Диссертация (1173091), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Более того,методы ХТО применяются для поверхностного упрочнения деталей, посколькуповышают твердость, износостойкость и другие характеристики диффузионногослоя. Азотирование является тем видом ХТО, которое позволяет сочетатьповерхностное упрочнение с повышением стойкости сталей к коррозии внекоторых средах. Развитию и широкому внедрению процессов химикотермической обработки и, в частности, азотирования, в нашей странеспособствовали исследования научных школ под руководством выдающихсяученых А.Н.
Минкевича, Ю.М. Лахтина, Б.Н. Арзамасова, А.К. Тихонова, С.А.Герасимова.В настоящей работе предлагается проводить нагрев цинкнаполненныхпокрытий в среде аммиака, там самым активируя диффузионное проникновениеазота в металл для осуществления процесса азотирования, которое даетвозможность дополнительного упрочнения поверхностного слоя.Подобные комбинированные методы химико-термической обработки,состоящие из диффузионной металлизации (например, хромом, ванадием,титаном,алюминиемидр.)всочетаниисазотированием,хорошозарекомендовали себя при упрочнении различных деталей машин, установленоповышение твердости и износостойкости углеродистых сталей, а в ряде случаев икоррозионной стойкости.Подобные решения создания комбинированных слоев и покрытий на основецинка и азота отсутствуют.
Поэтому в настоящей работе проводятся всесторонниеметалловедческие исследования модифицированных слоев на сталях, полученных врезультате одновременного диффузионного насыщения поверхности цинком иазотом. Причем исследования выполняются как в условиях термодиффузионнойметаллизации цинком в азотосодержащей среде, так и в отношении азотированияпредварительно сформированного цинк-наполненного покрытия.
Исследованиянацелены на выявление возможности осуществления совместной диффузии цинка и9азота в сталь, а также возможности диффузии азота под цинковое покрытие, наустановление закономерностей структуры и фазового состава модифицированныхслоев, характера их упрочнения и влияния на свойства поверхности: коррозию,износ, адгезию с металлом-подложкой.Целью настоящей работы является разработка комбинированных процессовхимико-термической обработки сталей, включающих цинкование и азотирование,для повышения коррозионной стойкости, износостойкости и обеспечения адгезиицинковыхпокрытийметалловедческогокстальнойисследованияподложке,намодифицированныхосновеслоев,комплексногополученныхврезультате диффузионного насыщения поверхности цинком и азотом.Объектом исследования являются конструкционные углеродистые инизколегированныестали,применяющиесядлядеталеймашиниметаллоконструкций, работающих в условиях атмосферной коррозии.Предметомповерхностногоисследованияявляютсямодифицированиясталей,комбинированныевключающиепроцессыцинкованиеиазотирование.Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решаютсяследующие задачи:• Выполнить сравнительный анализ методов формирования цинковыхпокрытий на сталях на основе обзора литературных источников для обоснованиявыбора способов цинкования для комбинированных процессов ХТО в сочетании сазотированием.• Обосновать выбор методов экспериментальных исследований структуры,химического состава модифицированных слоев, методов испытаний на коррозию,износ и адгезию.• Провести теоретический анализ взаимодействия элементов в двух- итрехкомпонентных системах, включающих Fe, Zn и N, на основе диаграммсостояния; определить условия образования возможных фаз;10• Определитьзависимости,связывающиепараметрыпроцессадиффузионного насыщения с характеристиками модифицированного слоя наоснове модели диффузии цинка в железо из покрытия фиксированной толщины.• Экспериментально установить и проанализировать закономерностистроения модифицированных слоев в сталях после комбинированных процессов,включающих цинкование и азотирование, в зависимости от параметровкомбинированных процессов.• Установить зависимости физико-химических и механических свойствповерхностных слоев в сталях (микротвердости, износостойкости, коррозионнойстойкости, адгезионных свойств), полученных комбинированными способамиХТО, от параметров процессов.• Предложить рекомендации по рациональным режимам комбинированныхспособов обработки, включающей цинкование и азотирование, для стальныхизделий, применяющихся в различных эксплуатационных условиях.Научная новизна.
Разработаныповерхностидиффузионнаясталей,новыекомбинирующиеметаллизацияцинкомпроцессы модифицированияцинкованиевиазотирование:азотосодержащей1)среде(ДМЦ+азотирование) и 2) азотирование предварительно нанесенного наповерхность стали цинкнаполненного покрытия (ЦНП+азотирование).Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено формированиепосле комбинированных процессов однотипных по строению модифицированныхслоев с образованием в стальной подложке диффузионных зон твердых растворовцинка и азота в железе.Установлены различия в механизмах диффузии элементов при процессахДМЦ+азотирование и ЦНП+азотирование.
