Повышение однородности эксплуатационных свойств деталей, упрочненных электрохимико-термической обработкой

• Автор: Дьяков, Илья Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Кострома
• Количество страниц: 146 с.

Оглавление
Введение

Глава 1. Методы реализации анодного электролитного нагрева

1.1 Физические основы анодного нагрева

1.2 Анализ гидродинамических условий нагрева.

1.2.1 Неконтролируемая гидродинамика.

1.2.3 Сочетание радиальных потоков с вертикальным обтеканием обрабатываемой детали

1.2.4 Технологические возможности анодного химикотермического

упрочнения сталей

ф 1.2.5 Основные выводы, цель и задачи исследования

Глава 2. Методика исследований

2.1 Установки анодного нагрева.
2.2 Измерения тепловых и электрических параметров анодного нагрева
2.3 Методы изучения структуры и фазового состава упрочненных материалов.
2.4.1 Определение содержания железа в пробах электролитов гравиметрическим методом.
2.4.2 Определение содержания ионов аммония в исследуемых пробах методом титримегрии
Р 2.4.3 Определение содержания хлоридионов в исследуемых пробах
методом Мора.
Выводы по главе 2
Глава 3. Расчеты вольттемпературной и вольтамперной характеристик анодного нагрева.
3.1 Модель расчета толщины парогазовой оболочки
3.2 Расчет температурного поля обрабатываемой цилиндрической детали 4 Выводы к главе 3.
Глава 4. Влияние гидродинамических условий на теплообмен в системе образец парогазовая оболочка раствор электролита
4.1 Коэффициенты теплоотдачи и критерий Нуссельта.
4.2 Распределение температуры нагрева по длине образцов при различных размерах рабочей камеры.
4.3 Управление температурным полем цилиндрической детали изменением
скорости се обтекания электролитом
Выводы к главе 4.
Глава 5. Разработка технологических рекомендаций по скоростному элекгрохимикотермическому упрочнению стальных и титановых изделий.
5.1 Выбор составов для электрохимикотермической обработки. Старение рабочих электролитов на основе солей аммония.
5.2 Анодное нитрооксидирование технического титана.
5.3 Режимы диффузионного насыщения бором и состав элеюролита
5.4 Влияние режимов цементации на прочностные характеристики
стали .
5.5 Разработка технологии упрочнения нитспроводников прядильных
Выводы по главе 5
Общие выводы.
Список литерату


В современной машиностроительной промышленности растет интерес к скоростным методам модификации поверхности деталей, так как они позволяют изменить широкий набор свойств поверхности материала без изменения свойств основы. Разработаны средства интенсификации традиционных видов химико-термической обработки, получили распространение микродуговое оксидирование [1], анодный и катодный варианты электролитного нагрева [2], ионная имплантация [3] и др. Существенное ускорение диффузионного насыщения достигается с помощью индукционного нагрева [4]. Основным достоинством перечисленных методов является изменение свойств и состава поверхности материала на заданную глубину. Время обработки при этом существенно уменьшаегся, достигая 5 мин/деталь [2]. Прогрессивные технологии термической обработки на основе лазерного, индукционного или плазменного нагрева наряду со значительными достижениями имеют определенные недостатки и ограничения. К ним относятся трудности обработки деталей сложной формы, необходимость в ряде случаев предварительной подготовки поверхности изделий, высокая стоимость оборудования. В основе явления анодного электролитного нагрева лежит образование сплошной и устойчивой парогазовой оболочки, окружающей деталь-анод и предотвращающей контакт детали с электролитом. Омическое сопротивление оболочки превышает сопротивление остальных элементов системы, поэтому в ней выделяется максимальное количество теплоты, именно парогазовая оболочка является нагревательным элементом в системе. Интенсивная теплоотдача из оболочки в образец позволяет разогревать обрабатываемую делаль-анод до температур в диапазоне от 0 до °С. Важным условием возникновения анодного нагрева является соотношение площадей детали и рабочей камеры: рабочая площадь последней должна превышать площадь нагреваемой поверхности образца более чем в 2 раза. Рабочий диапазон напряжений постоянного тока варьируется от 0 до 0 В. При этом пороговое напряжение нагрева [5] зависит в первую очередь от размеров образца. Простейшая электрическая цепь источника питания приведена на рис 1. Конденсатор, емкость которого должна превышать мкФ, устанавливается в цепь для подавления пульсаций тока в цепи. Рис. Возникновение проводимости анодной парогазовой оболочки и наблюдаемых закономерностей нагрева объясняется эмиссией анионов раствора в оболочку и их переносом к поверхности детали электрическим полем. Рис. Низкочастотные пульсации свечения и тока связаны с колебаниями раздела фаз пар - жидкость []. В стационарном состоянии в электролите возникает распределение потенциала в растворе (р(х), которое обусловливает перераспределение концентрации ионов растворенного вещества [] (рис. Для оценки величины поверхностного заряда на границе парогазовой оболочки авторы [5] использовали больцмановскос распределение ионов. Р. = ё(ЛГ+ (х) - (*)) = , (1. Лг_ - концентрация анионов в прианодной области; Т - абсолютная температура раствора на межфазной границе. При однократном интегрировании (1. Согласно (1. Повышение напряжения на ячейке свыше порогового сопровождается потерей устойчивости поверхности электролита. Известно, что в предпробойиых электрических полях свободная поверхность электролита легко деформируется, образуя конические выступы []. Внутри эти конусы обогащены ионами одного знака настолько, что возникающая кулоновская сила может уравновесить и силу тяжести, и силу поверхностного натяжения. Это явление называется неустойчивостью Тонкса-Френкеля. Далее предполагается, что потенциал поверхности раствора (р$ пропорционален приложенному напряжению II с коэффициентом пропорциональности . Из полученного выражения следует экспериментально обнаруженная убывающая зависимость порогового напряжения от концентрации ионов электролита. При уменьшении площади детали становятся заметны пульсации тока, обусловленные дискретным характером переноса заряда, когда число одновременно действующих центров эмиссии относительно невелико. Амплитуда пульсаций с ростом напряжения увеличивается. По мнению авторов [2], это может означать, что по мере повышения напряжения амплитуда каждого центра эмиссии будег увеличиваться, а длительность акта сброса избыточного заряда уменьшаться.