Влияние технологических режимов и условий диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на коррозионную стойкость и стойкость к износу сплавов на основе железа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат технических наук Крайнев, Николай Андреевич

• Крайнев, Николай Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Крайнев, Николай Андреевич

Содержание

Введение

Глава 1 Анализ способов повышения работоспособности изделий за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев. Цели и задачи исследования

1.1 Влияние поверхностных слоев на работоспособность изделий

1.2 Способы упрочнения поверхностных слоев стальных изделий и чугунов

1.3 Диффузионная металлизация как метод повышения износостойкости стальных и чугунных изделий

1.4 Заключение. Цели и задачи исследования

Глава 2 Технологии и оборудование диффузионного титанирования сплавов на основе железа из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. Материалы и методики исследований

2.1 Технология диффузионного титанирования и оборудование для нанесения покрытий

2.2 Технология и оборудование для очистки изделий от следов транспортного расплава

2.3 Материалы, образцы и методика диффузионного титанирования. Методики исследования толщины, состава, структуры, изменения геометрии и шероховатости поверхности покрытых образцов и изделий

2.4 Методики исследования трибологических, коррозионных, коррозионно-механических, эрозионных свойств покрытых изделий из сплавов на основе железа с различной степенью легированности и различным содержанием углерода

2.4.1 Методика исследования стойкости покрытых изделий к коррозионному износу

2.4.2 Методика исследования стойкости покрытых изделий к коррозионно-механическому износу

2.4.3 Методика исследования стойкости покрытых изделий к

эрозионному износу

2.4.4 Методика исследования трибологических свойств покрытий

Глава 3 Исследования процессов и механизмов формирования титановых покрытий на сплавах на основе железа из среды легкоплавких растворов, и факторов, влияющих на механизм формирования покрытий

3.1 Анализ факторов, влияющих на процесс формирования диффузионных титановых покрытий

3.2 Выбор транспортного расплава и анализ его влияния на процесс формирования покрытий

3.3 Анализ влияния состава сталей и режимов диффузионного титанирования на состав, строение, структуру и свойства титановых покрытий

3.3.1 Влияние углерода

3.3.2 Влияние режимов титанирования и состава покрываемой стали

3.3.3 Влияние легирующих элементов

3.4 Влияние титанирования на переходные слои

3.5 Особенности формирования титановых покрытий чугунах

3.6 Программно-математическое прогнозирование кинетики формирования титановых покрытий и оптимизация режимов

титанирования

Выводы к третьей главе

Глава 4 Исследование влияния диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на покрываемые изделия,

и на их стойкость к коррозии, механическому и коррозионно-

механическому износам

4.1. Влияние диффузионного титанирования на механические свойства изделий

4.2 Влияние титанирования на геометрические размеры и

шероховатость поверхности

4.2.1 Влияние металлизации на геометрические размеры

4.2.2 Влияние диффузионного титанирования на шероховатость

покрываемой поверхности

4.3 Исследование влияния титановых покрытий на коррозионные, коррозионно-механические и трибологические свойства сталей и чугунов

4.3.1 Влияние параметров и состава покрытий на коррозионную стойкость деталей

4.3.2 Влияние параметров и состава покрытий на стойкость к коррозионно-механическому износу

4.3.3 Влияние параметров и состава покрытий на стойкость к эрозионному износу

4.3.4 Влияние параметров и состава покрытий на трибологические

свойства покрытых изделий

Выводы к четвертой главе

Заключение

Основные результаты и выводы

Список использованной литературы

Приложение 1 «Акт проведения промышленных испытаний штока гидравлического цилиндра рулевого управления автопогрузчика ДВ 1792 с диффузионным титановым покрытием, на базе предприятия ПК

«Блок»»

Приложение 2 «Акт внедрения результатов кандидатской диссертации

на предприятии ПК «Блок»»

Приложение 3 «Акт проведения опытно - промышленных испытаний лопаток турбин с диффузионным титановым покрытием, на базе предриятия ОАО «Невинномысский азот»»

Приложение 4 «Программа расчета толщины титанового покрытия в зависимости от режимов процесса и состава покрываемой стали»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние технологических режимов и условий диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на коррозионную стойкость и стойкость к износу сплавов на основе железа»

ВВЕДЕНИЕ

Высокая нагруженность современных машин и механизмов, эксплуатация их в агрессивных средах предъявляют высокие требования к износостойкости деталей этих машин и механизмов, а также к их коррозионной и коррозионно-механической стойкости. Работоспособность таких деталей в основном определяется механическими и физико-химическими свойствами их поверхностных слоев. Вследствие этого задачи, связанные с разработкой, усовершенствованием технологий и оптимизацией режимов технологических стадий, обеспечивающих формирование на поверхности деталей слоев (покрытий), обладающих высокими защитными свойствами как к механическому, так и к коррозионному воздействию, являются весьма актуальными.

Одним из путей, обеспечивающих деталям сочетание механической прочности с их износостойкостью, стойкостью к агрессивному воздействию рабочей среды, является путь нанесения на их поверхность покрытий, формируемых методами химико-термической обработки.

Химико-термическая обработка является наиболее распространенным способом поверхностного упрочнения как конструкционных, так и инструментальных сталей. Она промышленно используется на протяжении длительного времени, но, несмотря на это, технологии и теоретические положения ХТО постоянно совершенствуются и развиваются.

Теоретические, технологические и практические положения, касающиеся ХТО, освещены в основополагающих работах ведущих ученых Б.Н.Арзамасова, В.И.Архарова, Н.С.Горбунова, Г.Н.Дубинина, Г.В.Земскова, В.М.Зинченко, М.Г.Карпмана, Я.Д.Когана, Ю.М.Лахтина, Л.С.Ляховича, А.Н.Минкевича, Д.А.Прошкина. Исследования, касающиеся диффузионной металлизации, ее кинетики, механизмов формирования покрытий, их работоспособности и использования, наиболее полно отражены в работах ученых: В.П.Артемьева, В.Т.Борисова, Я.Е.Гегузина, К.П.Гурова,

Б .Я. Лобова, А.П.Мокрова, А.Г.Соколова, М.И.Чаевского, В.Ф.Шатинского, Г.В.Щербединского.

Применяемые в настоящее время способы ХТО в основном базируются на насыщении поверхностных слоев инструмента элементами внедрения, что обеспечивает значительное повышение твердости, а, следовательно, и износостойкости поверхностных слоев. Наиболее распространенными являются технологии насыщения поверхностных слоев элементами внедрения: углеродом и азотом - цианирование, азотирование и нитроцементация [1, 25-31]. На поверхности деталей в результате этих обработок создается слой высокой твердости (до 70-71 НЯС), высокой износостойкости и теплостойкости, а возникающие в поверхностных слоях в результате насыщения сжимающие напряжения способствуют повышению предела выносливости материала детали. Однако для большинства деталей их поверхностные слои должны обладать не только стойкостью к механическому износу, а иметь комплекс механических и физико-химических свойств, обеспечивающих им повышение статической, усталостной прочности при воздействии переменных объемных и контактных нагрузок, стойкости к агрессивному воздействию рабочей среды и др. свойствами.

Для решения этих задач могут применяться различные насыщающие элементы и технологии.

Наиболее универсальными и пригодными для всех деталей машин и инструмента, работающих в условиях механического изнашивания и воздействия агрессивных сред, являются технологии диффузионной металлизации.

Диффузионная металлизация позволяет в более широких пределах изменять механические и физико-химические свойства поверхностных слоев и всего изделия в целом, получать на поверхности слои, обладающие износостойкостью и имеющие запас вязкости, высокую коррозионную стойкость, жаростойкость, стойкость к адгезионному схватыванию [31].

Диффузионная металлизация, несмотря на свою перспективность, в настоящее время имеет ограниченное применение, что связано с неотработанностью ее технологий, недостаточной изученностью ее влияния на работоспособность изделий в условиях воздействия высоких механических нагрузок, коррозионного и механического износов.

