностного пластического деформирования деталей является дробеструйное упрочнение i , где в качестве деформирующих тел используют стальную литую дробь или стеклянные шарики стеклянные шарики применяют для обработки цветных металлов, с целью получения поверхности высокой химической чистоты , . В настоящее время существует большое разнообразие методов обработки поверхности дробеструйным воздействием гидро и пневмодробеструйная рисунок 1. Процесс дробеструйного упрочнения деталей машин происходит при свободном ударе дроби с одновременным упругопластическим внедрением в поверхностный слой металла, вызывая деформацию контактной зоны . Интенсивный наклеп поверхности при дробеструйной обработке, сопровождается измельчением зеренной и субзеренной структуры, повышением плотности дислокаций и созданием значительных остаточных напряжений. Формирование нанокристаллической структуры с размером зерен около нм наблюдали в поверхностном слое коррозионностойкой стали 8i9i, подвергнутой деформационному воздействию при высокоэнергетической обработке дробью . Отмечается, что поверхностная нанокристаллизация аустенитной стали может улучшить сопротивление коррозии в агрессивном растворе, содержащем ионы хлора.