Регулируемые процессы азотирования сталей с применением каталитической плёнки оксида меди тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Малахов, Александр Юрьевич

• Малахов, Александр Юрьевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Малахов, Александр Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Обзор способов химико-термической обработки сталей

1.2 Основные закономерности химико-термической обработки

1.2.1 Процессы, происходящие при ХТО

1.2.2 Анализ механизмов диффузии при ХТО

1.3 Анализ возможностей азотирования углеродистых сталей

1.3.1 Строение азотированного слоя в чистом железе

1.3.2 Влияние фазового состава азотированного слоя на физико-механические свойства стали

1.3.2.1 Твердость азотированного слон

1.3.2.2 Износостойкость азотированного слоя

1.3.2.3 Коррозионная стойкость азотированного слоя

1.3.2.4 Предел выносливости и контактная прочность азотированного слоя

1.3.3 Влияние режимов азотирования и состава обрабатываемой стали на процесс формирования азотированного слоя

1.3.3.1 Влияние температуры азотирования на строение и свойства азотированного слоя

1.3.3.2 Влияние времени азотирования на строение и толщину азотированного слоя

1.3.3.3 Влияние степени диссоциации аммиака на толщину и строение азотированного слоя

1.3.3.4 Влияние состава обрабатываемой стали на строение и свойства азотированного слоя

1.3.4 Процессы азотирования углеродистых и малолегированных сталей

1.4 Возможности интенсификации процесса азотирования

1.4.1 Интенсификация процессов азотирования при применении электрофизических методов воздействия

1.4.1.1 Азотирование в тлеющем разряде

1.4.1.2 Азотирование с нагревом токами высокой частоты

1.4.1.3 Азотирование с использованием ультразвукового воздействия

1.4.2 Интенсификация азотирования при использовании пониженного и повышенного давления

1.4.2.1 Азотирование в вакууме

1.4.2.2 Азотирование при повышенном давлении

1.4.3 Интенсификация азотирования при циклических процессах

1.4.3.1 Термоцикличсские процессы азотирования

1.4.3.2 Двухступенчатые и газоциклнческие процессы азотирования

1.4.4 Интенсификация азотирования при использовании многокомпонентных сред

1.4.4.1 Азотирование в смеси аммиака и продуктов его крекинга

1.4.4.2 Азотирование в смеси аммиака и азота

1.4.4.3 Азотирование с использованием кнслородосодержащих сред

1.4.4.4 Азотирование в смеси аммиака и углеродосодержащих газов

1.4.4.5 Азотирование с добавками ссры, фтора, фосфора

1.4.5 Интенсификация азотирования при использовании предварительного оксидирования

1.4.6 Азотирование с применением катализаторов

Выводы по первой главе:

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Выбор материалов для исследования

2.2 Выбор материала каталитической пленки и способа ее нанесения

2.2.1 Обоснование выбора металла для формирования каталитической оксидной пленки

2.2.2 Выбор способа нанесения оксидной пленки на поверхность железа

2.3 Методика проведения лабораторного эксперимента по азотированию с предварительным нанссенпсм пленки оксида люди

2.3.1 Оборудование для проведения азотирования

2.3.2 Порядок проведения лабораторного эксперимента по азотированию с применением каталитической пленки оксида меди

2.4 Методы исследования структуры и фазового состава азотированных образцов

2.4.1 Металлографический анализ микроструктуры

2.4.2 Химический элементный и фазовый анализ азотированных слоев

2.5 Методы исследования физико-механических свойств упрочнённых слоев после азотирования

2.5.1 Дюрометрический анализ

2.5.2 Исследование износостойкости упрочненных диффузионных слоев

2.5.3 Исследование коррозионной стойкости диффузионных слоев

Выводы по второй главе:

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖЕЛЕЗА

3.1 Формирование медной пленки на поверхности железа

3.1.1 Механизм химического взаимодействия при осаждении меди на железной подложке

3.2 Формирование пленки оксида меди на поверхности железа и сталей

3.2.1 Механизм процесса окисления медной пленки на поверхности железа

3.2.2 Экспериментальные исследования строения каталитической пленки оксида меди

Выводы по третьей главе:

ГЛАВА 4 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ АЗОТИРОВАННЫХ СЛОЕВ ПОД

КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЛЕНКОЙ ОКСИДА МЕДИ

4.1 Механизм формирования азотированного слоя в железе при наличии поверхностной каталитической пленки

4.1.1 Особенности взаимодействия в системе металл-газ при наличии поверхностных пленок химических соединений

4.1.2 Механизм каталитического действия пленки оксида меди при формировании азотированного слоя

4.2 Микроструктура и фазовый состав стали после азотирования с использованием каталитической пленки оксида меди

4.2.1 Строение азотированного слоя, сформированного под пленкой оксида меди

4.2.2 Влияние толщины медной пленки на кинетику роста и строение азотированного слоя

4.2.3 Влияние содержания углерода в стали на строение азотированного слоя, полученного под каталитической пленкой оксида меди

4.2.4 Исследование влияния содержания углерода в азотируемой стали на каталитические свойства пленки оксида меди

Выводы по четвертой главе:

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ АЗОТИРОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛЕНКИ ОКСИДА МЕДИ

5.1 Твердость азотированных слоев, сформированных

под пленкой оксида меди

5.1.1 Распределение микротвердости по толщине азотированного слоя

стали 08Ю

5.1.2 Распределение микротвердости по толщине азотированного слоя

стали 45

5.1.3 Распределение микротвердости по толщине азотированного слоя

стали У8

5.2 Износостойкость упрочненных диффузионных слоев

5.3 Коррозионная стойкость азотированных слоев, полученных с предварительным нанесением медной пленки

Выводы по пятой главе:

ГЛАВА 6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССА АЗОТИРОВАНИЯ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАНЕСЕНИЕМ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ПЛЕНКИ ОСКИДА МЕДИ

6.1 Повышение коррозионной стойкости деталей ленточных конвейеров снегоуборочных машин

6.2 Повышение износостойкости шестерен зубчатых передач гайковертов и плиты толкателей штампового оборудования

6.3 Повышение срока службы дроби из высокоуглеродистой стали

6.4 Рекомендации по рациональным технологическим режимам азотирования с

предварительным нанесением каталитической оксидной пленки

6.5 Задел для дальнейших научных исследований

Выводы по шестой главе:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регулируемые процессы азотирования сталей с применением каталитической плёнки оксида меди»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В мире современного прогресса происходит постоянное развитие конструкций машин, узлов и агрегатов, вызванное усложнением условий их эксплуатации. В связи с этим к конструкционным материалам предъявляются все более жесткие требования для обеспечения долговременной безотказной работы деталей, как в обычных условиях эксплуатации, так и в экстремальных условиях работы.

Разработка эффективных процессов упрочнения недорогих углеродистых сталей является актуальной задачей. Основные принципы разработки упрочняющих технологий предусматривают [1-3]:

• повышение характеристик служебных материалов (показателей конструкционной прочности, износостойкости, коррозионной стойкости и т.п.) с целью увеличения долговечности, надежности и срока службы деталей машин;

• снижение массы и уменьшение габаритов деталей машин и механизмов;

• снижение затрат на технологические процессы обработки материалов путем экономии энергоресурсов и расходных материалов, сокращения длительности процессов.

Одной из основных причин выхода из строя машин, узлов и агрегатов является износ трущихся поверхностей изделий. Так, в результате изнашивания деталей снижаются показатели мощности двигателей автомобилей, увеличивается расход горюче-смазочных материалов, повышается токсичность выбросов отработавших газов, понижаются производительность и тяговые качества транспортных средств. Износ и повреждение поверхностей вследствие изнашивания снижают сопротивление усталости деталей и могут служить причиной их разрушения даже при незначительных концентраторах напряжений и весьма низких номинальных напряжениях. Повышенный износ нарушает нормальное взаимодействие деталей в узлах, что может вызвать значительные дополнительные нагрузки, удары в сопряжениях и вибрации, стать причиной внезапных разрушений.

Известно, что примерно 80-90% всех отказов деталей машин и механизмов связано с износом поверхностей, 10-20% - с их коррозионными повреждениями

[4].

Согласно официальной статистике, в результате коррозионного разрушения металла многие развитые страны теряют порядка 3-4% валового дохода [5]. В результате коррозии разрушаются с катастрофическими последствиями сосуды высокого давления, паровые котлы, металлические контейнеры для токсичных материалов, лопасти и роторы турбин, мосты, детали самолетов и автономные автоматизированные механизмы.

Коррозионное разрушение вызывает огромные финансовые потери предприятий, связанные с заменой узлов, вынужденным обновлением парка оборудования, закупкой машин из более коррозионностойких материалов и т.п. Помимо этого, коррозия механизмов часто отрицательно сказывается на качестве производимой продукции.

Возникает необходимость в создании актуальной технологий поверхностного упрочнения, позволяющих повысить износостойкость поверхностей трения и их коррозионную стойкость, тем самым увеличив ресурс работы металлических изделий. При разработке таких технологий желательно предусмотреть возможность снижения затрат на процессы обработки материалов путем интенсификации процесса.

Одним из наиболее эффективных способов упрочняющей поверхностной обработки сталей в настоящее время остается способ диффузионного поверхностного модифицирования, т.е. химико-термической обработки (ХТО).

При всем многообразии технологических процессов химико-термической обработки возможности процессов ХТО до конца не использованы. Поэтому свою актуальность не утрачивает задача совершенствования регулируемых технологических вариантов химико-термической обработки, которые позволяют формировать заданную структуру и фазовый состав диффузионного слоя, обеспечивающие его оптимальные характеристики (в частности, сочетание износостойкости и коррозионной стойкости). В свою очередь, среди

многочисленных процессов ХТО сталей выделяются процессы азотирования, как наиболее управляемые путем регулирования состава насыщающей среды [6]. Особенно хорошо зарекомендовали себя энергосберегающие процессы низкотемпературного азотирования.