Наиболее перспективной технологией, обеспечивающей возможность одновременного повышения износостойкости, коррозионной и коррозионно-механической стойкости, является технология диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. Данная технология является промышленнореализуемой, относительно малозатратной и может использоваться для нанесения покрытий как на конструкционные, инструментальные стали, так и, как показали исследовании проведенные в данной работе, на чугуны.

При диффузионном титанировании на поверхности изделия за счет взаимодействия титана с углеродом стали или углеродом, содержащимся в насыщающей среде, образуется твердый, износостойкий слой, содержащий карбиды титана. Микротвердость таких слоев может составлять НУ 25004200. Относительная износостойкость таких покрытий в несколько раз выше, чем для борированного или хромированного слоев [31].

Титан и его карбиды обладают высокой коррозионной стойкостью, особенно в среде повышенной влажности и морской воде, слабо реагируют с разбавленными кислотами и растворами щелочей [2, 5-8].

Недостатком диффузионного титанирования, применяемого для повышения износостойкости конструкционных сталей, является образование под покрытием обезуглероженной зоны, имеющей пониженную твердость, что может вызывать продавливание диффузионного слоя при действии высоких контактных напряжений [131].

Состав, строение, структура и свойства, а, следовательно, определяемая этими параметрами работоспособность титановых покрытий во многом зависят от технологии их нанесения, режимов титанирования, насыщающей

среды, а также от состава покрываемого материала. Однако, в настоящее время недостаточно изучена взаимосвязь между составом, строением, структурой титановых покрытий и их защитными свойствами от механического, коррозионного и коррозионно-механического износов. Не разработана технология нанесения качественных, износостойких и коррозионно-стойких титановых покрытий на чугуны.

В соответствии с этим для установления влияния технологических режимов и условий диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на коррозионную стойкость и стойкость к износу сплавов на основе железа требуется проведение комплексных исследований по изучению кинетики формирования титановых покрытий на конструкционных и инструментальных сталях различных классов, т.е. с различным легированием. Кроме этого, оценить влияние элементного и структурно-фазового состава титановых покрытий на стойкость к эрозионному, коррозионному, коррозионно-механическому износам, а также проведение апробации работоспособности покрытых деталей в узлах и агрегатах, работающих в агрессивных условиях.

Целью данных исследований является изучение влияния состава сталей и чугунов, режимов диффузионной металлизации на кинетику и механизм формирования титановых покрытий, на их состав, строение, структуру, свойства, и оценка влияния этих параметров покрытий на механический, коррозионный и коррозионно-механический износ деталей механизмов и приспособлений, работающих в условиях износа и воздействия агрессивной рабочей среды.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Установить влияние технологических режимов, условий диффузионного титанирования и состава покрываемой стали на коррозионную стойкость, стойкость к износу стальных изделий, и на основе полученных данных

произвести оптимизацию режимов диффузионного титанирования и термической обработки покрываемых изделий.

2. Разработать способ устранения обезуглероженного слоя, возникающего под покрытием и оказывающего отрицательное влияние на работоспособность титановых покрытий, при действии на них высоких контактных нагрузок.

3. Разработать технологию диффузионного титанирования чугунов, обеспечивающую формирование на них качественных износостойких покрытий.

4. Разработать компьютерную программу прогнозирования толщины титановых покрытий, формирующихся на сталях, в зависимости от режимов металлизации и состава покрываемой стали.

5. Разработать ультразвуковую установку для очистки изделий от следов транспортного расплава.

Диссертационная работа направлена на решение проблемы повышения стойкости к коррозии, механическому и коррозионно-механическому износам железоуглеродистых сплавов за счет нанесения на их поверхность диффузионных титановых покрытий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, а также установление влияния элементного и структурно-фазового составов покрытий, переходных слоев и структурно-фазовых изменений, происходящих в покрываемом сплаве, на работоспособность изделий

В работе исследования были направлены на изучение, анализ и оценку влияния состава покрываемых сталей и чугунов, режимов процесса металлизации, состава среды насыщения на кинетику формирования покрытий на их состав, строение, структуру и свойства, а также на изучение особенностей механизма формирования титановых покрытий на чугунах, и на разработку технологии, обеспечивающей получение качественных покрытий на чугунах, способа устранения обезуглероженных слоев под покрытиями. Кроме этого, исследовано влияние элементного и структурно-

фазового состава покрытий, переходных слоев и материала основы на коррозионную стойкость, стойкость к механическому, коррозионно-механическому износам.

В диссертационной работе исследования проводились с применением современных методов исследований: металлографического, микродюро-метрического, микрорентгеноспектрального, микрорентгеноструктурного, на установках, оснащенных устройствами цифровой компьютерной обработки данных. Оценка влияния покрытий на параметры изделий, механические, коррозионные, коррозионно-механические свойства изделий проводилась в соответствии со стандартными методиками. Кроме этого, были проведены опытно-промышленные испытания.

В первой главе диссертационной работы был проведен анализ причин механического, коррозионного, коррозионно-механического, эрозионного и других видов износа, выявлены и обозначены причины этих видов износа и способы защиты от них. Рассмотрены основные, применяемые в настоящее время технологии, связанные с изменением элементного и структурно-фазовового состава поверхностных слоев изделий, выявлены их достоинства и недостатки. В результате проведенной оценки была выявлена перспективность технологии диффузионной металлизации, обеспечивающей возможность формирования на поверхности стальных изделий покрытия, обладающего коррозионной стойкостью и стойкостью к механическому износу. При этом, установлено, что наиболее перспективной технологией среди существующих является технология диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, а металлическим элементом, обеспечивающим повышение стойкости к механическому, коррозионному, коррозионно-механическому износам, является титан. На основании анализа разработанности технологии диффузионного титанирования и влияния титанирования на работоспособность изделий была поставлена цель и сформулированы задачи исследований.

Во второй главе описано технологическое оборудование, применяемое для диффузионной металлизации инструмента, и разработанные нами способ и оборудование для ультразвуковой очистки изделий от следов насыщающей среды. Описаны методики определения состава покрытий переходных слоев, а также их строения, структуры и свойств. Дан перечень материалов, на которых проводились исследования. Описаны примененные методики исследований параметров покрытых изделий, экспериментальных исследований по оценке стойкости к коррозии, механическому износу, трибологических свойств покрытий.

В третьей главе проведен анализ влияния режимов и условий диффузионного титанирования, а также состава покрываемого сплава на состав, строение, структуру и свойства покрытий. В частности, был произведен выбор транспортного расплава и анализ его влияния на процесс формирования покрытий. Оценено влияние состава сталей и режимов диффузионного титанирования на состав, строение, структуру и свойства покрытий, формирующихся на них. Проведены исследования по диффузионному титанированию чугунов из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. С целью обеспечения возможности формирования на поверхности чугунов качественных износостойких покрытий нами была разработана и исследована технология, обеспечивающая получение на чугунах качественных работоспособных титановых покрытий (способ запатентован). Были исследованы особенности формирования титановых покрытий на чугунах, изучены свойства переходных обезуглероженных слоев и основного материала.

Проведены также исследования по оценке влияния диффузионного титанирования на механические свойства изделий, на геометрические размеры и шероховатость поверхности.

В четвертой главе проведен анализ влияния диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на стойкость покрываемых изделий к механическому, коррозионно-

механическому, эрозионному износам и на трибологические свойства изделий. В частности, проведены исследования влияния элементного и структурно-фазового состава титановых покрытий, нанесенных на стали с различным содержанием углерода, на общую коррозию в кислой, нормальной и щелочной средах. На основании опытно-промышленных испытаний проведена сравнительная оценка коррозионно-механической стойкости титановых покрытий с другими видами покрытий, нанесенных с применением ХТО, диффузионной металлизации и напыления. Также проведены исследования стойкости титановых покрытий к механическому и эрозионному износам, и определены трибологические свойства титановых покрытий, нанесенных на чугун в различных парах трения.

В заключении работы осуществлен анализ проведенных исследований и сформулированы основные выводы.

