Разработка метода расчета режимов ионной нитроцементации, обеспечивающих заданный химический и фазовый состав диффузионного слоя легированных сталей

• Автор: Семенов, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 342 с.

О ГЛАВ Л Е Н И Е

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТАВ, СТРУКТУРА II СВОЙСТВА НМТРОЦЕМЕНТОВАШОГО СЛОЯ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ (.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1. Преимущества и недостатки высокотемпературной газовой нитроцементации
1.2. Требования к составу и структуре нитроцементован-ного слоя низколегированны х сталей
1.3. Нитроцементация комплексно-легированных теплостойких сталей
1.4. Технологические возможности и преимущества ионной нитроцементации
1.5. Анализ математических моделей газовой цементации
и нитроцементации низколегированных сталей
1.6. Особенности математического моделирования процессов ХТО с образованием избыточной фазы
1.7. Неизотермичеекие процессы диффузионного насыщения
и трудности, связанные с их моделированием
1.8. Выводы и направления исследований
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Y'?Y4 ! I
£.1. Опытно-промышленная установка ИХТО
2.2. Варианты проведения технологических процессов

2.0. Материалы и объекты исследований
2.4. Методика исследования структуры, химического и фазового состава диффузионных слоев
2.5. Методика проведения испытаний на износостойкость

и контактную выносливость
2.6. Выводы
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИОННОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ КОМПАНЕНТЫ
3.1. Структура математической модели
3.2. Разработка граничных условий модели
3.2.1. Граничные условия II рода и рациональные области их использования
3.2.2. Граничные условия III рода
3.3. Определение коэффициентов диффузии
3.4. Выбор методики численного решения и проверка адекватности модели
3.5. Выводы
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ИНІІ ПРИ ОБРАБОТКЕ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1. Основные характеристики нитроцементованного слоя
4.2. Моделирование одностадийных режимов ИНЦ
4.3. Моделирование двухстадийных режимов ИНЦ
4.4. Моделирование циклических режимов ИНЦ
4.5. Моделирование термоциклических (неизотермических) режимов ИНЦ
4.5.1. Возможные причины ускорения диффузии насыщающего элемента при термоциклической обработке
4.5.2. Экспериментальное исследование процессов ИНД по неизотермичееким режимам
4.5.3. Уточне ние значения эффе ктивного коэффициента диффузии при неизотермических процессах ионной нитроцементации
4.5.4. Анализ термоциклических режимов ИНЦ
4.6. Разработка технологических режимов ИНЦ для упрочнения деталей буровых долот
4.7. Выводы
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ИНД КОШЛЕКОНО- тгтчютшк теплоочюйшк сталей,
УЧИТЫВАЮЩАЯ ОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТИЦ ИЗБЫТОЧНОЙ КАРБОНИТРЩЩОЙ ФАЗЫ
5.1. Карбонитридная фаза нитроцементованного слоя теплостойких сталей
5.1.1. Строение нитроцементованного слоя комплексно-легированных теплостойких сталей
5.1.2. Связь количества карбидной фазы и концентрации углерода в диффузионном слое
5.1.3. Влияние избыточной карбидной фазы на износостойкость
5.1.4. Влияние карбидной фазы на контактную выносливость
5.2. Физическая и математическая модели образования легированного цементита по механизму внешнего науглероживания
5.3. Кинетика и математическая модель образованиями специальных карбидов и нитридов ванадия, вольфрама, молибдена, ниобия по механизму внутреннего науглероживания и азотирования
5.4. Экспериментальная проверка закономерностей влияния легирования на морфологию карбонитридной фазы
5.5. Модель растворения частиц избыточной фазы
5.6. Анализ влияния технологических параметров ИНЦ с
дов) и, как следствие, пересыщение поверхности углеродом. Процесс карбид©образования тормозит рост диффузионного слоя, поэтому изменение объемной концентрации углеводорода более существенно влияет на концентрацию углерода на поверхности, чем на толщину слоя. С увеличением времени цементации (нитроцементации) рост характеристик диффузионного слоя замедляется и влияние науглероживающей способности среды как управляющего параметра ослабевает.
Изменение давления газовой среды в пределах 6,7-26,6 гПа незначительно влияет на характеристики диффузионного слоя и должно подбираться экспериментально из условия равномерного на-углераживания по контуру обрабатываемой детали. По общему правилу, более сложной конфигурации детали (с относительно глубокими пазами, шлицами и т.п.) соответствует более высокое значение потребного давления в активной газовой среде [411.
Повышение температуры (определяется плотностью тока разряда) существенно ускоряет процесс науглероживания, оказывая большее влияние на рост эффективной толщины слоя, чем на концентрацию углерода на поверхности.
При ионной нитроцементации изменение температуры более сильно влияет на изменение концентрации азота, чем углерода. С повышением температуры концентрация азота в приповерхностном слое уменьшается, но увеличивается глубина его проникновения. При температуре 920 °С и времени процесса 1,5 ч. концентрация азота на поверхности стали 20ХЗМВФ достигает 0,67 %. Такое содержание азота не сопровождается образованием дефекта в виде "темной составляющей". При температуре процесса 980 °С концентрация азота на поверхности снижается до 0,20 %, но азот диффундирует на всю толщину слоя, равную 1,0 мм.