Низкотемпературные способы химико-термической обработки (ХТО) являются наиболее востребованными методами поверхностного упрочнения в промышленно развитых странах, доля обрабатываемых подобными способами изделий в общем объеме деталей, подвергающихся поверхностному упрочнению, непрерывно растет [7]. К наиболее эффективным методам низкотемпературной ХТО относится азотирование, которое обеспечивает высокий комплекс эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей: твердость, износостойкость, противозадирные свойства, теплостойкость, коррозионную стойкость и усталостную прочность [8]. Азотируемые детали имеют весьма малые изменения геометрических параметров, так как процесс проводится при температуре 500...600°С и не сопровождается увеличением объёма изделия. Сравнительно низкие температуры процесса обусловливают меньшие, чем при цементации и закалке, затраты на содержание оборудования. Благодаря высоким показателям эксплуатационных свойств азотирование нашло широкое применение для поверхностного упрочнения деталей авиа- и автомобилестроения, работающих в условиях высоких контактных нагрузок, а также в агрессивных средах.

Общим недостатком большинства применяющихся процессов азотирования является его высокая длительность, в связи с чем именно в направлении интенсификации процесса проводятся современные исследования по усовершенствованию процесса [9-11].

Известно [8], что традиционно азотирование считается эффективным способом упрочнения легированных сталей, поскольку сопровождается образованием термодинамически устойчивых нитридов легирующих элементов, существенно повышающих твердость всего азотированного слоя. Однако недорогой способ упрочнения мог бы оказаться рентабельным и для углеродистых сталей при условии его интенсификации.

Целью настоящей работы является разработка процесса азотирования углеродистых сталей, обеспечивающего регулирование строения и фазового азотированного слоя для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости путем использования каталитических свойств плёнки оксида меди.

Для достижения этой цели в работе поставлены и решаются следующие задачи:

• На основе анализа литературных источников изучить состояние вопроса, связанного с проблемой повышения эксплуатационных свойств изделий из углеродистых сталей с помощью различных упрочняющих технологий, их достоинства и недостатки и определить наиболее актуальный и подходящий для разработки способ упрочнения.

• Теоретически обосновать механизмы формирования плёнок оксида меди на поверхности железа и их каталитическое влияние на кинетику роста азотированного слоя в сталях.

• Определить комплекс экспериментальных методов исследования, позволяющих получить необходимую информацию о строении и свойствах азотированных слоев в углеродистых сталях.

• Экспериментально установить закономерности формирования тонких каталитических пленок оксида меди на поверхности сталей в зависимости от содержания в них углерода и условий осаждения.

• Экспериментально установить закономерности формирования модифицированного слоя (нитридной зоны и зоны внутреннего азотирования) при азотировании сталей в зависимости от толщины предварительно наносимой плёнки оксида меди и содержания углерода в стали.

• Экспериментально установить зависимости механических свойств азотированных сталей (твердости, износостойкости, коррозионной стойкости) от строения и фазового состава азотированных слоев в низко- средне- и высокоуглеродистой сталях, полученных с предварительным нанесением каталитической пленки оксида меди.

• Разработать рекомендации по рациональным технологическим схемам процессов азотирования стальных изделий с предварительным нанесением каталитических пленок оксида меди для их применения в условиях износа и коррозии.

Научная новизна. Разработан процесс азотирования сталей с предварительным химическим осаждением пленки меди и ее окислением с регулированием строения азотированного слоя путем изменения параметра толщины наносимой медной пленки, что обеспечивает повышение физико-механических свойств изделий: твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости, контактной выносливости.

Установлен каталитический эффект пленки оксида меди при азотировании низко- и среднеуглеродистых сталей, заключающийся в интенсификации роста диффузионного слоя и нитридной зоны.

Установлены критические параметры толщины наносимой медной пленки для проявления ее каталитических, барьерных или ингибиторных свойств, обеспечивающих формирование диффузионных слоев различной морфологии.

Установлены закономерности влияния содержания углерода в стали на кинетику осаждения медной пленки из раствора сульфата меди и кинетику роста азотированного слоя, заключающиеся в снижении каталитического действия медной пленки с увеличением содержания углерода.

Научная и практическая значимость результатов проведенных исследований. Научная значимость результатов исследований заключается в расширении знаний о закономерностях процессов химико-термической обработки: в выявлении и обосновании каталитического действия пленок оксида меди при азотировании углеродистых сталей, их влияния на структурное состояние, фазовый состав и свойства азотированных слоев, а также в формировании научного задела для дальнейших исследований по расширению спектра обрабатываемых сталей и применению каталитических пленок на основе оксидов других металлов - Со, N1, Сг, V и др.

Практическая значимость заключается в разработке технологических вариантов азотирования недорогих углеродистых и малолегированных сталей с регулируемой толщиной предварительно наносимой медной пленки, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств изделий, работающих в условиях повышенного износа, коррозии, контактных нагрузок, при существенной интенсификации процесса.

Внедрение разработанных технологических способов для упрочнения конкретных изделий машиностроения (шестерен зубчатых передач штампового оборудования, осей ленточных конвейеров снегоуборочных машин, дроби для дробеструйной обработки) дает значительный технико-экономический и экологический эффект за счёт увеличения срока службы изделий и сокращения длительности процесса обработки при отсутствии потребности в значительном переоборудовании предприятий.

Методология и методы исследования. Методология исследования опирается на научно-методологический подход управления структурообразованием в инженерии поверхности металлических материалов, сочетающий теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования включают методы анализа термодинамических условий образования металлических оксидов, физико-химических механизмов роста металлических пленок, их окисления и последующего азотирования. Экспериментальные исследования включают методы планирования и методики проведения лабораторных экспериментов по азотированию выбранных сталей при изменении входного параметра - толщины наносимой медной пленки. Экспериментальные исследования структуры и фазового состава азотированного слоя проводили методами металлографического анализа, электронной растровой микроскопии, рентгеноспектрального анализа. Для исследования физико-механических характеристик азотированных сталей применяли стандартные методы измерения микротвёрдости, испытаний на износ, полуколичественный метод оценки коррозионной стойкости.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Физико-химические и кинетические закономерности формирования медной пленки на железе и сталях с различным содержанием углерода при ее химическом осаждении из водного раствора сульфата меди.

2. Физико-химические и кинетические закономерности процесса окисления медной пленки на поверхности железа и сталей.

3. Закономерности структуры и фазового состава диффузионного слоя в сталях с различным содержанием углерода после азотирования с предварительным нанесением медной пленки.

4. Кинетические закономерности роста диффузионного слоя и отдельных его участков в зависимости от толщины наносимой медной пленки и содержания углерода в стали.

5. Обоснование каталитического эффекта пленки оксида меди при азотировании железа и углеродистых сталей.

6. Закономерности влияния процесса азотирования с предварительным нанесением медной пленки на физико-механические характеристики углеродистых сталей: микротвердость, износостойкость, коррозионную стойкость.

7. Технологический процесс азотирования с предварительным химическим осаждением медной пленки заданной толщины и ее полным окислением.

8. Принцип регулирования строения и фазового состава азотированных слоев в углеродистых сталях, получаемых в результате азотирования с предварительным осаждением медной пленки.

9. Рекомендации по рациональным технологическим вариантам азотирования с предварительным химическим осаждением медной пленки и ее окислением для повышения износостойкости, коррозионной стойкости или контактной выносливости изделий из углеродистых и низколегированных сталей.

Достоверность результатов исследований подтверждается:

• Анализом большого объема российских и зарубежных литературных источников по тематике исследования и сопоставлением этих данных с полученными результатами.

• Использованием современных методов экспериментальных исследований структуры металлов: оптической металлографии, электронной микроскопии, рентгеноспектрального анализа.

• Репрезентативным объемом испытаний физико-механических свойств исследуемых сталей.

Апробация результатов. Результаты исследований опубликованы в 7 научных работах, из которых 5 опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 1-й научно-практической конференции Российского общества металловедения и термообработки РОМиТ «Новые технологии термической и химико-термической обработки сталей», 11 сентября 2013 года, Москва, 71-й, 72-й и 73-й научно-методических и научно-практических конференциях МАДИ (2013-2015 г.), выставке «Научные достижения МАДИ» - 2014, 10-12 октября 2014 года.

Работа выполнялась на кафедре «Технология конструкционных материалов» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) в соответствии с планами научно-исследовательских работ. Отдельные этапы работ выполнялись в рамках следующих НИР: № 14.В37.21.1096 «Разработка способов химико-термической обработки изделий из конструкционных металлических материалов для получения наноструктурированных поверхностных слоев с высокими эксплуатационными свойствами», № 14.В37.21.1652 «Формирование поверхностных композиционных наноструктурированных слоев на сталях химико-термической обработкой в многокомпонентных газовых средах» по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, «Разработка концепции регулирования комплекса свойств

конструкционных материалов и мониторинга их структурного состояния, методик исследования и моделей упрочнения для обеспечения безотказной работы нагруженных деталей автомобиля», «Повышение уровня экологичности и экономичности общественного транспорта в мегаполисах с помощью увеличения ресурса работы прецизионных деталей топливной аппаратуры и компрессионных колец дизельных двигателей методами диффузионного упрочнения из газовой среды с предварительным нанесением каталитических пленок» по программе Стратегического развития МАДИ на 2012-2016 гг.

Работы, опубликованные соискателем, достаточно полно отражают материал диссертации, содержат данные об исследованиях и разработках, включённых в представленную соискателем диссертационную работу, а также исчерпывающую информацию о полученных соискателем результатах, имеющих научное и практическое значение.