В приложении представлены: акт использования результатов диссертационной работы в промышленности, акты опытно-промышленных испытаний, компьютерная программа.

Основные результаты исследований опубликованы в 3 статьях, 2 из них - в рецензируемых журналах, в двух патентах на изобретение, в одной заявке на изобретение, по которой получено решение о выдаче патента, в одном свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ, а также были апробированы и опубликованы в материалах 3-х международных конференций.

Научная новизна работы

1. Теоретически и экспериментально подтверждено, что при формировании титановых покрытий из расплава РЬ-Вь1л-Т1 на железоуглеродистых сплавах, в зависимости от содержания углерода в сплаве, температуры процесса металлизации, а также от наличия в сплаве карбидообразующих легирующих элементов, возможно образование трех типов титановых покрытий. 1-й тип - покрытия, основой которых являются

интерметаллидные соединения титана и железа; 2-й тип - покрытия, состоящие из карбида титана с твердорастворной связкой на базе а-титана; 3-й тип - покрытия, состоящие из карбида титана.

2. Установлено, что при титанировании сталей образующийся под титановым покрытием обезуглероженный слой, оказывающий отрицательное влияние на работоспособность покрытых изделий, может быть устранен предложенным в диссертации способом, включающим проведение после диффузионного титанирования термообработки при температуре 130-150°С длительностью 4-5 часов.

3. Выявлено, что при титанировании чугунов без изменения технологических операций процесса на их поверхности формируются покрытия, состоящие из карбида титана. Эти покрытия обладают очень высокой хрупкостью и могут скалываться с покрываемой поверхности, при этом хрупкость получаемых титановых покрытий зависит от толщины покрываемого изделия.

4. Установлено и теоретически обосновано, что для получения качественных титановых покрытий на чугунах перед диффузионным титанированием поверхностные слои чугунных изделий должны быть подвергнуты обезуглероживанию, которое может осуществляться путем отжига их в окислительной среде.

5. Выявлено, что предварительный отжиг и последующее титанирование приводит к образованию под покрытием зоны, в которой графит принимает хлопьевидную форму, вызывает повышение прочности и пластичности этой переходной зоны (слоя).

6. Установлено, что титановые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью, стойкостью к коррозионно-механическому и механическому износам. При этом, наибольшей стойкостью к общей коррозии обладают титановые покрытия, формирующиеся на базе интерметаллидных соединений, а стойкостью к коррозионно-механическому

и механическому износу - покрытия, состоящие из карбида титана с твердорастворной связкой на базе а-титана.

7. Установлено, что покрытия, получаемые на чугуне после диффузионного титанирования по разработанной в ходе исследований технологии, обладают высокой износостойкостью. Линейный износ деталей с титановыми покрытиями при работе в паре с непокрытыми чугунными деталями равен нулю. При этом оптимальной парой трения является пара, в которой титановое покрытие нанесено на неподвижную деталь. Это обеспечивает минимальный износ сопрягаемой непокрытой детали и минимальное значение коэффициента трения.

8. Создана программно-математическая модель, обеспечивающая возможность компьютерного прогнозирования кинетики формирования титановых покрытий на сталях с различным содержанием углерода и при различных режимах диффузионного титанирования.

Практическая значимость работы

1. Даны практические рекомендации эффективного использования диффузионного титанирования для повышения работоспособности деталей машин, приспособлений, работающих агрессивных средах, а также при наличии абразивного воздействия среды и механического износа.

2. Разработана технология диффузионного титанирования чугунов, обеспечивающая формирование на чугунах качественных износостойких покрытий. Оптимизированы режимы предварительных и основных технологических этапов диффузионного титанирования чугунов.

3. Разработан способ, обеспечивающий возможность за счет исключения обезуглероживания переходного слоя между титановым покрытием и основным материалом, значительно повысить стойкость поверхностных слоев изделий к воздействию на них контактных напряжений.

4. Разработан способ и установка ультразвуковой очистки покрытых изделий от следов технологической среды.

5. Разработана программа для ЭВМ, обеспечивающая возможность компьютерного прогнозирования кинетики формирования титановых покрытий на сталях с различным содержанием углерода и при различных режимах диффузионного титанирования.

6. Результаты работы были использованы на предприятиях ОАО «Невинномысский азот» и КП «Блок».

В работе защищаются:

- результаты исследований состава, строения, структуры диффузионных титановых покрытий, формирующихся на сталях и чугунах в процессе диффузионной металлизации их из среды легкоплавких жидкометаллических растворов;

- технологические и теоретические положения о влиянии на состав, строение, структуру и кинетику формирования покрытий состава покрываемых сплавов и режимов диффузионной металлизации;

- результаты исследований и анализа особенностей процесса и механизма формирования покрытий на чугунах;

- способ диффузионного титанирования чугунов, обеспечивающий формирование на их поверхности качественных работоспособных покрытий;

- результаты исследования особенностей механизма формирования титановых покрытий на чугунах, а также переходного слоя между покрытием и основой;

результаты исследования влияния обезуглероженного слоя, образующегося под покрытием титановым покрытием, на свойства покрытого изделия и способ устранения обезуглероженного слоя;

- результаты анализа влияния титанирования на механические свойства покрытых изделий, их геометрические размеры, шероховатость поверхности;

- результаты исследований, анализа и оценки коррозионной стойкости сталей с различным содержанием углерода без покрытий и с диффузионными титановыми покрытиями в кислых, нормальных и щелочных средах;

- результаты сравнительных экспериментальных исследований коррозионно-механических свойств сталей без покрытий, с диффузионными титановыми покрытиями и с покрытиями, нанесенными методами ХТО и плазменного напыления в кислой подвижной среде, содержащей абразивные частицы;

- результаты исследований по оценке влияния на стойкость к эрозионному износу сталей с различным содержанием углерода и степенью легирования без покрытий и с диффузионными титановыми покрытиями;

результаты исследования трибологических свойств чугунов, подвергнутых диффузионному титанированию;

программа для компьютерного прогнозирования кинетики формирования титановых покрытий на сталях с различным содержанием углерода и при различных режимах диффузионного титанирования;

- способ и устройство для ультразвуковой очистки покрытых изделий от следов свинцовых легкоплавких расплавов.

В настоящей работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором и при его участии в Кубанском государственном технологическом университете при выполнении госбюджетных НИР 4.02.06 - 010 «Разработка и освоение новых технологических процессов получения и производства деталей с особыми физико-механическими свойствами», и по собственной инициативе. Исследования проводились в соответствии с координационным планом.

Автор выражает благодарность научному консультанту д.т.н. Соколову

A.Г., заслуженному научному деятелю Кубани, д.т.н., профессору Артемьеву

B.П. и коллегам по работе.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение (по отраслям)», Крайнев, Николай Андреевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что коррозионная стойкость, стойкость к износу диффузионно-титанированных стальных изделий зависят от элементного и структурно-фазового состава покрытий, формирующихся на них, который, в свою очередь, определяется температурой, длительностью, условиями диффузионного титанирования, составом покрываемой стали. При этом, наибольшей стойкостью к общей коррозии обладают титановые покрытия, формирующиеся на базе интерметаллидных соединений, а стойкостью к коррозионно-механическому и механическому износу - покрытия, состоящие из карбида титана с твердорастворной связкой на базе а-титана. За счет нанесения покрытия скорость коррозии высокоуглеродистых сталей в нормальном и щелочных растворах снижается более чем на 3 порядка, коррозионно-механический износ деталей может быть снижен относительно деталей с другими видами покрытий от 1,3 до 6,6 раза.

2. Разработан способ устранения обезуглероженного слоя, возникающего под титановым покрытием и снижающего работоспособность покрытия при действии высоких контактных напряжений, заключающийся в проведении после диффузионного титанирования термообработки при температуре

130. 150° С в течение 4.5 часов. (Патент №2379376, МПК С23С 10/22

2006.01). Способ обработки поверхности стальных изделий).

