Исследование влияния легирующих элементов с целью поверхностного упрочнения инструментальных сталей

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Литературный обзор 8
1.1 Методы упрочнения поверхности отливок 8
1.2 Поверхностная закалка стали 9
1.3 Перспективные способы ХТО 13
1.4 Борирование сталей и чугунов 15
1.4. 1 Влияние состава стали на процесс диффузионного насыщения бором 16
1.4.2 Сведения о строении боридных слоев 18
1.4.3 Насыщение бором совместно с другими элементами 21
1.4.3.1 Борохромирование. Боротитанирование 21
1.5 Поверхностное упрочнение в процессе получения отливки 25
1.5.1 Поверхностное модифицирование 26
2 Теоретическая часть 29
2.1 Выбор материала для исследования 29
2.2 Методика нанесения упрочняющего покрытия 30
2.3 Метод литья по газифицируемым моделям 31
2.4 Методы исследования структуры и состава диффузионных слоев 31
2.5 Определение механических и эксплуатационных свойств 33
2.6 Оптимизация состава насыщающей смеси для упрочнения поверхности сталей 33
2.7 Методика испытаний на коррозионную стойкость 34
3 Экспериментальная часть 36
3.1 Технология изготовления газифицируемой модели 36
3.2 Насыщающие обмазки 42
3.3 Нанесение насыщающей обмазки и противопригарного покрытия на модель 42
3.4 Изготовление, заливка, выбивка форм 45
3.5 Структура и свойства отливок с упрочненной поверхностью 47
3.5.1 Свойства многокомпонентных диффузионных слоев 47
3.5.2 Отливки из стали 45Л с упрочненной поверхностью 53
4 Оптимизация состава насыщающей смеси 55
4.1 Компоненты насыщающей смеси для поверхностного упрочнения сталей 55
4.2 Определение оптимального состава насыщающей смеси
для поверхностного легирования 55
4.3Определение аналитической зависимости свойств борохромированных слоев 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 67

Весь текст будет доступен после покупки

Основное направление современного материаловедения в разделе термической обработки является создание инструментальных материалов с высоким комплексом свойств и разработки новых упрочняющих покрытий для практического применения их в современном машиностроении.
В машиностроении используются различные способы упрочнения поверхности деталей: лазерное упрочнение, наплавка, накатка, применение различных технологий нанесения покрытий. Применение данных технологий требует использования дорогостоящих упрочняющих сплавов, уникального, сложного и энергоёмкого оборудования, а также высококвалифицированного персонала[1].
Введение современных стандартов и новых систем качества ставят проблему повышения надежности современных отраслей промышленности, а также внедрения высокопринципиально новых, прогрессивных технологий. Состав и свойства поверхностных слоев сплавов оказывают основное влияние на работоспособность изделий машин целиком. В процессе использования инструментов и деталей этих машин постоянным и активным внешним воздействиям данные слои подвергаются изнашиваемости. Легирование сплавов и связанное с этим увеличение содержания в них упрочняющих фаз, привело к повышению служебных характеристик сплавов при одновременном снижении их технологической пластичности на различных стадиях производства.
Обоснованием этого можно считать установившуюся в последнее десятилетие тенденцию решать вопросы повышения служебных характеристик материалов, за счет улучшения существующих технологий получения материалов, нанесения покрытий и их термической обработки, обеспечение высокой надежности, безопасности и экологической защищенности изделий. Повышение прочности металла, износостойкость, сопротивления при разрушении, выносливость и других эксплуатационных и механических свойства материалов и изделий позволяет повысить разработка новых методов упрочнения.
Особый интерес представляет разработка новых высокоэффективных методов упрочнения деталей машин и инструмента за счет диффузионного насыщения поверхности металлов различными химическими элементами.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Литературный обзор
1.1Методы упрочнения поверхности отливок