Основные положения и результаты работы внедрены в учебном процессе кафедры «Технологии конструкционных материалов» МАДИ в программе лекционных и практических занятий по дисциплине «Теоретические основы и технология нанесения покрытий со специальными свойствами» для группы подготовки бакалавров 46ТВ (направление «Машиностроение»), а именно:

1. Новый метод азотирования сталей с применением каталитических плёнок, позволяющий повысить эффективность процесса азотирования, регулировать фазовый состав модифицированных слоев и получать требуемые эксплуатационные свойства поверхностного слоя деталей машин и инструмента в зависимости от условий их эксплуатации: высокие твердость, износостойкость и коррозионную стойкость.

2. Установленные и смоделированные закономерности регулируемого азотирования с применением каталитических пленок оксида меди, а именно:

- механизм формирования пленки чистой меди на поверхности углеродистых сталей при химическом осаждении;

- механизм формирования каталитической пленки оксида меди на поверхности углеродистых сталей;

- механизм формирования азотированного слоя в углеродистых сталях.

3. Закономерности формирования модифицированного слоя при азотировании углеродистых сталей с применением тонких каталитических плёнок оксида меди.

4. Экспериментальные данные, полученные в результате сравнительного анализа физико-механических свойств поверхности образцов стали, обработанных по разработанной и традиционной технологиям.

5. Разработанные технологические варианты азотирования стали с применением каталитической пленки на основе меди для повышения эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов из низколегированных конструкционных и углеродистых сталей.

Обработанные по предложенному способу детали прошли апробацию на соответствующем специализированном производстве предприятия ООО «ИНСТРУМЕНТ».

Получен патент (свидетельство) на полезную модель № 148230: «Установка для азотирования стальных изделий» (дата 28.10.2014, приоритет от 20.06.2014).

Содержание диссертационной работы соответствует специальности 05.16.09 - «Материаловедение (машиностроение)».

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Обзор способов химико-термической обработки сталей

Химико-термическая обработка (ХТО) сочетает термическое и химическое воздействие с целью изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя металла или сплава. На сегодняшний день признана классической классификация видов химико-термической обработки металлов и сплавов по Ю.М. Лахтину и Б.Н. Арзамасову (рисунок 1.1) [1]. Химико-термическая обработка предусматривает диффузионное насыщение обрабатываемого металла неметаллическими (С, К, В и др.) или металлическими (А1, Сг, Ъъ. и др.) элементами при определенной температуре в активной насыщающей среде.

Рисунок 1.1 - Схема классификации химико-термической обработки [1].

Для повышения долговечности наиболее ответственных деталей машин широко используются процессы цементации (науглероживания), нитроцементации и азотирования. Примером могут служить детали автомобилей, тракторов, станков, сельскохозяйственных, текстильных и других машин.

Несколько в меньшей степени применяется поверхностное насыщение бором, кремнием и металлами.

Большинство деталей машин работает в условиях износа, кавитации, циклических нагрузок, коррозии при криогенных и высоких температурах, при которых максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях металла, где сосредоточены основные концентраторы напряжений. Химико-термическая обработка, повышая твердость, износостойкость, задиростойкость, кавитационную и коррозионную стойкость и создавая на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность и долговечность изделия [12].

1.2 Основные закономерности химико-термической обработки 1.2.1 Процессы, происходящие при ХТО

Процесс ХТО является гетерогенным, т.е. происходящим в различных соприкасающихся фазах, отделенных друг от друга поверхностью раздела. Гетерогенные процессы протекают многостадийно [13]. Как известно процесс ХТО включает три основные взаимосвязанные стадии:

1. Реакции в насыщающей среде. На этой стадии массопереноса следует различать два процесса: образование активных атомов в насыщающей среде (диссоциация) и диффузию их к поверхности обрабатываемого металла.

2. Реакции на границе фаз - адсорбция (хемосорбция) образовавшихся активных атомов на поверхности насыщения. При хемосорбции происходит взаимодействие между атомами насыщающего элемента и обрабатываемой поверхностью, которое по своему характеру и силе близко к химическому.

3 .Диффузия - перемещение атомов насыщающего элемента внутри металла. По мере накопления атомов диффундирующего элемента на поверхности насыщения возникает диффузионный поток от поверхности вглубь обрабатываемого металла (сплава). Процесс возможен только при условии

растворимости диффундирующего элемента в обрабатываемом металле и достаточно высокой температуре, обеспечивающей необходимую энергию атомов.

Для эффективной реализации процесса приток активных атомов к поверхности насыщения должен превышать число атомов, отводимых от поверхности вглубь в результате диффузии.

В тех случаях, когда процесс протекает многостадийно, его суммарная скорость определяется скоростью наиболее медленной стадии, которая является контролирующей. При протекании процессов ХТО в большинстве случаев скорость процесса контролируется диффузией. Все факторы, ускоряющие процесс диффузии (повышение температуры процесса, градиента концентраций, наличие структурных дефектов и т. п.), сокращают длительность технологического процесса ХТО [1].

1.2.2 Анализ механизмов диффузии при ХТО

При ХТО сталей, в зависимости от типа насыщающего элемента, его диффузия в кристаллической решетке железа может происходить по механизмам образования твердых растворов внедрения или замещения [8,14].

Рассмотрим механизмы диффузии атомов в кристаллической решетке металла с позиций классических теорий.

Азот и углерод, имеющие малые по сравнению с большинством элементов атомные радиусы, растворяются в кристаллической решетке железа по механизму внедрения: в твердых растворах железа атомы азота или углерода содержатся в ограниченном количестве и располагаются в междоузлиях решетки железа. В этом случае перемещение атомов в решетке состоит в перескоке атомов азота или углерода из одного межатомного положения в другое. Чтобы совершить подобный перескок, атомы должны обладать определенным запасом энергии. Чем выше температура, а, следовательно, чем больше общий запас энергии, тем больше

вероятность осуществления перескоков атомов, т.е. скорость диффузии с повышением температуры увеличивается [15].

Большинство металлов образует с железом твердые растворы замещения. Скорость диффузии в твёрдых растворах замещения значительно меньше, чем в твердых растворах внедрения. В твердых растворах замещения атомы обоих компонентов распределены в узлах решетки. Если принять, что все узлы решетки заняты атомами, легче всего допустить, что процесс диффузии должен происходить путем обмена местами двух соседних атомов. По этой теории атомы могут совершать главным образом только колебательные движения около своего положения равновесия, и лишь немногие атомы обладают столь большой энергией, чтобы перескочить и обменяться местами с соседними атомами. С повышением температуры число атомов с большой энергией растёт, т.е. растёт число атомов, способных обменяться местами, растёт скорость диффузии. Однако такой элементарный процесс обмена местами, предполагающий одновременное перемещение двух атомов, по законам термодинамики маловероятен.

А.Ф. Иоффе и Я.И. Френкель [15] впервые пытались расчленить элементарный процесс на два и предложили теорию, признанную более совершенной. Согласно этой теории атом, находящийся в правильном (регулярном) положении в узле кристаллической решетки и имеющий достаточно большую энергию, сначала переходит в так называемое неправильное (иррегулярное) положение между узлами кристаллической решетки. Из иррегулярного положения атом может переместиться в любой свободный узел кристаллической решетки (так называемая атомная дыра), в результате чего совершается процесс диффузии. Отсюда следует, что процесс диффузии обусловлен наличием атомов в иррегулярном состоянии и пустых мест (дырок) в узлах кристаллической решетки. С повышением температуры увеличивается количество блуждающих атомов (в иррегулярном состоянии), а, следовательно, и атомных дырок в кристаллической решётке, т.е. увеличивается скорость диффузии.

Доказано, что в ряде случаев атомы в кристаллической решетке находятся в ионизированном состоянии. Если диффузия этих компонентов происходит под

действием постоянного электрического поля, то имеет место явление электролиза. В работе [16] приведено направление переноса атомов (ионов) различных элементов при электролизе твердых сплавов: положительно заряженные атомы (ионы) элементов, составляющих сплав, под действием приложенной разности потенциалов передвигаются к катоду. При этом атомы элемента, более легко перемещающегося в кристаллической решетке (углерод и бор в железе, медь в свинце и т. д.), заметно смещаются в сторону катода, обогащая соответствующие объемы образца.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Малахов, Александр Юрьевич, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лахтин, Ю.М. Химико-термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. - М.: Металлургия, 1985. - 256 с.

2. Приходько, В.М. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий / В.М. Приходько, Л.Г. Петрова, О.В. Чудина. - М.: Машиностроение, 2003.-384 с.

3. Лахтин, Ю.М. Теория и технология азотирования / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Г.И. Шпис, 3. Бёмер. - М.: Металлургия, 1991. - 320 с.

4. Петрова, Л.Г. Материаловедение: учебное пособие / Л.Г. Петрова, Г.В. Гладова, О.В. Чудина; под общ. ред. Л.Г. Петровой. - М.: МАДИ (ГТУ), 2008. -288 с.

5. Семенова, И.В. Коррозия и защита от коррозии: учебник / И.В. Семенова, А.Н. Хорошилов, Г.М. Флорианович. - М.: Физматлит, 2006. - 376 с.

6. Лахтин, Ю.М. Регулируемые процессы газового азотирования стали / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, В.А. Александров, A.A. Аркуша, В.Н. Букарев, И.М. Томашевская // Сборник: регулируемые процессы азотирования. - Екатеринбург: НИИТЯЖМАШ, 1976, с.7-10.

7. Зинченко, В.М. Новый метод низкотемпературной ХТО / В.М. Зинченко, В.Я. Сыропятов // 3-е собрание металловедов России: тезисы докладов. -Рязань: МГЦНТИ, 1996.-С. 20.

8. Лахтин, Ю.М. Азотирование стали / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. - М.: Машиностроение, 1976. -256С.

9. Белашова, И.С. Интенсификация процессов азотирования деталей авиационной техники / И.С. Белашова, А.О. Шашков // Труды МАИ. -М.: МАИ, 2011. - №12. -С. 15-21.