3. Установлено, что качественные, износостойкие титановые покрытия на чугунах могут быть получены только при проведении титанирования по разработанной нами технологии, включающей проведение перед диффузионным насыщением изделия операции отжига в кислородсодержащей среде длительностью 3-4 часа при температуре 800-950°С, при этом под покрытием формируется слой, в котором часть графита имеет хлопьевидную форму. {Заявка №2010114444/02, МПК С21 D 5/10, 3/04, С23 С 10/22 (2006.01) Способ обработки чугунных изделий).

4. Разработана компьютерная программа, позволяющая прогнозировать толщину покрытий и режимы процесса диффузионного титанирования. (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ M2011616889 от 26.07.2011. Программа для определения толщины титанового покрытия).

5. Разработана ультразвуковая установка для очистки покрытых изделий от следов транспортного расплава. (Патент №2443802, МПК C23G 1/28, C23G 3/00 (2006.01). Способ очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов и устройство для его осуществления)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работоспособность деталей машин и инструмента в большинстве случаев определяется свойствами их поверхностных слоев, особенно при воздействии на них контактных механических нагрузок и агрессивной рабочей среды.

В работе проведен анализ причин механического, коррозионного, коррозионно-механического, эрозионного и других видов износа, выявлены и обозначены причины этих видов износа и способы защиты от них. Рассмотрены основные, применяемые в настоящее время технологии, связанные с изменением элементного и структурно-фазовового состава поверхностных слоев изделий, выявлены их достоинства и недостатки. В частности, рассмотрены и проанализированы технологии напыления, наплавки, методы химического (СУБ) и физического (РУБ) нанесения покрытий, технологии ХТО обработки, технологии диффузионной металлизации. В результате проведенной оценки была выявлена перспективность технологий диффузионной металлизации, обеспечивающей возможность за счет использования в качестве диффундирующих элементов различных металлов формировать на поверхности изделий покрытия, представляющие собой легированные слои основного материала, с заданными химическими, физическими и механическими свойствами. Кроме того, данные технологии позволяют в широких пределах только лишь за счет изменения режимов металлизации изменять состав, строение, структуру, и, в конечном итоге, свойства этих покрытий. Было установлено, что наиболее перспективной технологией среди существующих является технология диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов.

Технология диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, обладая простотой и универсальностью, позволяет наносить одно и многокомпонентные равномерные покрытия одновременно на значительное количество деталей самой сложной конфигурации, а также за счет варьирования режимов процесса изменять в широких пределах состав, структуру, параметры и свойства покрытий, механизировать и автоматизировать процесс диффузионной металлизации.

Кроме этого, на основании анализа имеющихся сведений было установлено, что металлическим элементом, обеспечивающим повышение стойкости к механическому, коррозионному, коррозионно-механическому износам, является титан, формирующий на сплавах на основе железа, в зависимости от состава сплава и режимов обработки, совершенно различные по строению, составу, структуре и свойствам покрытия. Однако, как показал анализ объема и направлений исследований, касающихся технологии диффузионного титанирования, ранее проведенные исследования были направлены в основном на изучение процесса формирования покрытий, его кинетики и механизма, при этом не были проведены исследования, касающиеся возможности диффузионного титанирования чугунов, а также и свойств покрытий, получаемых на чугуне. Малоизученной является взаимосвязь между составом, строением, структурой и работоспособностью диффузионно титанированных изделий в условиях механического износа и коррозионного воздействия рабочей среды.

С целью установления влияния режимов и условий диффузионного титанирования на работоспособность сплавов на основе железа в условиях механического контактного воздействия и агрессивного воздействия рабочей среды на первом этапе в работе был проведен анализ факторов, влияющих на процесс формирования диффузионных титановых покрытий. Был произведен выбор транспортного расплава и анализ его влияния на процесс формирования покрытий. Оценено влияние состава сталей и режимов диффузионного титанирования на состав, строение, структуру и свойства титановых покрытий, в частности, установлено определяющее влияние углерода и температуры процесса титанирования на состав, строение, структуру и свойства титановых покрытий. Чем больше углерода в покрываемой стали, тем больше карбидов титана содержится в покрытии, и покрытие получается более твердым и тонким. На армко-железе и малоуглеродистой стали покрытия не содержат карбидов и формируются на базе интерметаллидных соединений. Количество карбидов в покрытии, а также их параметры, твердость и хрупкость зависят от температуры процесса.

На кинетику формирования покрытий и их свойства оказывают влияние также карбидообразующие легирующие элементы стали, снижающие блокирующее действие диффузии титана углеродом стали.

Содержание углерода в стали, температура процесса, природа легирующих элементов оказывают влияние также на состав и свойства обезуглероженных переходных слоев между покрытием и основой, приводящих к снижению эксплуатационных свойств покрытий. С целью устранения вредного влияния обезуглероженных слоев нами был разработан и запатентован способ низкотемпературного длительного отжига, позволяющий устранять обезуглероженные слои.

В работе были проведены исследования по диффузионному титанированию чугунов из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. Данные исследования показали, что вследствие высокой концентрации углерода в чугунах при их титанировании на поверхности изделий образуются очень хрупкие покрытия, которые растрескиваются и скалываются с поверхности чугуна при охлаждении покрытых деталей.

С целью обеспечения возможности формирования на поверхности чугунов качественных износостойких покрытий нами был разработан и запатентован способ повышения износостойкости чугунов, включающий проведение перед титанированием обезуглероживающей обработки -отжига. Кроме этого, были исследованы особенности формирования титановых покрытий на чугунах, свойства переходных, обезуглероженных слоев и основного материала.

С целью обеспечения возможности прогнозирования кинетики формирования титановых покрытий и оптимизации режимов титанирования была разработана компьютерная программа. На эту программу получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Исследования по оценке влияния диффузионного титанирования на механические свойства изделий, на геометрические размеры и шероховатость поверхности показали, что эти параметры зависят также как и сам процесс формирования покрытий, от состава сплава, режимов металлизации, при этом определяющими факторами являются концентрация углерода в сплаве и температура процесса металлизации. При этом, как установлено, возможен как рост размеров изделий, так и их уменьшение, аналогичные изменения проявляются и на параметрах шероховатости покрытых поверхностей. При высоких температурах процесса титанирования и высокой степени легированности сплава наблюдается уменьшение размеров детали (обратный изотермический перенос).

В работе проведены исследования по оценке влияния диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на стойкость покрываемых изделий к коррозии, механическому, коррозионно-механическому и эрозионному износам.

Исследование влияния титановых покрытий, формирующихся на сталях и чугунах, на общую коррозию, коррозионно-механические и трибологические свойства проводились в различных агрессивных средах и при наличии смазки.

Исследования на общую коррозию проводились как сравнительные, на основании которых оценивались защитные свойства титановых покрытий в кислой, нормальной и щелочной средах, а также проводился анализ влияния элементного и структурно-фазового состава титановых покрытий, формирующихся на сталях с различным содержанием углерода. Данные исследования показали, что титановые покрытия, сформированные на базе интерметаллидных соединений и карбида титана, обладают высокими антикоррозионными свойствами. Скорость коррозии высокоуглеродистых сталей снижается по сравнению с непокрытой сталью более чем на три порядка. Большей коррозионной стойкостью в спокойном электролите обладают покрытия, сформированные на базе интерметаллидных соединений.

Исследования влияния параметров и состава покрытий на стойкость к коррозионно-механическому износу проводились в условиях коррозионного и абразивного воздействия рабочей среды, при этом имитировалась работа лопаток турбины центробежного насоса, которым производится перекачка фосфорной кислоты концентрации не менее 52 %, в кислоте присутствовало до 10% частиц апатита. Сравнительные испытания показали, что титановые покрытия, сформированные на базе карбида титана, в условиях коррозионно-абразивного износа обладают самыми высокими защитными свойствами не только по сравнению с непокрытыми образцами, но и по сравнению с образцами, подвергнутыми азотированию, плазменному напылению, карбонитрации и диффузионному хромированию с карбонитрацией.

