Интенсификация процессов азотирования деталей авиационной техники

• Автор: Шашков, Андрей Олегович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛЛВЛ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Диа1рамма состояния железоазот.

1.2. Механизм образования азотированного слоя

1.3. Свойства азотированного слоя

1.4. Влияние режимов азотирования и состава обрабатываемой стали на процесс формирования азотированного слоя.

1.4.1. Температура азотирования

1.4.2. Время азотирования

1.4.3. Степень диссоциации аммиака.

1.4.4. Состав обрабатываемой стали.

1.5. Ресурсосберегающие технологии газового азотирования.
1.5.1. Азотирование в тлеющем разряде
1.5.2. Азотирование с нагревом ТВЧ.
1.5.3. Азотирование в ультразвуковом поле
1.5.4. Азотирование в кипящем слое.
1.5.5. Азотирование в вакууме
1.5.6. Азотирование в многокомпонентных средах.
1.5.7. Термоциклическое азотирование.
1.5.8. Двухступенчатое и газоциклическое азотирование.
1.5.9. Азотирование при повышенных давлениях.
1.6. Влияние водорода на механические свойства стали.
1.6.1. Формы залегания водорода в сталях.
1.6.2. Растворимость водорода и его диффузионная подвижность.
1.6.3. Виды водородной хрупкости.
ГЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.
2.1. Материалы и технология проведения эксперимента
2.2. Оборудование
2.2.1. Последовательность операций при проведении технологических процессов
ионного азотирования
2.3. Методика проведения исследований.
2.3.1. Металлографический анализ
2.3.2. Фазовый рентгеноструктурный анализ.
2.3.3. Дюрометрический анализ.
2.3.4. Прибор для определения водорода
ГЛАВА 3. КИНЕТИКА ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ СЛОЕВ ПРИ ИОННОМ И ПЕЧНОМ АЗОТИРОВАНИИ
3.1. Микроструктурный анализ
3.2. Рентгеноструктурный анализ азотированных слоев после печного и ионного азотирования
3.3. Особенности формирования диффузионного слоя при ионном азотироваиии
3.3.1. Исследование изменения концентрации азота на поверхности при ионном и печном азотировании.
3.3.2. Кинетика роста азотированного слоя при ионном и печном азотировании.
3.3.3. Кинетика роста диффузионного слоя при циклической подаче аммиака
ГЛАВА 4. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ ОБРАЗЦОВ НА
СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АЗОТИРОВАННОГО СЛОЯ
4.1 Определение хрупкости азотированных слоев
4.2. Влияние азотирования на механические свойства сталей
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Исследование нового технологического параметра - времени циклов, позволяющего технически просто и эффективно регулировать фазовый состав, структуру и свойства поверхностных слоев азотированных деталей. В установлении влияния водорода на структуру и свойства азотированного слоя. С в течение 1,5-2,0 ч с целью повышения сопротивления материалов и азотируемых деталей хрупкому разрушению, снижению порога хладноломкости, повышению ударной вязкости и пластичности без снижения твердости азотированного слоя. Предложен новый способ ионного азотирования, при котором технологическая атмосфера циклически изменяется от высокой насыщающей способности до нуля, что позволяет интенсифицировать процесс азотирования, получать большую толщину слоя при тех же прочностных характеристиках. В разработке и предложении нового технологического параметра -время циклов насыщения - позволяющего эффективно управлять процессом насыщения и технически просто регулировать фазовый состав и структуру поверхности азотируемых деталей авиационной техники. ГЛАВА 1. Азотирование - процесс, при котором происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Азотирование обычно проводят в интервале температур 0 . В процессе насыщения образуются фазы в полном соответствии с диаграммой Ре-Ы (рис. Растворимость азота в а - железе при эвтектоидной температуре не превышает 0,%, снижаясь при комнатной температуре до 0,4%. N и а=0, нм при 2,7% М), максимальная растворимость азота в у - фазе - 2,8%. При 1°С у - фаза претерпевает эвтектоидный распад у—>а+у'. Ре4Ы, по концентрации находится в пределах 5,7 - 6,1% азота, решетка гранецентрированного куба с периодом решетки 0,-0, им (в зависимости от содержания азота). РедЫ (8-,2% азота) с плотноупакованной гексагональной решеткой (а~0, . Рис. Fe2N (,-,% азота) имеет ромбическую решетку. Следует отметить, что при азотировании конструкционных сталей на базе этих нитридов образуются твердые растворы не только азота, но и углерода, и их называют карбонитридами. В у' - фазе углерод практически не растворяется, в результате чего у' - фаза имеет чисто нитридную структуру /6/. Н2 (1. Степень диссоциации аммиака (ад) определяется как отношение объема продуктов диссоциации (№Н2) к общему объему смеси. Диссоциация аммиака может происходить как в газовой среде, находящейся в объеме печи, так и на поверхности обрабатываемой стали. Ы2 является пассивным по отношению к железу. При диссоциации аммиака на 1ранице сталь - насыщающая среда образующийся атомарный азот адсорбируется обрабатываемой поверхностью и диффундирует в решетку металла. В отличие от атомарного азота, водород, образующийся при распаде аммиака, оказывает определенное влияние на формирование упрочненного слоя. С одной стороны, водород восстанавливает оксидные пленки на обрабатываемой поверхности, благодаря чему улучшается адсорбция. С другой стороны, водород заполняет электронные оболочки сГ и Г - слоев переходных металлов, содержащихся в составе стали, в-результате чего снижается энергия межатомных связей, увеличиваются перемещения вакансий в металлах и, как следствие, увеличивается скорость диффузии //. Однако водород не всегда оказывает только положительное влияние на процесс формирования упрочненного слоя. При слишком высокой концентрации водорода в металле может начаться выделение из металла газообразного водорода, что может привести к отслаиванию азотированного слоя. При обычном печном нагреве азотный потенциал определяется отрицательными ионами аммиака. ЫН3 и Н2 в газовой смеси. В - содержание Н2 в газовой смеси на входе в печь; ад - степень диссоциации ЫН3; р - общее давление смеси. Как видно из этого соотношения, при повышении степени диссоциации аммиака азотный потенциал уменьшается, а следовательно снижается насыщающая способность атмосферы. Механизм формирования азотированного слоя на железе и сталях подчиняется общему правилу, согласно которому в диффузионном слое образуются однофазные зоны диаграммы состояния Ие-М. Диффузионные слои образуются в той же последовательности, что и однофазные области на диаграмме состояния при данной температуре.