Поверхностное упрочнение деталей, восстановленных наплавкой, нитроцементацией и борированием

• Автор: Савельев, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 138 с. : ил

Содержание
Введение

Г лава 1. Восстановление изношенных деталей машин.

Перспективы упрочнении изношенных деталей ннтроцементацией и борнрованнем.

1.1. Методы восстановления изношенных деталей машин и возможность их упрочнения химикотермической обработкой.
1.2. Получение твердых карбонитридных покрытий одновременным насыщением стали углеродом и
азотом.

1.3. Повышение поверхностной твердости и износостойкости сталей борированием

1.4. Износосгойкосгь материалов с поверхностным упрочнением твердыми фазами

1.5. Выводы.

Глава 2. Методика экспериментального исследования структуры и слоев с поверхностным упрочнением
2.1. Технология изготовления и химикогермической обработки образцов.
2.2. Методика исследования состава, структуры и физикомеханические свойства диффузионных слоев.
2.3. Определение износостойкости нитроцементованных и борированных слоев.
2.4. Математическое планирование эксперимента и обработка экспериментальных данных.
Глава 3. Нитроцементация деталей, восстановленных
наплавкой
3.1. Разработка среды для поверхностного упрочнения
восстановленных деталей
3.2. Исследование низкотемпературной нитроцементации
наплавленных сталей
3.3. Получение карбонтридных слоев на наплавленных сталях
при высоких температурах.
Глава 4. Электролизное борнрование рабочих поверхностей восстановленных
деталей
4.1. Особенности процесса электролизного борирования стали
4.2. Влияние режимов электролизного борирования и состава
среды на толщину диффузионных слоев
4.3. Оптимизация технологических процессов получения боридных покрытий на наплавленных сталях ЗОХГСА
Глава 5. Свойства наплавленных слоев, упрочненных боридами и карбонитридами. Технологические аспекты поверхностного упрочнения наплавленных деталей.
5.1. Твердость и остаточные напряжения в нитроцементованных и
борированных слоях.
5.2. Износостойкость низроцементованных и борированных
наплавок
5.3. Технологические аспекты упрочнения восстановленных
деталей нитроцементацией и борированием
Общие выводы по работе.
Литература


В поверхностных наплавленных слоях возникают значительные растягивающие напряжения, что приводит к значительному снижению усталостной прочности [3]. Охлаждение наплавленного металла, как известно, сопровождается возникновением растягивающих напряжений при температурах близких к температуре кристаллизации. Причинами возникновения этих напряжений является неравномерный нагрев массивною изделия и литейная усадка самого наплавленного металла. Кроме того, при наплавке легированной сталью напряженное состояние возникает не только из-за названных выше причин, но также из-за возникновения дополнительных структурных напряжений в зоне термического влияния сварки. Градиент напряжений вблизи зоны сплавления может быть так велик, что при недостаточной прочности металла в этой зоне возникают трещины (кристаллизационные или горячие). В процессе охлаждения наплавленного металла эти напряжения усиливаются. Под действием остаточных напряжений вследствие невысокой пластичности и низкою сопротивления отрыву высоколегированной наплавленной стали в наплавленных слоях могут образовываться так называемые термические (или холодные) трещины. Одной из мер предупреждения трещин в этом случае, как впрочем и кристаллизационных трещин, служит предварительный сквозной подогрев наплавляемою изделия и медленное охлаждение ею после наплавки. Применяемые в настоящее время сварочные материалы (электроды, сварочная проволока, флюсы) и оборудование позволяют в значительной степени уменьшить недостатки метода и расширить область ею применения, однако полностью устранить основной недостаток - малую усталосгную прочность - никакими технологическими приемами не удается. Радикальной мерой, которая позволит повысить износостойкость наплавленных слоев и повысить усталостную прочность деталей, восстановленных наплавкой, может быть химико-термическая обработка этих деталей. Химико-термическая обработка деталей состоит из нагрева их до определенной температуры, выдержки при этой температуре в активных газовых, твердых или жидких средах и последующего охлаждения. При химико-термической обработке происходит изменение химического состава, структуры и свойств поверхности упрочняемых изделий. После некоторых видов химико-термческой обработки для достижения резкого изменения свойств поверхностных слоев изделий дополнительно проводят термическую обработку (цементация, нитроцементация и др. Химико-термическую обработку проводят с целью поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из сталей, уровень свойств которых недостаточен для надежной и длительной работы в тяжелых условиях. Химико-термическая обработка повышает поверхностную твердость, износостойкость, усталостную прочность, задиростойкость, красностойкость и др. Это достигается, главным образом, обогащением поверхностных слоев различными элементами (азотом, углеродом, бором и ДР ) [4,8]. Основной величиной, определяющей производительность процесса химико-термической обработки, является коэффициент диффузии насыщающего элемента в решетке железа. Величина коэффициента диффузии зависит от температуры и концентрации этого элемента. О = Ооехр-()/ЯТ, (1. Я - газовая постоянная (~ 2). Чем больше энергия активации, гем меньше коэффициент диффузии. Скорость гетеродиффузии при проникновении атомов насыщающего элемента в решетку железа неодинакова и зависит от характера образующегося твердого раствора. При насыщении железа азотом и углеродом образуются твердые растворы внедрения, диффузия идет сравнительно быстро, и образуются сравнительно глубокие диффузионные слои, обогащенные этими элементами. Глубина проникновения зависит от температуры и продолжительности насыщения, и также от концентрации диффундирующего элемента на поверхности. С лечением времени скорость роста толщины диффузионного слоя непрерывно уменьшается. Концентрация диффундирующего элемента на поверхности зависит от активности насыщающей среды, обеспечивающей приток атомов этого элемента к поверхности и скорости диффузионных процессов, приводящих к отводу этих атомов в глубь металла.