Кроме этого, стойкость к коррозионно-механическому износу диффузионных титановых покрытий оценивалась на основании анализа результатов опытно-промышленных испытаний диффузионнотитанированных штоков гидроцилиндров, испытывающих в процессе эксплуатации коррозионно-абразивный износ. Срок службы штока гидроцилиндра за счет покрытия возрос в 3.4 раз.

Влияние параметров и состава покрытий на стойкость к эрозионному износу, возникающему вследствие воздействия на образцы кварцевого песка, посредством пескоструйного аппарата, оценивалось путем проведения сравнительных испытаний образцов с покрытием и без покрытия. Установлено, что защитные свойства титановых покрытий от эрозионного износа зависят от элементного и структурно-фазового состава покрытий. Титановые покрытия, формирующиеся на базе интерметаллидных соединений, обладают низкой стойкостью к эрозионному износу, покрытия, формирующиеся на базе карбида титана и содержащие твердорастворную а-титановую связку, обеспечивают значительное повышение эрозионной стойкости покрываемых сплавов, как сталей, так и чугунов.

В работе также проводились исследования трибологических свойств титановых покрытий. Покрытия, получаемые на чугуне после диффузионного титанирования по разработанной нами технологии, включающей проведение перед титанированием обезуглероживающего отжига, показали высокую износостойкость. Линейный износ деталей с титановыми покрытиями при работе в паре с непокрытым чугунными деталями равен нулю. При этом оптимальной парой трения является пара, в которой титановое покрытие нанесено на неподвижную деталь. Это обеспечивает минимальный износ сопрягаемой непокрытой детали, и минимальное значение коэффициента трения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Крайнев, Николай Андреевич, 2011 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Покрытия для деталей машиностроения: Учеб. пособие / Т.И. Иванова и др.; Ленингр. мех. ин-т, 1989. 69с.

2. Артемьев В.П. Разработка научных и технологических основ химико-термической обработки сталей в жидкометаллических расплавах: Дис. д-ра техн.наук: 05.01.02. - Краснодар, 2001. - 352 с.

3. Шатинский В.Ф., Збожная О.М., Максимович Г.Г. Получение диффузионных покрытий в среде легкоплавких металлов. - Киев: Наукова Думка, 1976.-202 с.

4. Шатинский В.Ф., Артемьев В.П., Чаевский М.И. Процессы, происходящие на межфазной границе твердый - жидкий металлы в эвтектическим расплаве свинец-висмут // Адгезия расплавов и пайка материалов. - Киев: Наукова Думка. - 1987. - Вып. 18. - С. 55 - 58 . Берштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1979. - 495 с.

5. Щербинский Г.В. Диффузия в многокомпонентных системах / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Тула, 1973. с. 62 - 68. Михин Н.М., Ляпин К.С. Зависимость коэффициента трения от твердости и экспериментальная проверка. - М.: Физика, 1970. - №3. - С. 50-54.

6. A.c. 280158. Способ химико-термической обработки/ Чаевский М.И., Гойхман М.С. Опубл. 9.11.71

7. Самсонов Г.В., Кайдаш Н.Г. Состояние и перспективы создания многокомпонентных диффузионных покрытий на металлах и сплавах / В кн.: Защитные покрытия на металлах и сплавах. - Киев: Наукова думка, 1976. -Вып. 10.-С.5-12.

8. Максимович Г.Г., Шатинский В.Ф., Копылов В.И. Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями. - Киев: Наукова думка, 1983. - 248 с.

9. Соколов А.Г., Артемьев В.П. Диффузионная металлизация как способ повышения работоспособности инструмента // 9 международная практическая конференция-выставка «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». 4.2. СПБ.: СПбГПУ. - 2007. - С.208 - 215.

10. Терешин В.А., Дубовенко В.П., Шатинский В.Ф., Борисов A.B. Критерий возможности получения защитных покрытий из жидкой фазы / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. - Тула: ТПИ, 1975.- Вып.З. - С.136

- 139.

11. Соколов А.Г. Трещиностойкость поверхностно-упрочненных конструкционных сплавов: дис. канд.техн.наук: 05.02.01. - Ленинград, 1982.

- 206 с.

12. Заявка 200512724 РФ, МКИ7 С23 С28/02. Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов / А.Г.Соколов, В.П. Артемьев (РФ) - Заявлено 29.08.05; Опубл. От 4.08.06 - 10 с.

13. Заявка 2005131664 РФ, МКИ7 С23 G 1/14. Способ очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов и устройство для его осуществления / А.Г. Соколов (РФ) - Заявлено 12.10.05 - 10 с.

14. Артемьев В.П., Шатинский В.Ф. О диффузии в металлах. - Изв. Высш. Учеб. Завед. Технические науки. - №4. - 1997. - С. 46 - 48.

15. Соколов А.Г., Тимофеев Б.Т. Влияние введения добавок лития и олова на свойства свинцовых и свинцово-висмутовых расплавов// Прочность и долговечность сварных конструкций в тепловой и атомной энергетике: Тез. докл. Науч-техн. Конф. 25-27 сентября 2007г. - СПБ, 2007. - С.89.

16. Соколов А.Г., Тимофеев Б.Т. Влияние введения добавок лития и олова на свойства свинцовых и свинцово-висмутовых расплавов // Вопросы материаловедения.- 2007. - № 3. С.293--300.

17. Соколов А.Г. Новые технологии повышения работоспособности инструмента / В кн.: Труды Кубанского государственного технологического университета. Том XX. Серия: Механика и машиностроение. - Краснодар, 2004. С. 223 - 227.

18. Соколов А.Г. Диффузионная металлизация в среде легкоплавких расплавов как способ повышения стойкости инструмента / В кн.: Научная мысль Кавказа. - Ростов-Дону, 2006. №1. С. 159 - 167.

19. Соколов А.Г. Влияние состава транспортного расплава на процесс формирования покрытий при диффузионной металлизации из среды жидкометаллических растворов./ В кн.: Научная мысль Кавказа. - Ростов-Дону, 2006. №2. С.139 - 157.

20. Соколов А.Г. Артемьев В.П.: Влияние состава транспортного расплава на процесс формирования покрытий при диффузионной металлизации из среды жидкометаллических растворов // Тез. докл. Девятая международная конференция «Проблемы материаловедения при проектировании и эксплуатации оборудования АЭС». - Спб., 2006 С. 173 -174.

21. Sokolov A.G. Influence of Nature of Metal Elements Dissolved in Lead Melt on Mechanism of their Diffusion Interaction with Steel Placed into Lead Melt / Proceedings of International Conference. Mechanika. 2006 p. 320-323.

22. Александров В.Г., Базанов Б.И. Справочник по авиационным материалам и технологии их применения. - М.: Транспорт, 1979. - 263 е./

23. Пат. №2312164 РФ, МПК С23 С 2/08 (2006.01). Способ нанесения покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов (РФ) - Заявлено 02.05.2006; опубл. от 10.12.2007, бюл. №34.

24. Sokolov A. Impact of carbide phases to diffusion processes proceeding within steel-lead melt contact zone containing titanium // The ninth international

conference "Material in design,manufacturing and operation of nuclear power plantequipm ent" 6-8 June , 2006 St. Petersburg p. 175-176

25. Соколов А.Г., Артемьев В.П. Повышение работоспособности инструмента методами диффузионной металлизации. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006. 228 е.: ил.

26. Романов С.Р., Картин A.B., Копылов Д.Ю., Перевезенцев Б.Н. Технология плазменно-порошковой наплавки выпускных клапанов двигателей автомобиля «ВАЗ» // Сварочное производство. - 2005. - №2.- С.ЗЗ -40.