10. Демин, П.Е. Гидроплазменное азотирование / Петрова Л.Г., Александров В.А., Демин П.Е. // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. Сборник трудов. - 2009. - Вып. 46. - С.89-92.

11. Шестопалова, Л.П. Низкотемпературное азотирование легированных и инструментальных сталей через оксидный барьер / Л.П. Шестопалова, В.А.

Александров // Инновации в науке и образовании. Труды VII международной научной конференции. -Калининград: КГТУ, 2009. - С. 143 - 145.

12. Булгаков, B.C. Диффузия металлов / B.C. Булгаков, В.Д. Нескучаев. - М. ОНТИ, 1937. -89с.

13. Уманский, Я.С. Физические основы металловедения / Я.С. Уманский, М.Е. Блантер. -М.: Металлургиздат, 1955. -724с.

14. Лахтин, Ю.М. Физические основы процесса азотирования / Ю.М. Лахтин. -М.: Машгиз, 1948. -141с.

15. Иоффе, А.Ф. Теория диффузионных процессов. / А.Ф. Иоффе, Я.И. Френкель // Сборник трудов АН. -М.: Сборник трудов АН.,1939. -с.14.

16. Просвирин, В.И. Диффузионная металлизация с использованием суспензий и паст / В.И. Просвирин // Металловедение и термическая обработка металлов, 1972.-№12.-С. 40-48.

17. Минкевич, А.Н. Химико - термическая обработка стали / А.Н. Минкевич // Сборник трудов МИСД939. - № 13. - с. 142—202.

18. Булгаков, B.C. Химико - термическая обработка стали / Булгаков, B.C., Брежнева Р.Ф. // Techn. Physics of USSR, 1935. -№5. -v.2. -clO.

19. Демин, П.Е. Химико-термическая обработка стали в плазме гидростатического разряда: дис. ... канд. тех. наук: 05.16.09 / Демин Пётр Евгеньевич. - М., 2010. -151 с.

20. Чудина, О.В. Перспективы технологии создания диффузионных покрытий на сталях с высокими механическими характеристиками / О.В. Чудина, В.А. Александров, A.A. Брежнев // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета: сб. науч. тр. - Харьков: ХНАДУ, 2009. - выпуск № 46. -С. 72-76.

21. Лахтин, Ю.М. Азотизация стали / Ю.М. Лахтин -М.: Машгиз, 1943. -48с.

22. Зинченко, В.М. Азотный потенциал: современное состояние проблемы и концепция развития / В.М. Зинченко, В.Я. Сыропятов, Б.А. Прусаков, Ю.А. Перекатов; под общей редакцией и с предисловием д. т. н. проф. Б.А. Прусакова. - М.: ФГУП «Издательство «Машиностроение», 2003. - 90 с.

23. Конторович, И.Е. Азотизация стали и свойства азотированного слоя / И.Е. Конторович, 1938. -М. Л.: ГОНТИ. - 92 с.

24. Лахтин, Ю.М. Структура и прочность азотированных сплавов / Ю.М. Лахтин, Я. Д. Коган. - М.: Металлургия, 1982. - 160с.

25. Герасимов, С. А. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов / С.А. Герасимов, Л.И. Куксенова, В.Г. Лаптева. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. — 518с.

26. Гаркунов, Д.Н. Повышение износостойкости на основе избирательного переноса при трении. / Д.Н. Гаркунов. - М.: Машиностроение, 1977. -211 с.

27. Гаркунов, Д.Н. Повышение износостойкости сталей конструкций самолетов / Д.Н. Гаркунов, A.A. Поляков.-М.: Машиностроение, 1974. -198 с.

28. Крагельский, И.В. Справочник: трение, изнашивание, смазка / И.В. Крагельский, под ред. И. В. Крагельского, В. В. Алисина. -М.: Машиностроение, 1978. -397 с.

29. Ульянин, Е.А. Современные коррозионностойкие стали и сплавы / Е.А. Ульянин // Новые стали и сплавы в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1976. -С.122-129.

30. Лахтин, Ю.М. Регулирование фазового состава и содержания азота в нитридном слое при азотировании стали 38Х2МЮА / Ю.М. Лахтин // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1996. — №1. - С.6-11.

31. Приходько, В.М. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий / В.М. Приходько, Л.Г. Петрова, О.В. Чудина. - М.: Машиностроение, 2003.-384 с.

32. Пермяков, В.Г. Особенности структурных изменений при азотировании сплавов / В.Г. Пермяков, A.B. Белоцкий, Р.И. Барабаш // Изв. вуз. Черная металлургия, 1972. - № 4 -С. 129—131.

33. Крагельский, И.В. Основы расчета на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. -М.: Машиностроение, 1977. -525 с.

34. Костецкий, Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении / Под ред. Б.И. Костецкого. -Киев: Технка, 1976. -290 с.

35. Лахтин, Ю.М. Современное состояние процесса азотирования / Ю.М. Лахтин // МиТОМ, 1993. -N7. -С. 6-11.

36. Провести теоретические, экспериментальные и технико-экономические исследования для разработки технологических процессов: отчет о НИР (Химико-термическая обработка, цементация, нитроцементация, азотирование) НИР №03320102, -М.: ВНПО «Ремдеталь», 1985. - 147с.

37. Кухарева, Н.Г. Исследование износостойкости карбидных и карбонитридных покрытий на легированных сталях / Н.Г. Кухарева, С.Н. Петрович, В.Ф. Протасевич // Наука и техника - Science&Technigue: международный научно-технический журнал. - 2013. -№ 6. - С. 17 - 20.

38. Балашов, Б.Ф. Азотирование, как метод повышения прочности деталей машин // кн.: Повышение усталостной прочности деталей машин поверхностной обработкой. -М.: Машгиз, 1952. - С. 64-82.

39. Poirier, L., Corre Y., Lebrun J.P. Solution to improve the surface hardness of stainless steels without loss of the ircorrosion resistance / L. Poirier, Y. Corre, J.P. Lebrun // Proc. llthCongr. Int. Fed. Heat Treat, and Surface Eng. and 4th ASM Heat Treat, and Surface Eng. Conf. Eur. 19-21 Oct. 1998, Florence. - Milano, 1998. - V.l. -P. 321-330.

40. Андреева, А.Г. Влияние азотирования на коррозионную стойкость нержавеющих сталей / А.Г. Андреева, Л.Я. Гурвич // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1959. - С.39-45.

41. Лахтин, Ю.М. Азотирование сплавов никеля с различным содержанием титана / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Д.П. Шашков, Л.Г. Петрова // Известия вузов. Черная металлургия. -1988. -№ 8. -С.96-98.

42. Smith, A.F. Identification of Phases in a Nitrided Stainless Steel / A.F. Smith, H.E. Evans // J. Iron and Steel Inst. - 1973. - №1. - P.34-36.

43. Аверин, В.В. Азот в металлах / В.В. Аверин, А.В. Ревякин, В.И. Федорченко, Л.Н. Козина. - М.: Металлургия, 1976. - 224с.

44. Hoffman, F.T. In situ Measurement of Residual Stresses during the Nitriding Process / F.T. Hoffman, U. Kreft, T. Hirsch, P. Mayr // Heat Treatment of Metals. -1996.-v 23.-N3.-P. 57-60.

45. Hoffman, R. Nitric ronund Nitrocarburier en unterhalb 700°C / R. Hoffman // Harter. Techn. Mitt. - 1994. - N5. - P. 319-326.

46. Chen, Xiuyu Development and application of wear-resistance Si-steel with high strength and stikiness for fracture used / Xiuyu Chen, Xiaogang Leng, Jinsheng Li, Kang Li // Цзиныиу жечули = Heat Treatment of Metals. -1989. - N9. - P. 30-35.

47. Арзамасов, Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах / Арзамасов, Б.Н. - М.: Машиностроение, 1979. - 224с.

48. Ляхович, Л.С. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / под ред. Ляховича Л.С. - М.: Металлургия, 1981. - 424 с.

49. Schneder Reinhold, S.E., Hiebeer Herbert Layer formation, groneth kineticand hardness profiles on high temperature gas nitridesteels / S.E. Schneder Reinhold, Herbert Hiebeer // 11th gongr. Int. Fed. Heat Treat, and Sufaceeng. and 4thASM Heat Treat. Surface Eng. Conf. Eur., Florence 19-21 Oct. - 1998: Prac. -Vol. 1. -P. 221-229.

50. Zisk, J. Nowoczesne procesy obrobki cieplno- chemicznej / J. Zisk // Metaloz nawstwoi Obrobka Cieplna. Warsawa, IMP, zeszyt. -1973. - N4. -P. 2.

51. Zisk, J. Determination of the specific reaction rate during treatment of steel in an endothermic atmosphere / J. Zisk // Harterei-Technische Mitteilungen. -1976. -N3. -P. 37.

52. Зыск, Я. Формирование диффузионных слоев при газовом азотировании / Я. Зыск, Я. Тациковский, И. Сулковский. - М.: МиТОМ, 1980. -N6, -С. 12-15.

53. Kolozsvary, Z. Beitragzur Untersushung der Peaktions kinetic in Carfonitrier Atmosphären und Möglich keitenihrer Regelung und Unterwachung / Z. Kolozsvary, V. Sandov, P. Teszlev // Harter. -Techn. Mitt., 1973. -Bd.28. -Nl. -P. 12-17.

54. Матин, Я.И. Метод определения расхода аммиака при газовом азотировании / Я.И. Матин // МиТОМ, 1986. - N3. -С. 5-9.

55. Moore, K.E. Contamination and Conditioning of Fluidised - bed Treatment Furnases / K.E. Moore, D.N. Collins // Heat Treatment of Metals. -1996. -V.23. -N3. -P. 61-62.