Упрочнить поверхность – значит повысить свойства поверхности: твердость, износостойкость, коррозионную стойкость. Если надо изменить свойства, то это значит, что должна измениться структура поверхностного слоя. Для изменения структуры можно использовать деформацию, термическую обработку с нагревом различными способами, изменение химического состава поверхности, нанесение защитных слоев.
В основном методы упрочнения поверхностей можно разбить на две основные группы:
- упрочнение изделия без изменения химического состава поверхности, но с изменением структуры. Упрочнение достигается поверхностной закалкой, поверхностным пластическим деформированием и другими методами.
- упрочнение изделия с изменением химического состава поверхностного слоя и его структуры. Упрочнение осуществляется различными методами химико-термической обработки и нанесением защитных слоев.
Основными методами упрочнения поверхности деталей являются химико-термическая обработка, поверхностная закалка и деформирование поверхности в холодном состоянии (поверхностный наклеп).
Химико-термическая обработка состоит в насыщении поверхности детали каким-либо элементом с последующей термической обработкой. Наиболее распространенные виды химико-термической обработки цементация (насыщение поверхности углеродом) и азотирование (насыщение поверхности азотом).
Цементация проводится с целью получения высокой твердости и износоустойчивости поверхности при сохранении более мягкой и вязкой сердцевины детали. Поэтому цементации всегда подвергают малоуглеродистые стали (0,2%С) или легированные с низким углеродом. Наиболее распространенные детали подвергаемые цементации - зубчатые колеса.
Вещество, поставляющее углерод при цементации, является карбюризатором. Различают цементацию в твердом карбюризаторе (коксик или древесный уголь с добавлением до 30% соды – Na2CO3) и в газовом (СО).
Детали выдерживают в карбюризаторе от 6 до 12 часов (в зависимости от требуемой толщины не углероженного слоя 2-4мм) при температуре 900-9500 (в аустенитной области). При этом содержание углерода в поверхностных слоях повышается до 1-1,2%.
Толщину неуглероженного слоя контролируют по специальному образцу-свидетелю, который проходит цементацию вместе с деталями.
Наиболее часто применяю закалку с низким отпуском. Вариант с двумя закалками делают для ответственных деталей (первая закалка от температуры 9000 для измельчения зерна и устранения сетки цементита в поверхностном слое, вторая от 760-7900 для получения оптимальной твердости поверхности).
Азотирование проводится в атмосфере аммиака, который разлагаясь при температуре 500-5500 поставляет активный атомарный азот диффундирующий в поверхность детали. В отличии от цементации высокая твердость азотированной поверхности получается не за счет мартенсита, а за счет очень твердых нитридов. Поэтому для азотирования берут среднеуглеродистые стали содержащие сильные нитридообразующие элементы (Al, Cr, Mo). Азотирование является окончательной обработкой готовых деталей, никакой термической обработки после азотирования не проводят.
В результате азотирования достигается высокая твердость и износоустойчивость поверхности, повышается сопротивление возникновению трещин при знакопеременных нагрузках (усталостная прочность) и коррозионная стойкость.
Главным недостатком практически всех металлических покрытий, наносимых различными методами (наплавкой, газотермическим напылением, электроосаждение и другое), является наличие в них остаточных напряжений, которые негативно сказываются на усталостной прочности и других свойствах деталей с покрытиями. Кроме того, в покрытиях, нанесенных на поверхности деталей, могут встречаться несплошности (поры) и другие дефекты, отрицательно влияющие на прочность.
Радикальным способом устранения указанных недостатков и обеспечения высоких эксплуатационных характеристик изделий с нанесенными на их поверхности покрытиями может быть химико-термическая обработка. Насыщение металлических покрытий из внешней среды различными элементами изменяет их химический и фазовый состав, повышая твердость, создавая благоприятные напряжения сжатия и устраняя дефекты структуры.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Евдокимов В. Д., Клименко Л. П., Евдокимова А. Н. Технология упрочнения машиностроительных материалов: Учебное пособие-справочник.- Кшв: ?Профессионал?, 2010. - 352 с.
2. Гурьев A.M., Хараев Ю.П. Теория и практика получения литого инструмента. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. - 220 с,ил.
3. Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Учебное пособие для вузов. Л., ?Машиностроение? (Ленингр. отд-ние), 2006. - 216 с. ил.
4. Лыгденов Б.Д. Фазовые превращения в сталях с градиентными структурами, полученными химико-термической и химико-термоциклической обработкой. Дисс. Канд. Техн. Наук., Новокузнецк 2009, 226с, ил.
5. Земляков С.А. Закономерности формирования структуры и свойств инструментальных сталей для холодного деформирования в процессе циклического теплового воздействия. Дисс. Канд. Техн. Наук., Барнаул 2006, 156с, ил.
6. Гурьев A.M., Лыгденов Б.Д., Малькова Н.Ю., Шаметкина О.В., Мосоров В.И., Раднаев А.Р. Высокоэффективный способ химико-термической обработки инструментальных сталей. Ползуновский альманах. №4. Барнаул, 2014. С 91-93.
7. Хараев Ю. П. Структура и свойства литого инструмента. Барнаул: Россия, 2013,144с.
8. Хараев Ю.П. Термоциклическая закалка литой быстрорежущей стали. Ползуновский альманах. №4. Барнаул, 2009. С 54-55.
9. Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. - М.: Металлургия, 2016- 559с.
10. Серебрякова Т.И., Самсонов Г.В., Неронов В.А., Пешев П.Д. Высокотемпературные бориды. - М.: Металлургия, Челябинское отд., 2015. -368с.
11. Чернега С. М. Комплексное насыщение углеродистых сталей бором и хромом в активированной среде. Известия вузов. Черная металлургия. №11 2013, С 58-60.
12. Гурьев A.M. Новые материалы и технологии для литых штампов. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010.-216с, ил.
13. С.Г. Иванов, A.M. Гурьев, С.А. Земляков, Е.А. Кошелсва Диффузионное хромирование сталей из насыщающей обмазки. Ползуновский альманах №3 2016.-С. 191.
14. С.Г. Иванов, A.M. Гурьев Хромирование сталей из насыщающих паст. Фундаментальные исследования.- №11 - 2011.- С.73.

Весь текст будет доступен после покупки