27. Мусина К.И., Жаткин С.С. Исследование процесса плазменной наплавки покрытий на сталь 19ХГНМА-В // Высокие технологии в машиностроении: Тез. докл. Самара, 2006. - С. 56 - 60

28. Паркин A.A., Мулендеев Д.А., Макейкин И.В. Формирование структуры и свойств плазменно-наплавленных порошков Stellite 190W b Stellite 12 sf на цапфу буровых долт // 8-я Международ. Практическая конф,-выстовка «Технология ремонта, восстановления и упрочнения: Тез. докл. СПб, 2006.-С 208-212.

29. IIyasov V, Zhdanova Т, Nikiforov I. Electronic Structure and X-ray Spectra of the System SiC-(Al, Ti, C) // Phys.stat/sol. (b), 2002, Vol. 229, №3, 1187- 1190.

30. Зверев А.И, Шаривекер С.Ю, Астахов Е.А. Детонационное напыление покрытий. - JI.: Судостроение, 1979.

31. Соколов А.Г. Разработка теоретических и технологических основ повышения стойкости режущего и штампового инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов: Дис. д-ра техн.наук: 05.01.02. - Краснодар, 2010. - 354 с.

32. Швед М.М. Изменение эксплуатационных свойств железа и стали под влиянием водорода. - Киев: Наукова думка, 1985. - 120 с.

33. К.Ю. Богачев. Методы приближения функций. - М.: МГУ, 1998. -129с.

34. Б.Страструп. Язык программирования С++. Специальное издание / Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2006. - 1104 е.: ил.

35. Саррак В.И. Водородная хрупкость и структурное состояние стали / МиТОМ.- 1982.-№5.-С. 11-17.

36. Лившиц Л.С., Бахрах Л.П., Стромова Р.П. и др. Сульфидное растрескивание низкоуглеродистых легированных сталей // Коррозия и защита трубопроводов, скважин, газопромыслового и газоперерабатывающего оборудования, 1977. -№ 5. - С. 23-30.

37. Смирягин А.П., Смирягина H.A., Белова A.B. Промышленные цветные металлы и сплавы. М.: Металлургия, 1974. 448 с Тихонов Б.С. Тяжелые цветные металлы: Справочник. М.: Цветметинформация, 1999. 416 с.

38. Физическое металловедение: В 3 т. Под ред. Р.У. Канна и П. Хаазена. Т. 1: Атомное строение металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1987. 640 с.

39. Осинцев O.E., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. М.: Машиностроение, 2004. - 336с., ил. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: Справочник / Под ред. Н.Х. Абрикосова. М.: Наука, 1979.-248 с.

40. Гавриленко Т.П., Кирякин А.Л., Николавев Ю.А., Ульяницкий В.Ю. Автомотизированный детонационный комплекс «Обь» для нанесения порошковых покрытий // Современные технологии автомотизации. - 2006. -№4.-С. 47-52.

41. Колчаев Б. А., Елагин В.Н., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСиС. 2001. 416 с.

42. Новые материалы / Под ред. Ю.С Карабасова. М,: МИСиС, 2002.

43. Болтон У. Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. Справочник. 2-е изд., стер./ Пер. с анг. -М.: «Додэка- XXI», 2007. - 320с.

44. Машиностроение. Энциклопедия. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. / Под общ. Ред. И.Н. Фридляндера. М.: Машиностроение, 2001. 880 с

45. Справочник по конструкционным материалам. Под ред. Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой. - М.: изд. МГТУ имени Н.Э.Баумана, 2005. -320 с.

46. Свойства элементов. Справочник: В 2 т. Т.1. Физические свойства элементов / Под ред. Г.В. Самсонова. М.: Металлургия, 1976. 600с.

47. Прокошкин Д.А, Супов A.B., Кошенков В.Н, Богомолов A.M. -МиТОМ, 1981, №4, С. 21-23.

48. Смителз К. Дж. Металлы. - М.: Металлургия, 1980. - 456 с.

49. Архаров В.И., Конев В.Н. Жаростойкие материалы - Киев: Наукова думка, 1970.-Т.7.-221 с.

50. Ляхович Л.С. Многокомпонентные диффузионные покрытия. -Минск: Наука и техника, 1974. - 288 с.

51. A.c. 1504286 СССР, МКИ3 С23 СЮ/22. Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, A.B. Севенков - №428182/31-02; Заявлено 04.05.87; Опублик. 30.08.89, Бюл. № 32. - 2 с.

52. Справочник по пайке: Справочник / Под ред. И.Е. Петрунина, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. - 400 с, ил.

53. Задумкин С.Н. Связь между поверхностными энергиями в твердой и жидкой фазах В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фаз. Нальчик, 1965. С. 98 - 104.

54. Лахтин Ю.М., Арзамасов В.Н. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1984. 256 с.

55. Термодинамические свойства неорганических веществ. Справочник / Под ред. А.П. Зефирова. - М.: Атомиздат, 1965. - 457 с.

56. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. - М.: Металлургиздат, 1962 . -456 с.

57. Балашенко Д.Ю. Явление переноса в жидких металлах и полупроводниках. -М.: Атомиздат, 1970..- 399 с.

58. Никитин В.И. Взаимодействие конструкционных материалов с жидкими металлами // Теплоэнергетика. - 1962. - №2 - С. 90 - 92.

59. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. - М.: Металлургия, 1976. - 225 с.

60. Никитин В.И. Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твердые . - М.: Атомиздат, 1967. - 320 с.

61. Глухов В.П. Боридные покрытия на железе и сталях. - Киев: Наукова думка, 1970. - 205 с.

62. Дубинин Т.Н. Диффузионное хромирование сплавов. - М.: Машиностроение, 1964.-452 с.

63. Горбунов Н.С. Диффузионные покрытия на железе и стали. - М.: Изд-во АН СССР, 1958. - 207 с.

64. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов. - М.: Металлургия, 1985. - 206 с Рябов В.Р. Алитирование стали. - М.: Металлургия, 1973. - 239 с.

65. Рябов В.Р. Алитирование стали. - М.: Металлургия, 1973. - 239 с.

66. Силицирование металлов и сплавов / J1.C. Ляхович, Л.Г. Ворошнин, Э.Ю. Щербаков, Г.Г. Панич. - Минск: Наука и техника, 1972. -279 с.

67. А.с. 298701. Способ получения покрытий на основе молибдена / Чаевский М.И., Гойхман М.С. Опубл. 15.01.71.

68. Моисеев В.Ф., Фуке-Рабинович Г.С., Быков М.В. О механизме износа штамповой стали при вырубке. Металловедение и термическая обработка в автомобилестроении, 1979; вып.1 - С. 31-37.

69. Михин Н.М., Ляпин К.С. Зависимость коэффициента трения от твердости и экспериментальная проверка. - М.: Физика, 1970. - №3. - С. 5054.

70. Земсков Г.В., Коган Р.Л. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1978. - 208 с.

71. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твёрдой фазе. - М.: Физматгиз, 1969. - 564 с.

72. Carter G.F. Diffusion coating fromed in molten calcium impart high corrosion resistance. - Metal Progr., 1968, 93 №6 p. 1123 - 1128.

73. Carter G. F., Fleming R.A. Diffusion coatings formed in molten calcium systems/ Reactions in Ca - Fe - Cr systems. - J. Less-Common Metals, 1968. 14 №2. p. 328-336.

74. Miyooski Yasuhiko, Kado Satoshi, Otoguro Yasuv, Muda Noboru/ Bosyoku gyutsu. Gross. Eng., 1975, 24, №4. - P. 177 - 182.

75. Дунин-Барковский И.В., Карташов A.H. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. - М.: Машиностроение, 1978.-229 с.

76. Воробьева Г.А., Складнова Е.Е., Леонов А.Ф., Ерофеев В.К. Инструментальные материалы. - СПб.: Политехника, 2005. - 260 с.

77. Берштейн M.JI, Займовский В.А. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1979. - 495 с.

78. Пат. 3.251.719 С 23 с 1/00 Frederick Tepper, John Wilson Maustaller, John G/ Gerken. - Опубл. 17.05.66..