56. Muller, L. Dauer festigkeit s steigerung durch ein neues Salz bad nitvierfachen / L. Muller // "Draht".- 1964. -N9. - S. 630-633.

57. Лахтин, Ю.М. Расчет влияния легирующих элементов на растворимость и диффузию азота в стали / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, А.А. Булгач // Азотирование в машиностроении: Сб. науч. трудов МАДИ. - 1986. - С. 42-59.

58. Kusumi, Kazuhisa Properties of Aluminum-coated Steels /Kazuhisa Kusumi, Takehide Senuma, Masayoshi Suehiro // Tetsu to hare J. Iron and Steel Inst. Jap. -2000. -№10.-P. 682-688.

59. Коган, Я.Д. Константы взаимодействия металлов с газами: Справочник / Я.Д. Коган, Б.А. Калачев, Ю.В. Левинский и др. - М.: Металлургия, 1987. - 368 с.

60. Пермяков, В.Г. О растворимости азота в легированном феррите / В.Г. Пермяков // Украинский физ. журнал. -1968. - Т. 13. - №10. -С. 17-49.

61. Pipkin, N. The effect of substitution alalloing elements on the aktivity coefficients and behavoire of interstitial solutes in iron / N. Pipkin, P. Griveson, K. Gak // Proc. Int. Simp, on Chemical Metallurgie. -1974. -P. 8.

62. Белоцкий, A.B. Структура азотистых фаз и принципы легирования сталей для азотирования / А.В. Белоцкий // МиТОМ. -1975. - №12. - С. 24.

63. Могутнов, Б.М. Термодинамика железоуглеродистых сплавов / Б.М. Могутнов, И.А. Томилин, Л.А. Шварцман. -М.: Металлургия, 1972. -328 с.

64. Коган, Я.Д. Ресурсосберегающие технологии химико - термической обработки / Я.Д. Коган // Сборник научных трудов МАДИ "Ресурсосберегающие технологии поверхностного упрочнения деталей". -1987. -С. 23-29.

65. Лахтин, Ю.М. Диффузия азота в железе / Ю.М. Лахтин // Вестник инженеров и техников. - 1947. - №2. - 48 с.

66. Булгач, А.А. Исследование и разработка расчётной модели технологических режимов регулируемых процессов газового азотирования: дис. ... канд. тех. наук: 05.02.01 / Булгач А.А. -М., 1979.

67. Горячев, А.Б. Азотирование конструкционных сталей при пульсирующей подаче аммиака: дис. ... канд. тех. наук: 05.02.01 / Горячев Алексей Борисович. -М.,1999. - 183 с.

68. Юргенсон, A.A. Азотирование в машиностроении / A.A. Юргенсон. -М.: Машгиз, 1962. - 132 с.

69. Лахтин, Ю.М. Физические процессы при ионном азотировании / Ю.М. Лахтин, Ю.Н. Крымский // в кн.: "Защитные покрытия на металлах". - Киев, 1968. -вып.2. -С.225-229.

70. Klockner, L Lonitrirenist mehr als Harter / L Klockner // Mitteihung. -1969. -N11. -S.16.

71. Keller, K. Lonitrier envon Schneck enaus rostund ahnlichen Werkstoffenfur Extruderund Spitzgiess maschinen / K. Keller // Plastferar beiter. -1971. -N.8. -P. 3-11.

72. Keller, K. Schiech taufbaug limnitrier ter Eisen wertstoffe Harterei Technische / K. Keller//Mitteilungen. -1971.-N. 8.-P.120-128.

73. Sprissler, M. Differensesin the Strukture of the Compound Layer and its Dependence on the Nitriding Process / M. Sprissler // Practical Metallurgy. - 1987. -v.24. - P.373-381.

74. Staines, A.M. Todey's Processing Options for Nitriding - Gaseous and Plasma Routes Compared / A.M. Staines // Heat Treatment of Metals. - 1996. - V.23 . -P. 1-6.

75. Коган, Я.Д. Азотирование серого и высокопрочного чугунов в тлеющем разряде для повышения износостойкости / Я.Д. Коган, Б.И. Ческис, Б.И. Горячев, Б.М. Овсянников // Азотирование в машиностроении. -1979. - вып. 174. -С.114-119.

76. Арзамасов, Б.Н. Перспективы и возможности ионного азотирования сплавов / Б.Н. Арзамасов, Т.А. Панайоти // 3-е собрание металловедов России. Тезисы докладов. - Рязань, 1996. - С.5-8.

77. Арзамасов, Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах / Б.Н. Арзамасов. - М.: Машиностроение, 1979. - 224с.

78. Коган, Я.Д. Ресурсосберегающие технологии химико-термической обработки / Я.Д. Коган // Сборник научных трудов МАДИ "Ресурсосберегающие технологии поверхностного упрочнения деталей". - 1987. - С.23-29.

79. Гугель, С.М. Химико-термическая обработка при высокочастотном индукционном нагреве / С.М. Гугель. -М.:НИИинформтяжмаш, 1970. - 91с.

80. Копытин, JI.B. Современное состояние техники азотирования в СССР за рубежом / JI.B. Копытин. - М.: ЦНИИТЭИТракторосельхозмаш, 1973. - 44 с.

81. Просвирин, В.И. Скоростное азотирование при нагреве токами высокой частоты / В.И. Просвирин, Б.Я. Тарасов // - в кн.: процессы упрочнения поверхности деталей машин. -М.: "Наука", 1964. - С.206-212.

82. Юргенсон, A.A. Азотирование в энергомашиностроении / A.A. Юргенсон. -М.: Машгиз, 1962.-132с.

83. Коган, Я.Д. Азотирование стали в вакууме / Я.Д. Коган, С.М. Сошкин // МАДИ "Азотирование в машиностроении". -1979. - вып. 174. - С.95-98.

84. Лахтин, Ю.М. Азотирование сталей в вакууме / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, С.М. Сошкин // МиТОМ. -1980. -№9. - С. 13-15.

85. Лахтин, Ю.М. Новые системы контроля процесса азотирования / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, В.А. Александров // МиТОМ. - 1978. - №4. - С.47-52.

86. Сошкин, С.М. Разработка и исследование регулируемых процессов азотирования сталей в вакууме: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.01 / Сошкин Сергей Михайлович. -М, 1986.-192с.

87. Kusumi, Kazuhisa То bihata cho То bafa-ku Kitakyushu / Kazuhisa Kusumi, Takehide Senuma, Masayoshi Suehiro // Tetsu to hare = J. «Iron and Steel Inst». -Jap, 2000. -№10.-C. 682-688.

88. Тихонов, A.K. Химико-термическая обработка в массовом производстве / А.К. Тихонов // МиТОМ. - 1996. - N1. - С. 15-18.

89. Бащенко, А.П. Газотермобарические методы получения азотистых сплавов / А.П. Бащенко, A.B. Омельченко В.И. Сошников // изв. АНСССР. Металлы. -1978. -N3.-C. 143—145.

90. Забелин, С.Ф. Особенности технологии химико-термоциклической обработки конструкционных сталей / С.Ф. Забелин, B.C. Гроховский, А.И. Хоботов // Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей машин: межреспубл. науч.-техн. конф.: Тезисы докладов. - Волгоград, 1990. - С. 120-122.

91. Забелин, С.Ф. Влияние ТЦО на структуру и физико-механические свойства конструкционных сталей / С.Ф. Забелин, В.В. Белов // Повышение качества, надежности и долговечности изделий из конструкционных сталей: Материалы семинара.-Л.: ЛДНТО, 1984. - С.74-77.

92. Забелин, С.Ф. Количественная оценка структурных изменений в сталях при ТЦО / С.Ф. Забелин.- М.: ВНИИТЕМР. - 5 с.

93. Белоус, В.А. Ионное азотирование сталей в дуговом разряде низкого давления / В.А. Белоус, Г.И. Носов // Технология машиностроения. - 2004. -N3. -С. 35 - 39.

94. Межонов, А. Е. Кинетические закономерности регулируемых процессов азотирования: дисс ... канд. техн. наук: 05.02.01 / Межонов А. Е.- М.:1986.

95. Балтер, М.А. Упрочнение деталей машин / М.А. Балтер. - М.: Машиностроение, 1968. - 196с.

96. Шашков, А.О. Интенсификация процессов азотирования деталей авиационной техники: дисс ... канд. техн. наук: 05.16.09 / Шашков Андрей Олегович. - М.: 2011. - 162с.

97. Коновальцев, В.И. Исследование азотирования непосредственно в процессе насыщения / В.И. Коновальцев, А.П. Гуляев, В.В. Никитин // МиТОМ. — 1982. -N4. - С.28-33.

98. Лахтин, Ю.М. Регулируемые процессы газового азотирования стали / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, В.А. Александров, A.A. Аркуша, В.Н. Букарев, И.М. Томашевская // Регулируемые процессы азотирования. Сборник. -М.:НИИТЯЖМАШ, 1976. - С.7-10.

99. Zisk, L. Now oczes neprocesy obrobki ciepl no - chemicznej / L. Zisk // Warsawa, IMP, zeszyt. -№3/7.- 1973.-P. 27-36.

100. Clayton, В. Reduction of white layer on the surfase of nitride components / B. Clayton, K. Sachs // 16-th International Heat Treatment Conference «Heat Treatment». -N76.-1976.-P. 17-21.

101. Забавник, В.А. Двухступенчатое азотирование в аммиаке и азоте / В.А. Забавник//МиТОМ. - 1967. -№3. -С.15-17.

102. Коган, Я.Д. Ресурсосберегающие технологии азотирования в замкнутом объеме / Я.Д. Коган, Ю.А. Коновалов //МиТОМ. - 1991. - №5. - С.2-4.