В первом случае одновременно сдиффузией азота из газовой фазы происходит диффузия в железо цинка изобмазки, что сопровождается образованием железо-цинковых интерметаллидов вдиффузионной зоне. Во втором случае происходит диффузия цинка в железо изпокрытия параллельно с диффузией азота из газовой фазы через цинковоепокрытие. Встречная диффузия железа из основы в ЦНП приводит к11формированию зоны интерметаллидов на границе диффузионной зоны спокрытием.Коррозионностойкие модифицированные слои такого строения обладаютповышенной твердостью, износостойкостью и хорошей адгезией со стальнойподложкой.Научнаяипрактическаязначимостьрезультатовпроведенныхисследований. Научная значимость результатов исследований заключается врасширении знаний о закономерностях протекания комбинированных процессовхимико-термической обработки: кинетики диффузии элементов в металл принасыщении низкоуглеродистых и конструкционных сталей цинком и азотом,влияния параметров диффузионного насыщения цинком и азотом на структурноесостояние, фазовый состав и свойства модифицированных слоев.Практическая значимость заключается в разработке технологическихкомбинированныхспособовазотированияицинкованияизделийизконструкционных сталей, работающих в агрессивных средах, для повышения ихэксплуатационных свойств (износостойкости и коррозионной стойкости).
Врезультате использования разработанных комбинированных способов обработкидля упрочнения деталей машиностроения достигается эффект энерго- иресурсосбережения за счет увеличения срока службы изделий и заменылегированных сталей на более дешевые углеродистые и низколегированныестали. Обработанные с помощью комбинированного способа диффузионногоцинкования и азотирования (патент на изобретение № 2639755 «Способ газовогоазотирования изделий из конструкционных сталей» от 27.06.2016) стальныеболты соединений стыков балочного пролетного строения путепровода показализначительное увеличение их ресурса работы при воздействии динамическихнагрузок (акт испытаний от 25.01.2018 г.).Результаты аналитической и исследовательской глав диссертационнойработыиспользуютсяконструкционныхгосударственноговучебномматериалов»техническогопроцессеМосковскогоуниверситетанакафедре«Технологииавтомобильно-дорожного(МАДИ)впреподавании12дисциплин:«Конструкционные«Конструкционныетехнологическиесталиметодыдляиизащитно-отделочныетранспортныхматериалывматериалы»,сооружений»,машиностроении».«НовыеМатериалыметодической части работы использованы при подготовке учебного пособия«Основы электрохимической коррозии металлов и сплавов».Методология и методы исследования.
Методология исследованиябазируетсянаклассическомвзаимосвязанногоповерхностныхизученияслоеввматериаловедческомподходестроенияисвойствметаллах,сочетающемкомплексногомодифицированныхтеоретическиеиэкспериментальные исследования. Теоретические исследования включают анализфазовых и структурных превращений в двойных и тройных системах Fe-Zn-N наосноведиаграммсостоянияимоделированиедиффузииэлементавполубесконечное тело из источника конечной толщины (цинкового покрытия).Для экспериментальных исследований строения модифицированных слоевприменены современные методы металлографического анализа, растровойэлектронной микроскопии, Оже-электронной спектроскопии.
Для исследованиямеханических свойств использовали дюрометрические испытания, испытания наизнос и адгезию. Исследования коррозионной стойкости покрытий и слоевпроводилиэлектрохимическимиметодами,методомполяризационногосопротивления и путем испытаний в соляном тумане.Основные положения, выносимые на защиту:1. Закономерности строения модифицированных слоев в углеродистых инизколегированных конструкционных сталях, полученных при диффузионнойметаллизации цинком в сочетании с азотированием, в зависимости от параметровкомбинированного процесса.2.
Закономерности строения азотированного цинкнаполненного покрытия взависимости от характеристик исходного ЦНП.3. Закономерности коррозионного поведения в различных средах сталей смодифицированнымислоямиипокрытиями,полученнымикомбинированных ХТО, включающих цинкование и азотирование.врезультате134. Закономерности влияния процесса азотирования на физико-механическиехарактеристики цинковых слоев и покрытий в углеродистых и низкоуглеродистыхконструкционныхсталях:микротвердость,износостойкость,адгезионнуюстойкость.Достоверность результатов подтверждается использованием современныхметодовэкспериментальныхисследованийструктурыметаллов,репрезентативным объемом испытаний физико-химических, электрохимических имеханических свойств исследуемых сталей, а также сопоставлением полученныхрезультатов с результатами анализа российских и зарубежных литературныхисточников по тематике исследования.Личныйвкладбиблиографическийавтора.анализ,Авторомтеоретическиесамостоятельновыполненыисследования,лабораторныеэксперименты в соответствии с составленным планом, анализ микроструктуры исвойств модифицированных слоев исследуемых сталей после комбинированныхспособовобработки,проведенаинтерпретациярезультатов,выработанырекомендации по использованию разработанных способов для поверхностногоупрочнения деталей.Апробация результатов работы.Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 73-й,74-й,75й,76-й научно-методических и научно-практических конференциях МАДИ (20152018 гг.), V Международной научно-практической конференции «Актуальныевопросы подготовки современных инженеров и научно-педагогических кадров»,(Москва,2015),VIIIМеждународнойнаучно-техническойконференции«Наукоемкие технологии на современном этапе развития машиностроения»(Москва, 2016), 24-м Конгрессе IFHTSE «Европейская Конференция поТермообработке и инженерии поверхности» (Франция, 2017).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