79. Термодинамические критерии возможности получения защитных покрытий из расплава / В.А. Терешин, Н.В. Борисов, Ю.П. Дубовенко, А.П. Мокров, В.Ф. Шатинский / В кн.: Жаропрочность и жаростойкость металлических материалов. - М.: Наука, 1976. - С. 180- 183.

80. Задумкин С.Н. Современные теории поверхностной энергии чистых металлов / В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающие из них твердых фаз. - Нальчик: 1965. - С. 41 - 50.

81. Попаль ' С.И, Павлов В.В. Термодинамический расчет поверхностного натяжения растворов / В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающие из них твердых фаз. - Нальчик: 1965. - С. 41 - 50.

82. Беккерт М, Клемм X. Справочник по металлографическому травлению. - М.: Металлургия, 1979. - 336 с.

83. Похмурский В.И. Повышение долговечности деталей машин с помощью диффузионных покрытий / Далисов В.Б, Голубец В.М. - Киев: Наукова думка, 1980. - 188 с.

84. Вол А.Е. Строение и свойство двойных металлических систем. -М.: Физматгиз, 1962.-300с.

85. Диагрммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочник / Под ред. O.A. Банных и М.Е. Дрица. - М.: Металлургия, 1986. - 439 с.

86. Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. - Новосибирск: Наука, 1990. - 306 с.

87. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения. / Винницкий И.М. - М.: Металлургия, 1976. - 560 с.

88. Окштейн B.C. Диффузия в металлах.- М.: Металлургия, 1978. -248с.

89. Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. - М.: Металлургия, 1973. - 398 с.

90. Влияние диффузионных покрытий на прочность стальных изделий / Карпенко Г.В. и др. - Киев: Наукова думка, 1971. - 250 с.

91. Смольников Е.А. Термическая и химико-термическая обработка инструмента в соляных ваннах. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 312 е.: ил.

92. Карпман М.Г. Выбор метода и способа диффузионного насыщения поверхности изделий // «Металловедение и термическая обработка металлов». - 1982. - № 4. -. С. 19-20.

93. Способ получения диффузионных многокомпонентных защитных покрытий / М.И. Чаевский, В.П. Артемьев, С.М. Пилюгин. - A.c. 644869 СССР.- 1979. -Б.И. № 4.

94. A.c. 1594800 СССР. Способ химико-термической обработки изделий / В.П. Артемьев, В.Ф. Шатинский, М.М. Кицак, Е.М. Рудковский, П.М. Худык. - Заявлено 27.01.88; Опубл. 06.09.91, ДСП №6.-3 с.

95. Пат. 3.481.770 С 23 с 1/10 Process for preparing alloy diffusion coatings / Charles H. Lemke, Niagara Falss. - № 539.299; Заявлено 01.04.66; Опубл. 02.12.69.

96. Пат. 118052 С 23 с 1/10 Fremgansmáde til diffusions overtrxhning of emner of uxdle, tugtameltelige metaller / Argyriades D., Carter F. - Опубл. 28.12.70.

97. Ляхович Л.С., Ворошнин Л.Г., Щербаков Э.Д., Панич Г.Г. Силицирование металлов и сплавов. - Минск: Наука и техника, 1972. - 279 с.

98. Бледнова Ж.М. Восстановление сплошности селективным осаждением легирующего компонента из жидкой фазы / Сопротивление материалов в агрессивных средах, - Краснодар, 1986. - С. 28-49.

99. Чаевский М.И, Бледнова Ж.М. Пути создания самозалечивающихся систем в условиях воздействия среды при малоцикловом и многоцикловом нагружениях: малоцикловая усталость -механика разрушения, живучесть и материалоемкость конструкций: Тез. докл IV Всесоюзного симпозиума. - Краснодар. 26-29 сент. 1983 г, вып. 1, С. 123-128.

100. Пат. 964.323 Великобритания С 23 с 1/00. Improvements in or relating to the Formation of Coatings on Ferrous Articles / E.J. du Pont de Nemours and Company (США) - № 28138/60; Заявлено 15.08.60; Опубл. 22.07.1964.

101. Пат. 1.386.172 Франция С 23 с. Prjcede pour entrober dearticles en metal ferreux par diffusion / Jhon J. Rauch, Ray J. Van Thynt E.I. DU PONT DE NEMOURS AND CO. residant aux Etats-Unis d' Amerique - № 968.718; Заявлено 07. 12. 64; Опубл. 1965.

102. Пат. 3.620.816 США С 23 с 1/00. Metod of diffusion coating metal substrates using molten lead AS transport medium / Alfred L. Leavitt, J.R. Batten -№ 763.187; Заявлено 16.10.68; Опубл. 16.11.71.

103. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

104. Пат. 3.467.545 США С 23 с 1/10 Alloy diffusion coating process / F. Carter; Заявлено 29.05.63; Опубл. 16.09.69.

105. Гальванотехника / Ажогин Ф.Ф, Беленький М.А, Галль И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987. - 736 с.

106. Сато Синдзо. Новые способы быстрого низкотемпературного азотирования угледодистых сталей. - Кйндзоку дзайре, Metals in Engineering, 1973, vol. 13, №1. p. 85- 102.

107. Заявка 200512724 РФ, МКИ7 G23 С28/02 . Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов / А.Г.Соколов, В.П. Артемьев (РФ) - Заявлено 29.08.05; Опубл. От 4.08.06 -Юс.

108. Верещака A.C. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.

109. Аксенов И.И. Хороших В.М. Потоки частиц и их массоперенос в вакуумной дуге: Обзор. - М.: ЦНИИ атоминформ, 1984. - 392 с.

110. Ионная имплантация / Под ред. Хирвонена Дж. К.: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1985. - 392 с.

111. Исследование влияния давления газа в объеме на параметры капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги / И.И. Аксенов, Е.Е. Кудрявцева, В.В. Кунченко и др. ХФТИ АНУССР 84-18. М.: ЦНИИ атоминформ, 1984. - 17с.

112. О плазменном нанесении покрытий на упрочненную сталь с низкой температурой отпуска / A.A. Андропов, В.Г. Брель, А.Т. Калинин и др. // Защита металлов. Т. XIV. 1978. №5. С. 551-557.

113. Котляренко JI.A, ЭпикА.П. - Защитные покрытия на металлах. 1970, №3, с. 31-35.

114. Бельевский Е.И, Ситкевич М.В, Рогов В.А, Крюков В.П. -МиТОМ, 1980, №6, с. 17-19.

115. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник. М, Машиностроение, 1981. 424 с. с ил.

116. Баландин Ю.А. Боразотирование штамповых сталей в псевдосжиженом слое. - МиТОМ, №9 2004.

117. Баландин Ю.А. Упрочнение поверхности штамповых сталей борирование, бормеднением и борхромированием в псеводосжиженом слое. - МиТОМ, №3 2005.

118. Геллер Ю.А., Павлова Л.П., Сорокин Г.М. - МиТОМ, 1972, №1, с.48 - 54.

119. Koster К. - Tew. Techn. Ber., Bd 1, №2, S. 136 - 141.

120. Карпов Л.П. Применение двойной химико-термической обработки при изготовлении инструмента из конструкционных сталей. - МиТОМ №1 2003.

121. Тарасов А.Н., Колина Т.П. Структура и свойства нитроцементованных сталей 4Х5МФС и 20X13, используемых для изготовления режущего инструмента. - МиТОМ, №5, 2003.

122. Лахтин Ю.М., Неустроев Г.Н., Иванов Ю.П. - МиТОМ, 1973, № 12, с. 27 - 31.

123. Лебедев В.А., Подольский М.А. Оценка эффективности упрочнения деталей методами ППД на основе термодинамических представленений процесса // Вестник машиностроения. - 2004. - №6. - С.34 -40

124. Криштал М.А., Гринберг Е.М. Изменение структуры железа при диффузии бора // МИТОМ. - 1974. - №4.- С.2 - 6.

125. Тополянский П.А., Ермаков С.А., Соснин H.A. Твердость тонкопленочного покрытия, наносимого методом финишного плазменного упрочнения // 7 международная практическая конференция-выставка. СПБ.: СПбГПУ. - 2005. - С.291-301.