103. Агафонов, С.В. Разработка ресурсосберегающего процесса азотирования в электростатическом поле при восстановлении изношенных деталей сельскохозяйственной техники: дисс ... канд. техн. наук: 05.20.03 / Агафонов Сергей Викторович. - Иркутск. - 2009. - 158с.

104. Тельдеков, В.А. Интенсификация азотирования деталей из стали 38Х2МЮА / В.А. Тельдеков, А.Г. Гончаров, Л.Т. Филлипова // МиТОМ. - 1990. - №5. - С. 1921.

105. Site, Shen The development of new process for PS-P fast gas nitriding / Shen Site, Tan Changyao // Heat Treat, and Technol. Surfase Coat. New Process, and Appl. Expen.: Proc. 7-th Int. Congr. Heat Treat. Mater. - Moscow, Dec. 11-14, 1990. -C.162-168.

106. А.И.Х. Анвар Азотирование в условиях термогазоциклических воздействий: дисс... канд. техн. наук: / Анвар Ахмед Ибрагим Халиль. - М, 1996.

107. Белоручев, Л.В. Азотирование разбавленным аммиаком / Л.В. Белоручев, В.В. Дембовский, Ю.С. Кулешов.- Л.: ЛДНТП, 1966. - 40 с.

108. Bialecki, A. Kontrola i reguiacja procesow azotowania gasowego. Mozliw osciz wiazeneze fektamidy socjacji i absorpc jiamoniaku / A. Bialecki // Metalosn. obrob. ciepl., inz. provierz.- 1992. - № 115-117. - C.29-38.

109. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Регулируемые процессы азотирования // МиТОМ, 1978, №8, с.59-64.

110. Лахтин, Ю.М. Perrspectwy zozwogu procesu azotowania metala nawstwo / IO.M. Лахтин, Я.Д. Коган. // Obrobka cieplna. - Warzawa. -1979. - №42. - C.6-11.

111. Лахтин, Ю.М. Термодинамические основы регулируемых процессов азотирования / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Г.А. Солодкин // Регулируемые процессы азотирования. -М.: НИИТЯЖМАШ, 1976. -С. 1-7.

112. Минкевич, А.Н. Исследование стали, азотированной в аммиаке, разбавленном азотом / А.Н. Минкевич, Ю.В. Сорокин // МиТОМ. - 1967. - №4. -С. 61-63.

113. Сорокин, Ю.В. Азотирование стали в смеси азота и аммиака: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.02.01 / Сорокин Юрий Владимирович. - М., 1969. - 28 с.

114. Смирнов, A.B. Азотирование технически чистого железа до высокой твердости / A.B. Смирнов // Журнал технической физики. -1953. - т.23. - вып.8. -С. 1400-1410.

115. Смирнов, A.B. Расчет реакции азотирования разбавленным аммиаком / A.B. Смирнов, Ю.С. Кулеш // МиТОМ. - 1966. - №5. - С. 43-49.

116. Тотопу, Tiforne Azammonia gas disszociaci of okanaks zer epeanitridal as ifoliamatokfan / Tiforne Тотопу // konaszatilapok. - 1956. -NQ5. -S. 199-206.

117. Eckstein, H. Unter such ungenzur Besh leunigung der Nitrier unginder Gasfase / H. Eckstein, W. Lerche//Neue Hutle, Heft 4. -1968. - S. 210-215.

118. Lerche, W. Kurreit - gas nitrier ver fahren und Erge fhisse / W. Lerche, A. Spengler, S. Böhmer // Leipzig. - 1976. -1 lös.

119. Миятта Т. Разработка нового процесса газового азотирования (способ "НИССАН" / Т. Миятта// НИССАНГИХО. -1977. - №13. - с. 136-168.

120. Лахтин, Ю.М. Устройство для регулирования состава газовой атмосферы при химико-термической обработке / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, А.Е. Межонов // Изв. ВУЗов. -М: Машиностроение, 1980. -№7. -С. 108-111.

121. Лахтин, Ю.М. Влияние предварительного оксидирования на процесс кратковременного азотирования / Ю,М. Лахтин, Я.Д. Коган, В.Е. Кольцов, У.Р. Бойназаров // МиТОМ. - 1993. - №3. - С. 31-33.

122. Second International Conference on Carburising and Nitriding // Heat Treatment of Meyals. -1996. -V.23. -NQ2. -P. 27-35.

123. Волынский, В.Н. Повышение контактной выносливости стали 40Х с помощью низкотемпературной нитроцементации / В.Н. Волынский, И.К. Ганулич, E.H. Дружинина // Известия ВУЗов. -М: Машиностроение. -1973. -№5. -С.121 -125.

124. Gable, I.W. Nitemper - In Deutschland als Nicotrier -Vervahrenangemeldet / I.W. Gable, R.D. Rogers // Harterei - Technische Mitteilungen. -1971. -Bd26. -NQ5. -S. 373-375.

125. Накамура, К. Новое в термообработке. Метод "Найтемпер" / К. Накамура // Киндзюку. -1972. - т.42. - №5. -С. 59-61.

126. Wunning, 1. Zeits chrift für wirts chaft lische / 1. Wunning // Fertigung. -1974. -Bd69. -№2. -S. 80-85.

127. Tacicowski, 1. Krotko о kresow eweglo azotowanie gasowe /1. Tacicowski, 1. Zisk // Prace instytu vumechanik i precyzyjnej. -1969. -NQ65. - C. 68-77.

128. Tahara, Masaaki Метод азотирования стали. Method of nitriding steel: Пат. 5141567 МКИ C21 01/06/ Tahara Masaaki, Tomoda Takakazu, Kitano Kenzo, Minato Teruo // Oaidousanso Co, Ltd. - №643953.

129. Nowacki, J. Einfluss von Phosphor beim engungenzu Nitrier atmospharen auf Aufbau und Eigenschaften von Nitrierschichten / J. Nowacki // Harter.-Techn. Mitt., 1991. -T.46. -№I. -P.47-51.

130. Дукаревич, И.О. Уменьшение деформации деталей цилиндрической формы при азотировании / И.О. Дукаревич // МиТОМ. - 1990. -№12. -С.18-19.

131. Лахтин, Ю.М. Влияние предварительного окисления на процесс азотирования некоторых сплавов железа / Ю.М. Лахтин, A.A. Любкин // Химико-термическая обработка стали и сплавов. -М.: Машиностроение, 1969. -С. 17—23.

132. Тихонов, А.К. Исследование влияния предварительного оксидирования на процессы насыщения материалов углеродом и азотом / А.К. Тихонов, Н.И. Сардаев, Н.В. Богданова, П.Э. Шендерей // XIV Международная конференция «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов». Тез. докладов (г. Самара), 1995.-С.5.

133. Tikhonov, A. Memorie Methods of acceleration of saturation processes during carbonitriding treatment / A.Tikhonov // Trattamenti Termici. - Issue 4, 2005. - P. 3338.

134. Tikhonov, A. The influence of oxidation and hydrogen content in endothermic atmosphere on the depth of the strength properties of carbonitrided steel / A. Tikhonov // 2-nd International Conference Heat Treatment and surface engineering in automotive applications. -River del Garda, 20 - 22 June 2005. - P. 11-13.

135. Шестопалова, Л.П. Низкотемпературное азотирование легированных сталей через нанооксидный барьер: дис. ... канд. тех. наук: 05.02.01 / Шестопалова Лариса Павловна. -МАДИ, 2009. -191с.

136. Петрова, Л.Г. Влияние предварительного окисления на процесс азотирования сталей, содержащих хром / Л.Г. Петрова, В.А. Алексадров, Л.П. Шестопалова // Вестник ХНАДУ. - Харьков, 2008. - вып. 46. - С.82 - 85.

137. Александров, В.А. Упрочнение легированных сталей в воздушно-аммиачной среде с формированием наноструктурного функционального слоя / В. А. Александров, Л.П. Шестопалова // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов: сб. докладов IX межд. Научно-техн. Конгресса термистов и металловедов. - Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2008. - С. 158-161.

138. Александров, В.А. Формирование упрочнённого слоя на поверхности изделий из хромистых сталей в регулируемой воздушно-аммиачной атмосфере / В.А. Александров, Л.П. Шестопалова // Современные методы получения и исследования наноструктурных материалов и покрытий: сб. научн. тр. Московский автомобильно-дорожного гос. техн. университета. - Издание МАДИ (ГТУ), 2009. - С.86-99.

139. Александров, В.А. Циклическое оксинитрирование конструкционных хромистых сталей / В.А. Александров, Л.П. Шестопалова // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов: сб. докладов 1ХМежд. научно-технического конгресса термистов и металловедов. - Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2008. - С. 162-165.

140. Межонов, А.Е. Патент SU 1420992 «Способ химико-термической обработки стальных изделий в газообразных средах» / А.Е. Межонов, А.А. Булгач, В.А. Александров, Я. Д. Коган, Ю.М. Лахтин. - 1988.

141. Александров, В.А. Патент №1259688 «Способ азотирования изделий из конструкционных сталей» / В.А. Александров, А.Е. Межонов, С.П. Бибиков, Я.Д. Коган, Ю.М. Лахтин. - 1986.

142. Петрова, Л.Г. Патент №2367715 «Способ азотирования изделий из легированных сталей» / Л.Г. Петрова, В.А. Александров, Л.П. Шестопалова. -2009.

143. Зинченко, В.М., Новый метод низкотемпературной ХТО / В.М. Зинченко, В.Я. Сыропятов // 3-е собрание металловедов России. Тезисы докладов. - Рязань, 1996. -с. 20.

144. Некрасов, Б.В. Основы общей химии / Б.В. Некрасов. - М.: Химия, 1973. -издание 3-е. - 688 с.

145. Степанова, Т.Ю. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин: учебное пособие / Т. Ю. Степанова. -Иваново: Иван. гос. хим. ун., 2009. - 64 с.

