Азотирование конструкционных сталей при пульсирующей подаче аммиака

• Автор: Горячев, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1Л. Система железо-азот
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 с нагревом ТВЧ
1.5.2. Азотирование в ультразвуковом поле
1.5.3. Азотирование в "кипящем" слое
1.5.4. Азотирование в тлеющем разряде
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
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Оборудование
2.2. Материалы и технология проведения газоциклического азотирования

2.3. Методика проведения исследований
2.3.1. Металлографический анализ
2.3.2. Фазовый рентгеноструюурный анализ
2.3.3. Дюрометрический анализ
2.3.4. Испытания на износ
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ПРИ ГАЗОЦИКЛИЧЕСКОМ АЗОТИРОВАНИИ
3.1. Кинетика формирования азотированного слоя
на стали 40Х
3.2. Кинетика формирования азотированного слоя
на стали 38Х2МЮА
3.3. Кинетика формирования азотированного слоя на стали
3.4. Кинетика формирования азотированного слоя на стали У8
3.5. Кинетика формирования азотированного слоя на стали
3.6. Влияние состава стали на кинетику формирования азотированного слоя
3.6.1. Влияние углерода
3.6.2. Влияние легирующих элементов
ГЛАВА 4. ИСПЫТАНИЯ НА ИЗНОС
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В современном машиностроении азотирование является наиболее эффективным методом химико-термической обработки (ХТО), который обеспечивает высокий комплекс эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей: твердость, износостойкость, противозадирные свойства, теплостойкость, коррозионную стойкость, усталостную прочность. При этом обрабатываемые детали имеют весьма малые изменения геометрических параметров, так как азотирование проводится при температуре 500ч-600°С и не сопровождается фазовыми превращениями типа мартенситного. Сравнительно низкие температуры процесса обуславливают также меньшие, чем при цементации и закалке затраты на содержание оборудования. Высокие показатели эксплуатационных свойств азотированных деталей обусловили широкое применение азотирования для поверхностного упрочнения деталей машин, работающих в условиях высоких контактных нагрузок, а также в агрессивных средах. В настоящее время азотированию подвергаются шнеки, цилиндры, поршневые штоки, трущиеся поверхности цепных передач, зубчатые колеса, шейки коленчатых валов, валы, планки, трубчатые изделия в станкостроении, режущий и штамповый инструмент и т.п. /1,2/.
По данным международного общества по термической обработке и покрытиям материалов (МОТОМ), низкотемпературная химико-термическая обработка является одним из основных методов поверхностного упрочнения в промышленно развитых странах. Его доля в общем объеме изделий, проходящих поверхностное упрочнение, непрерывно растет и, по прогнозам, достигнет к 2000 г. 25-г30% /3/.
Азотирование используется в промышленности уже более 60-ти лет. За это время было разработано большое количество технологических процессов. Наиболее высокую производительность процесса насыщения имеет жидкое азотирование в цианистых ваннах, однако оно является дорогостоящим и

образом из у'-фазы, а доля е-фазы незначительна /60-63/. По сравнению с обычным азотированием ионное азотирование имеет ряд преимуществ: уменьшение длительности процесса, сокращение расхода газа и электроэнергии, снижение хрупкости слоя, уменьшение коробления деталей. Недостатки процесса являются высокая стоимость оборудования и трудность обработки деталей сложной геометрической формы /64,65/.
1.5.5. Азотирование в вакууме
Азотирование в вакууме интенсифицирует процесс насыщения за счет более интенсивного образования активного азота /66/. Применение низких давлений при азотировании позволяет также регулировать глубину и состав диффузионного слоя. Процесс вакуумного азотирования проводится при давлении в муфеле 98,8...13 кПа. При более высоких давлениях наблюдается увеличение нитридной зоны; при более низких давлениях толщина нитридной зоны уменьшается, но растет зона внутреннего азотирования. Применение вакуумной технологии позволяет сократить длительность процесса в
1,2...2 раза и уменьшить расход технических газов в 2...5 раз /67-69/.
1.5.6. Азотирование в многокомпонентных средах
В последнее время большое внимание уделяется разработке регулируемых процессов азотирования, в которых интенсификация формирования упрочненного слоя и оптимизация его структуры достигается за счет добавления в аммиачную атмосферу других газов: полностью диссоциированного аммиака, азота, кислорода, воздуха, углеродосодержащих газов, серосодержащих газов, фторосодержащих газов, фосфора и др.
Разбавление аммиака продуктами его предварительного крекинга (N2+H2) снижает азотный потенциал насыщающей атмосферы, благодаря че-