126. Тюрин Ю.Н., Ждакевич М.Л., Колисниченко О.В. Формирование нанокристаллического слоя на поверхности инструмента 9 международная практическая конференция-выставка «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». 4.2. СПБ.: СПбГПУ. - 2007. - С.274 - 284.

127. Аль-Тибби В.Х. Влияние диспертности микроструктуры покрытий, получаемых методом электроакустического напыления на износостойкость режущего инструмента. Дисс. На соискание ученой степени кандидата технических наук. Ростов-на-Дону, 2006. - 177 с.

128. Гладков В.Ю., Кравцев С.В, Кравченко И.Н. Ресурсосбережение при восстанослении и упрочнении деталей строительных и дорожных машин пламенными покрытиями. М.: изд-во ВТУ, 2005 - 230 с.

129. ПТополянский П.А, Ермаков С.А, Соснин H.A., Юлинецкий К.В. Исслодование электрических параметров плазменной струи на участке анод плазмотрона - изделие при финишном плазменном нанесении тонкопленочного покрытия / Технология ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций / - СПб.: Изд. Политех, ун-та, 2004. - 289 с.

130. Тополянский П.А, Ермаков С.А, Соснин H.A. Толщина тонкопленочного покрытия при финишном плазменном упрочнении / Технология ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций / - СПб.: Изд. Политех, унта, 2005.-274 с.

131. Соколов А.Г. Особенности процесса формирования диффузионных титановых покрытий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на инструментальных сталях // Научная мысль Кавказа.- 2006.-№7.- С.258-267.

«Утверждаю»: Председатель

Акт

проведения промышленных испытаний штока гидравлического цилиндра рулевого управления автопогрузчика ДВ 1792, изготовленного из стали 45 с диффузионным покрытием на базе карбида титана

г. Горячий Ключ «15» октября 2010 г.

Мы, нижеподписавшиеся, представители предприятия ПК "Блок" председатель Брусов В.Д., главный инженер Брусов В.В., начальник цеха по ремонту Разуменко В.Д. с одной стороны и представители Кубанского государственного технологического университета - зав. кафедрой материаловедения и автосервиса, д-р техн. наук, профессор Артемьев В.П., д-р. техн. наук, профессор Соколов А.Г., аспирант Крайнев H.A. с другой, составили настоящий акт о результатах промышленных испытаний штока гидравлического цилиндра с диффузионным титановым покрытием, обладающим повышенной износостойкостью поверхностных слоев, а также коррозионной стойкостью при воздействии агрессивных сред.

Шток гидравлического цилиндра, изготовленный из стали 45 с диффузионным покрытием на базе карбида титана был установлен на

гидравлический цилиндр ЦБХ2П А 63x110 подъемника ДВ 1792, и испытан в промышленных условиях при работах, связанных с транспортировкой грузов. В процессе промышленных испытаний при работе подъемника шток, изготовленный из стали 45 с диффузионным титановым покрытием перемещался в гидравлическом цилиндре рулевого управления при воздействии нагрузок растяжения-сжатия, воздействия сил трения сальника, а также при воздействии агрессивной окисляющей среды.

В результате испытаний установлено что, диффузионное покрытие на базе карбида титана, нанесенное на шток гидравлического цилиндра ЦБХ211А 63x110 по технологии, разработанной в диссертационной работе д.т.н., профессора Соколова А.Г. и диссертационной работе аспиранта Крайнева H.A., увеличивает срок службы гидроцилиндра, повышая износостойкость штока, а также его стойкость к коррозионному износу в 3...4 раза.

Представители ПК «Блок»:

Начальник ремонтного це

Главный инженер

«Утверждаю»: Председатель

^¿23050^

.Д. Брусов бря 2010 г.

Акт

внедрения результатов кандидатской диссертации аспиранта Крайнева Н. А. на предприятии ПК «Блок»

г. Горячий Ключ «15» октября 2010 г.

Результаты диссертационной работы Крайнева H.A. на тему: «Влияние технологических режимов и условий диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на коррозионную стойкость и стойкость к износу сплавов на основе железа», по исследованиям процесса работоспособности деталей с покрытием на базе карбида титана, были внедрены на предприятии ПК «Блок».

Главный инженер ПК «Блок»

В. В.Брусов

«УТВЕРЖДАЮ»: Технический директор инномысский Азот» Кононов 20 г.

Акт

проведения опытно-промышленных испытаний образцов с диффузионным титановым покрытием

г. Невинномысск « » _ 20 г.

Настоящий акт составлен о том, что на опытно-промышленной установке ОАО "Невинномысский азот" проведены испытания лопаток мешалки, изготовленных из стали марки СтЗ с диффузионным покрытием на базе карбида титана, разработанным на кафедре материаловедения и автосервиса Кубанского государственного технологического университета. Также испытанию подверглись образцы из стали той же марки, но их поверхность была упрочнена другими способами, такими как диффузионное хромирование с карбонитрацией, финишное плазменное упрочнение, цементация, азотирование, а также с помощью термической обработки.

1. Объект испытания:

Образцы - пластины длиной 55 мм, шириной 15 мм, толщиной 2 мм, изготовленные из стали марки СтЗ с различными видами поверхностного упрочнения.

Толщина покрытия при титанировании с предварительной цементацией - 6 мкм. Режим нанесения титанового покрытия: предварительная цементация в твердом карбюризаторе, далее диффузионное титанирование при температуре 1100°С и времени выдержки в расплаве 1 час. Испытывались также образцы с титановым покрытием без предварительной цементации.

2. Методика испытания:

Испытания проводились на опытно-промышленной установке, представляющей собой лопастную мешалку. Образцы устанавливались в качестве лопаток мешалки в ступицах, ^ закрепленных на валу мешалки, приводимом в движение клиноременной передачей от электродвигателя.

Образцы взвешивались, затем закреплялись в ступицах на валу мешалки, затем с помощью них осуществлялось перемешивание рабочей среды в баке мешалки.

Рабочая среда создавалась из следующих компонентов:

- фосфорная кислота с концентрацией (Р205) 30... 35%, плотностью до 1600 кг/м3;

- серная кислота с концентрацией (80г) 35.. .40 г/л;

- вода;

- апатит.

При создании рабочей среды концентрация твердых веществ в смеси составляла 25...30 % масс. Температура рабочей среды во время испытаний поддерживалась в интервале 80.. .85°С.

Проведены следующие испытания: На валу мешалки были закреплены образцы из стали марки СтЗ без покрытия, с титановым покрытием без предварительной цементации, с титановым покрытием с предварительной цементацией, а также другими видами поверхностного упрочнения. С помощью образцов, используемых в качестве лопаток мешалки, рабочая среда перемешивалась в течение 2 часов. После испытаний образцы извлекались из ступиц мешалки, промывались и повторно взвешивались.

3. Результаты проведенных испытаний:

После испытаний образцов на стойкость к коррозионно-механическому износу выяснилось, что наибольшей стойкостью к данному виду износа обладают диффузионные покрытия на базе карбида титана.

Заключение:

При проведении стендовых испытаний образцы, изготовленные из стали марки СтЗ с покрытием на базе карбида титана с предварительной цементацией показали стойкость к коррозионно-механическому износу в 3 раза выше, чем образцы с титановым покрытием без предварительной цементации; в 4,5 раза выше, чем непокрытые образцы; в 6 раз выше, чем азотированные образцы; в 4,5 раза выше, чем образцы, подверженные карбонитрации; в 1,5 раза выше, чем образцы с диффузионным хромированием с карбонитрацией; в 5 раз выше, чем у образцов с плазменным упрочнением^терхйостиГ

Директор по ТОиР

Начальник цеха№ 18 Зам. начальника цеха № 18 по оборудованию

Старший специалист ПДБ УЦЦРТО

Федосеев Е.В.

Макеев В.Б.

Мунич О.Н.

Коваленко Д.М.