146. Петрова, Л.Г. Формирование композиционных наноструктурных покрытий на стальных деталях методами химико-термической обработки / Л.Г. Петрова, В.А. Александров, П.Е. Демин, В.П. Дробков // Вестник ХНАДУ. - 2010. - вып. 51.-С.7-13.

147. Центральный металлический портал РФ [Электронный ресурс]. -2015. Режим доступа: http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/stk/.

148. Steel and cast iron standards EN 10083: Steel grades / numbers [Электронный ресурс]. -2015. Режим доступа: http://www.steelnumber.com/en/standard_steel_eu. php?gost_number=l 0083.

149. Центральный металлический портал РФ [Электронный ресурс]. -2015. Режим доступа: http://metallicheckiy-portal.ru/articles/cvetmet/cinkovie_splavi/fiziko-ximicheskie_osnovi_i_metodi_poluchenia_cinkov.

150. Karpenko, V. Fifteen Centuries of Search / V. Karpenko // Journal of Chemical Education. -№ 12. - 1995. -P. 1095-1097.

151. Axiovert 25CA Inverted Reflecte Light Microscope. Operating Manual / Carl Zeiss Jena GmbH Zeiss Gruppe Unternehmensbereich Mikroskopie, D-07740, Jena, 1997.

152. JEOL JSM-6480 LV. Instruction Manual / Haitao Zhang, revised May, 2011.

153. ISO 6507-1 2007 Стандарт измерения твердости по Виккерсу. -М.: Стандартинформ, 2005. - 24 с.

154. Чернышова, Т.Д. Методические указания по лабораторному практикуму по физике металлов. Исследование микротвердости металлов / Т.Д. Чернышова, С.П. Грибков. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2000. - 17с.

155. Абакумкин, А.Г. Триботехнические испытания на установке 2168 УМТ. Методические рекомендации. / А.Г. Абакумкин, Э.Д. Браун, А.Г. Гинзбург, И.И. Карасик, А.Э. Тер-Арутюнянц, A.B. Чичинадзе. -М.: Институт машиноведения A.A. Благонравова, 1990. - 54с.

156. ГОСТ 9.308-85 Покрытия металлические и не металлические. Методы ускоренных коррозионных испытаний от 01.01.87. -М.: ИПК Издательство стандартов, 1987. -21с.

157. ГОСТ 9.908-85 Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. -М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. -18с.

158. Webelements [Электронный ресурс]. -2015. Режим доступа: http://www.webelements.narod.ru/elements/Cu.htm.

159. Химия для специалистов, любителей, заинтересованных в химической науке. Термодинамические величины простых и сложных веществ. [Электронный ресурс]. -2015. Режим доступа: http://techemy.com/handbook/tab0005.php.

160. Оборудование и технология сварочного производства. Металлургические и технологические особенности сварки меди. [Электронный ресурс]. -2015. Режим доступа: http://oitsp.ru/welding_article/metallurgicheskie-i-tehnologicheskie-osobennosti-svarki-medi.

161. Котлярова, B.C. Получение плёнок меди и опыты с ними / B.C. Котлярова, Н.В. Касимова // Химия в школе. -1972. - №3. -С.23 - 28.

162. Минкевич, А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов / А.Н. Минкевич. - М.: Машиностроение, 1965. - 331 с.

163. Лахтин, Ю.М. Газовое азотирование деталей машин и инструмента / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. - М.: Машиностроение, 1982. - 60 с.

164. Петрова, Л.Г. Патент (свидетельство) на полезную модель № 148230. Установка для азотирования стальных изделий / Л.Г. Петрова, В.А. Александров, П.Е. Демин, А.Ю. Малахов // МАДИ, дата 28.10.2014, приоритет от 20.06.2014.

ПРИЛОЖЕНИЕ АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ И АПРОБАЦИИ, ПАТЕНТ

УТВЕРЖДАЮ Руководитель^предпрпятия: Ген ерал ь н ыйди ректрр^ ООО «И^тр^е1го>^А

¿Vf Н.еДГладун

Mi

УТВЕРЖДАЮ Проректор МАДИ [работе

^ рессор

Иванов

2014г.

л=«я ~[1>ШШШ ILihJ.

гЬш

АКТ

натурных испытаний образцов и элементов конструкций штампов для

горячего деформирования

Мы, нижеподписавшиеся, представители предприятия ООО «ИНСТРУМЕНТ»: заместитель директора по производству Каткова О.С., научный консультант Миронова Л.И. с одной стороны, и представители кафедры «Технология конструкционных материалов» МАДИ: главный научный сотрудник Петрова Л.Г., доцент Александров В.А., заведующий лабораторией Малахов А.Ю. с другой стороны, составили настоящий акт о том, что в соответствии с планом проведения натурных испытаний элементов конструкций штампов для горячего деформирования были проведены следующие мероприятия:

1. Осуществлена химико-термическая обработка образцов и деталей штампов для горячего деформирования:

- азотирование образцов для испытаний, образец ПМ8120001, сталь ЗОХГСА ГОСТ 4543-71; образец ПМ8120002 сталь 40Х ГОСТ 4543-71;

- азотирование детали «матрица» ПМ7282-2001/001, сталь ЗОХГСА ГОСТ 4543-71;

- азотирование детали «пуансон» ПМ7282-2001/002, сталь ЗОХГСА ГОСТ 4543-71

7 азотирование детали «плита толкателей» ПМ7282-2001/008, сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

Химико-термическая обработка образцов и элементов конструкций штампов для горячего деформирования проведена в период с 01.06.14,10.06.14г. на участке термической обработки предприятия ООО «Инструмент» в соответствии с технологическим процессом, разработанным по патенту №2519356 (дата публикации 10.06.2014, правообладатель МАДИ).

2. С учетом эксплуатационных свойств элементов конструкций штампов для горячего деформирования проведены испытания образцов ПМ8120001, ПМ8120002 на разгаростойкость и теплостойкость формообразующих поверхностей.

Анализ полученных результатов испытаний показал, что износостойкость образцов и элементов конструкций штампов для горячего деформирования, термически обработанных по предложенной технологии, возросла в 1,8 раза по сравнению с износостойкостью штампов, изготовленных по технологиям базового предприятия.

ПОДПИСИ:

От ООО «ИНСТРУМЕНТ»:

Каткова О.С. ронова Л.И,

От МАДИ исполнители:

Петрова Л.Г.

Александров В.А. Малахов А.Ю.

УТВЕРЖДАЮ'/^.

Проректор

о внедрении в учебный процесс результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Малахова Александра Юрьевича по теме «Регулируемые

процессы азотирования сталей с применением каталитической пленки оксида меди»

Настоящий акт составлен об использовании в учебном процессе МАДИ следующих результатов диссертации:

1. Новый метод азотирования сталей с применением каталитических плёнок, позволяющий повысить эффективность процесса азотирования, ре1 улировать фазовый состав модифицированных слоев и получать требуемые эксплуатационные свойства поверхностного слоя деталей машин и инструмента в зависимости от условий их эксплуатации: высокие твердость, износостойкость и коррозионную стойкость.

2. Установленные и смоделированные закономерности регулируемою азотирования с применением каталитических пленок оксида меди, а именно:

- механизм формирования пленки чистой меди на поверхности уыеродистых сталей

при химическом осаждении;

- механизм формирования каталитической пленки оксида меди на поверхности

углеродистых сталей;

- механизм формирования азотированного слоя в углеродистых сталях.

3. Закономерности формирования модифицированного слоя при азотировании углеродистых сталей с применением тонких каталитических плёнок оксида меди.

4. Экспериментальные данные, полученные в результате сравнительного анализа физико-механических свойств поверхности образцов стали, обработанных но разработанной и традиционной технологиям. .

5. Разработанные технологические варианты азотирования стали с применением каталитической пленки на основе меди для повышения эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов из низколегированных конструкционных и углеродистых сталей. |

Результаты диссертации используются в учебном процессе кафедры «Технологии конструкционных материалов» в программе лекционных и практических занятий но дисциплине «Теоретические основы и технолошя нанесения покрышй со специальными свойствами» для группы подготовки бакалавров 46ТВ (направление «Машиностроение»).

Начало использования объекта внедрения: весенний семестр 2015 года.

Число студентов, использующих разработку: 22.

Дата и номер протокола заседания кафедры, на котором разработка рекомендована к внедрению ПроУскол^ (У^Л оТ {СокЪлЪро-ЯйШг.

Зам. зав. кафедрой

«Технологии конструкционных материалов» ^Л /__ Б.А. Кудряшон

ЯКАЯ ФВДШ51РА1ЩШЩ

1Й

на полезную модель

№ 148230

УСТАНОВКА ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Патс1ггообладатель(ли): ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРО ФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО -ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) (Ш)

Автор(ы): с», па обороте

Залога №2014125105 Приоритет полезной модели 20 июня 2014 Г. Зарегистрировано о Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 28 октября 2014 г. Срок действия патента истекает 20 нюня 2024 г.

