Химико-термическая обработка стали в плазме гидростатического разряда

• Автор: Демин, Петр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ХТО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

1.1. Общие закономерности химикотермической обработки

1.2. Теоретические основы процессов азотирования.

1.2.1. Основные параметры процесса азотирования

1.2.2. Механизм формирования азотированного слоя на железе и сталях

1.2.3. Строение азотированного слоя в сталях

1.2.4. Влияние параметров азотирования на формирование азотированного слоя

1.2.5. Классификация процессов азотирования

1.3. Эксплуатационные свойства азотированных сталей

1.3.1. Твердость азотированного слоя

1.3.2. Износостойкость азотированного слоя
1.3.3. Сопротивление усталостному разрушению
1.3.4. Жаропрочность азотированных сплавов
1.3.5. Коррозионная стойкость
1.4. Стали, подвергаемые азотированию.
1.5. Технология процесса азотирования
1.5.1. Газовое азотирование
1.5.2. Азотирование сталей в плазме тлеющего разряда ионное азотирование
1.5.3. Системы контроля и регулирования процессов азотирования. Выводы по 1 главе
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ ГИДРОПЛАЗМЕННОГО АЗОТИРОВАНИЯ
2.1. Сущность и механизм гидроплазменного азотирования.
2.2 Обоснование выбора сталей для азотирования
2.3. Оборудование и технологические параметры процесса гидроплазменного азотирования.
2.4. Структура и фазовый состав азотированного слоя после гидроплазменного азотирования. .
2.5. Моделирование температурных условий процесса гидроилазменного азотирования.
2.6. Свойства упрочненного слоя на высоколегированных сталях после гидроплазменного азотирования.
Выводы по 2 главе
ГЛАВА 3. КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ГИДРОПЛАЗМЕННЫМ АЗОТИРОВАНИЕМ
3.1 Сущность метода и оборудование для его осуществления.
3.2. Структура и свойства металлизированных покрытий.
Выводы по 3 главе
ГЛАВА 4. КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
МЕТАЛЛОАЗОТИРОВАНИЯ Ш ЛИКЕРНАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ,
СОВМЕЩЕННАЯ С ГИДРОПЛАЗМЕННЫМ АЗОТИРОВАНИЕМ
4.1. Сущность метода и оборудование для его реализации.
4.2. Структура и свойства модифицированных слоев
4.2.1. Шликерная металлизация переходными металлами в гидроэлектролитной плазме металлокарбонитрирование
4.2.2 Моделирование упрочнения сталей при комбинированной обработке
4.2.3. Особенности металлизации алюминием и многокомпонентного насыщения металлами в сочетании с азотированием Выводы по 4 главе
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
5.1. Применение гидроплазменного азотирования для повышения служебных характеристик рабочих частей машин для расчесывания шерсти
5.2. Упрочнение крепежных деталей оборудования для газонефтяных скважин
Выводы по 5 главе Заключение Список литературы Приложение 1 Приложение
Введение


Характеристиками диффузионного слоя являются его толщина, распределение концентрации диффундирующего элемента по толщине слоя, фазовый состав и свойства слоя твердость, пластичность, сопротивление износу, коррозионная стойкость и т. В подавляющем числе случаев, когда рост слоя лимитируется диффузией элемента в металле, скорость роста слоя подчиняется параболической зависимости рис. К константа скорости, зависящая от конкретных условий проведения химикотермической обработки т время насыщения. Константа К, связная с коэффициентом диффузии элемента в металле, а, следовательно, и толщина слоя экспоненциально зависят от температуры рис. КК0ехр3КТ, где С эффективная энергия активации, Джмоль Я газовая постоянная, равная 8, ДжКмоль. При насыщении углеродом или азотом, образующими с железом твердые растворы внедрения, диффузия протекает быстрее, чем при насыщении элементами, образующими твердые растворы замещения Сг, А1, , Мо и др. Поэтому при диффузионном насыщении металлами и кремнием процесс ведут при более высоких температурах и более длительно. Рис. Влияние продолжительности а и температуры б насыщения на. Толщина диффузионного слоя при прочих равных условиях тем больше, чем выше концентрация насыщающего элемента на поверхности металла. Эта концентрация зависит от активности окружающей среды, обеспечивающей приток атомов элемента к поверхности, скорости диффузионных процессов, приводящих к переходу этих атомов вглубь металла, состава обрабатываемого металла и структуры образующихся фаз. Развитие процесса диффузии приводит к образованию в поверхностных слоях обрабатываемого металла диффузионной зоны, состоящей из твердого раствора иили химических соединений. V металл диффундирующий элемент. При насыщении чистого металла различными элементами строение слоя подчиняется общему правилу, согласно которому диффузия между двумя компонентами вызывает образование слоев, соответствующих однофазным областям диаграммы фазового равновесия МеДЭ диффундирующий элемент, пересекаемым изотермой при температуре насыщения. Диффузионные слои образуются в той же последовательности, что и однофазные области на диаграммесостояния. Скорость проникновения диффундирующего элемента в глубь металла определяется градиентом концентрации с1Сбх и коэффициентом диффузии элемента О. В начальный период насыщения диффузии значение бСбх велико, и общая толщина диффузионного слоя, быстро растет. С течением времени градиент концентрации падает, и скорость роста диффузионного слоя уменьшается рис. Г.1 а. Рассмотренные закономерности, в целом, справедливыдля всех видов химикотермической обработки. Одним из наиболее широко распространенных видов ХТО является азотирование. Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя металла азотом при нагреве в аммиаке или других азотосодержащих средах 4,5. В настоящее время к азотированию относят большое число комбинированных процессов насыщения в многокомпонентных газовых средах в аммиаке, разбавленном азотом, диссоциированным аммиаком, воздухом или углеродсодержащим газом эндогаз, СН4 и др. Н3 Н2 1. Основными параметрами процесса азотирования, определяющими строение и свойства азотированного слоя, являются температура насыщения, продолжительность процесса и степень диссоциации аммиака. Степень диссоциации аммиака ал определяется как отношение объема продуктов диссоциации Н2 к общему объему смеси. Термическая диссоциация аммиака представляет собой ионизационный процесс, сопровождающийся образованием ионов в рабочем пространстве печи. Диссоциация аммиака может происходить как в газовой среде, находящейся в объеме печи, так и на поверхности обрабатываемой стали. Если диссоциация аммиака происходит в газовой среде, то образовавшийся атомарный азот быстро рекомбинирует в молекулу 2 и не принимает участия в насыщении поверхности, поскольку молекулярный азот является пассивным по отношению к железу. При диссоциации аммиака на границе стали с насыщающей средой образующийся атомарный азот адсорбируется обрабатываемой поверхностью и диффундирует в решетку металла.