Врио рукойодитыяФедералънай службы по интеллектуальной собственности

Л Л. Кирий

Полезная модель №148230

Ьнр://\у\у V/ 1 .fips.ru/fips__servl/fips_servlet

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19) ру )

148230<13) У1

(51) МПК

С23С8/26 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12) ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

Стагус: по данным на 17.03.2015 - действует Пошлина, учтена за 2 год с 21 06 2015 по 20 06 2016

(21), <22) Заявка 2014125105/02. 20.06.2014

(24) Дата начала отсчета срока действия патента. 20.06.2014

Приоритет(ы)

(22) Дата подачи заявки 20.06.2014

(45) Опубликовано. 27.11.2014

Адрес для переписки'

12531Э, Москва, Ленинградский пр-кт, 64, МАДИ, патентный отдел

(72) Автор(ы)

Петрова Лариса Георгиевна (ОД), Александров Владимир Алексеевич (ОД), Демин Пётр Евгеньевич (ОД), Малахов Александр Юрьевич (ОД), Брежнев Андрей Александрович (ОД)

(73) Патентообладзтель(и) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО -ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ) (ОД)

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИИ

(57) Реферат

Полезная модель относится к области металлургии и машиностроения, а именно, к поверхностному упрочнению деталей и может быть использована при изготовлении деталей, работающих в условиях коррозии Установка содержит нагревательную печь (1) и размещенный в ее полости реактор (2). газовое оборудование (3) для приготовления и подачи газообразной азотосодержащей рабочей среды в реактор, а также для ее дренажа Установка снабжена герметичным загрузочным контейнером (4) и емкостью (5), заполненной маслом При этом реактор выполнен полым цилиндрическим со спиралевидным выступающим буртом (В) на его внутренней поверхности и снабжен электроприводом (7) с возможностью вращения реактора (2) вокруг своей оси. Нафевательная печь (1) с реактором (2) установлены под углом й к горизонту. Реактор (2) снабжен манжетами (8) и (9) с двух сторон для его закрепления

и регулирования угла наклона и одновременно - для подачи и дренажа газообразной азотосодержащей рабочей среды и сообщен с одной стороны в его верхней часта с герметичным загруженным контейнером (4), а с другой - погружен в емкость, заполненную маслом При работе установки стальные детали из загрузочного контейнера (4) непрерывно поступают в предварительно нагретый наклоненный вниз реактор (2) по бурту (6), подвергаясь обработке со стороны поступающей от газового оборудования (3) газообразной азотосодержащей рабочей среды с образованием слоя упрочненного слоя нитридов железа Полезная модель позволяет осуществлять процесс азотирования стальных изделий с обеспечением необходимого по толщине защитного слоя с максимальной производительностью путем организации непрерывного поступления деталей для их обработки 1 н.п.ф., 1 чл.

Стр. 1 из 4

24 03.2015 11:34

Полезная модель .№148230 Мр'/Лул'н 1 Прз ги'Яр5_5ггу1/Яр5„ьеЫе1

Полезная модель относится к области металлургии и машиностроения, а именно, к способам поверхностного упрочнения металлов и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях коррозии (

Известен способ нанесения антикоррозионного цинкового покрытия с помощью устанооки, которая содержит I

поворотную электрическую печь, смонтированную на поворотной балке, размещенную в электропечи реторту с 5 приводом вращения и установленную со стороны загрузочного отверстия шлюзовую камеру, заполненную

насыщающей смесью и оснащенную дренажным патрубком, имеющим соотношение внутреннего диаметра к длине не 1

менее 1 20 (см патент РФ На 2174159, МПК С23С 10/36, опубп 2001 г). На поверхности деталей при цинковании

образуется покрытие толщиной 1 мкм

Недостатком данной установки для упрочнения стальных изделий является сохранение после упрочнения условий для протекания окислительных процессов с последующей коррозией, а также большие временные затраты процессов на подготовку и самого процесса нанесения покрытия

Известна установка для поучения антикоррозионного слоя путем азотирования сталей и сплавов в каталитически обработанном аммиаке, содержащая электропечь с муфелем-я»ба-без муфеля, емкость с аммиаком магистрали подвода и отвода газов, устройства смешения и порционирования газов, а на магистрали подвода пазов к электропечи ; установлена емкость с катализатором (см патент РФ Ц® 2109080, МПК С23С 8/24, опубл 1998 г) Для этого | | азотирование проводят при повышенных температурах 680-720*С 1

I

Недостатком такого типа устройств по азотированию является «прерывность» и ограниченность в количестве | азотируемых деталей Ограничения определяются преподе всего размером реактора Кроме того процесс азотирования характеризуется большой продолжительностью процесса Причиной потери времени является необходимость выдержки реактора при его прогревании и остывании

Технической задачей решаемой полезной моделью, является осуществление процесса азотирования стальных изделий с обеспечением необходимого по толщине защитного слоя с максимальной производительностью путем организации непрерывного поступления деталей для их офабсггки

Поставленная техническая задача решается тем, что установка для азотирования, содержащая нагревательную печь и размещенный в ее полости реактор, оборудование для приготовления и подачи газообразной азотосодержащей рабочей среды в реактор, а также для ее дренажа, согласна полезной модели установка снабжена герметичным загрузочным контейнером и емкостью, заполненной маслом, при этом реактор выполнен полым цилиндрическим со спиралевидным выступающим буртом на его внутренней поверхности р снабжен электроприводом с возможностью вращения реактора вокруг своей оси нагревательная печь с реактором установлены под углом к горизонту, причем реактор снабжен манжетами с двух сторон для его закрепления и регулирования угла наклона и одновременно - для > подачи и дренажа газообразной рабочей среды и сообщен с одной стороны в своей верхней части с герметичным | загрузочным контейнером а с другой - погружен в емкость с маслом >

На решение поставленной технической задачи направлено то что угол наклона нагревательной печи с реактором выбран а пределах 30±5°

Полезная модель поясняется чертежом на которой представлена схема установки На чертеже угол к - это угол наклона нагревательной печи с реактором по отношению к горизонту

Установка для азотирования стальных изделии содержит нагревательную печь 1 и размещенный в ее полости реактор 2, оборудование 3 для приготовления и подачи газообразной азотосодержащей среды в реактор 2 а также для ее дренажа

Согласно полезной модели установка снабжена герметичным загрузочным контейнером 4 и емкостью 5, заполненной маслом в качестве охлаждающей жидкости При этом реактор 2 выполнен полым цилиндрическим со спиралевидным выступающим буртом 6 на его внутренней поверхности и снабжен электроприводом 7, с помощью которого реактор 2

имеет возможность вращаться вокруг своей оси Нагревательная печь 1 с реактором 2 установлены под углом ОС к

горизонту Причем реактор 2 снабжен манжетами 8 и 9 с двух сторон для подачи внутрь реактора 2 и последующего дренажа азотосодержащей рабочей среды

Кроме этого, реактор 2 сообщен с одной стороны в его верхней части с герметичным загрузочным контейнером 4 а с другой стороны - погружен в емкость 5, заполненную маслом Угол к наклона нагревательной печи с реактором 2 выбран в пределах 30±5°

Работа установки проиоодит следующим образам

Предварительно в контейнер 4 загружается нео&юдимое количество стальных изделий Муфельная печь 1, установленная совместно с реактором 2 под углом а, нагревает полый реактор 2 до температур 680-720*С. Ргактор 2 с помощью электродвигателя 7 вращается с определенной скоростью, позволяя тем самым стальным изделиям.

Стр. 2 из 4

24 03 2015 II 34

Полезная модель №148230

поступающим из контейнера 4, скользить по спиралевидному бурту 6 под действием сийы тяжести, перемещаясь непрерывно сверху вниз Кронштейны - манжеты 8 и 9 позволяют осуществлять как подачу азотосодержащей среды, подготовленной с помощью оборудования 3. так и ее дренаж через исполнительный механизм Далее обработанные детали после азотирования поступают в емкость 5 с маслом, еде охлаждаются в герметичных условиях.

Скорость вращения электродвигателя подбирается так, чтобы время нахождения стальных изделий в реакторе 2 было не менее 10 минут При этом при использовании чистого аммиака возможно при температурах 680-720°С получить слой нитрвдов железа порядка 10 мкм, достаточный для защиты изделий от коррозии (см В М Зинченко, В Я. Сыропятов. Б А. Г^усаков, Ю А. Перекатов ! Азотный потенциал: современное состояние проблемы и концепция развития // Москва 2003 С: 24-27) Поступление стальных изделий из загрузочного контейнера 4 в реактор 2 и их азотирование происходит непрерывно до исчерпания всей партии. При этом время обработки всей партии изделий исключает потери на этапе загрузки в контейнер В итоге становится возможным обеспечить процесс азотирование непрерывно практически любого количества изделий при меньших затратах времени от партии к партии изделий То есть повышается производительность установки

Заявляемая установка была реализована для азотирования стальных заглушек блока цилиндров ДВС Реактор выполнялся из высоколегированной стали Х18Н10Т с буртом высотой 0,02 м и шагом 0,1 м При этом длина спирали, по которой перемещались детали, составила 2,84 м при общей длине реактора 1 м. Угол « наклона реактора с печью

к горизонту составил - 30±5" Скорость вращения реактора была назначена 1 об/мин Время обработки азотосодержащей среды составило около 10 мин При этом толщина упрочненного слоя получена около 10 мкм, что достаточно для выполнения защитной функции поверхности стальных заглушек.

Таким образом, полезная модель позволяет осуществлять процесс азотирования стальных изделий с обеспечением необходимого по толщине защитного слоя с максимальной производительностью путем организации непрерывного поступления деталей для их обработки

1.Прз.ги'Гф5_5Сгу1/Лрь_^ег%'1с1

Формула полезной модели

1. Установка для азотирования стальных изделий, содержащая нагревательную печь с размещенным в её полости реактором и оборудование для приготовления, подачи газообразной азотосодержащей рабочей среды в реактор и для её дренажа, отличающаяся тем, что она снабжена герметичным загрузочным контейнером с изделиями и ёмкостью, заполненной маслом, при этом реактор выполнен полым цилиндрическим со спиралевидным выступающим буртом на его внутренней поверхности и снабжён электроприводом с возможностью вращения реактора вокруг своей оси, нагревательная печь с реактором установлены под углом к горизонту, причём реактор снабжен манжетами с двух сторон для его закрепления и регулирования угла наклона и одновременно - для подачи и дренажа газообразной рабочей среды и сообщён с одной стороны в своей верхней части с герметичным загрузочным контейнером, а с другой - погружен в ёмкость с маслом.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона нагревательной печи с реактором

выбран в пределах 30°±5°._

Стр. 3 из 4

24.03.2015 11:34