Повышение износостойкости сплавов на основе железа и титана с помощью электролитно – плазменного насыщения азотом и углеродом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Комиссарова Мария Романовна

• Комиссарова Мария Романовна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Комиссарова Мария Романовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ТИТАНА И СТАЛИ

1.1 Титан и его свойства

1.1.1 Фазовый состав титановых сплавов

1.1.2 Классификация сплавов титана и их свойства

1.2 Виды поверхностной обработки титановых сплавов

1.2.1 Азотирование

1.2.2 Цементация

1.2.3 Оксидирование

1.2.4 Цианирование

1.3 АЭПН титановых сплавов и сталей

1.3.1 Анодное электролитно-плазменное насыщение углеродом сталей и титановых сплавов

1.3.2 Анодное электролитно-плазменное насыщение азотом сталей и титановых сплавов

1.3.3 Совместное анодное электролитно-плазменное насыщение углеродом и азотом сталей и титановых сплавов

1.4 Выводы по главе 1. Цель и постановка задач исследования

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Выбор составов электролитов и режимов обработки. Схема установки и принципы ее работы

2.2 Методы исследования механических свойств

2.3 Трибологические методы исследования

2.4 Электрохимические испытания

ГЛАВА 3 АНОДНОЕ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЕ НАСЫЩЕНИЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ УГЛЕРОДОМ

3.1 Термическая обработка титанового сплава ВТ6

3.2 Влияние температуры диффузионного насыщения углеродом на поверхностные свойства титанового сплава

3.3 Зависимость свойств поверхности титановых сплавов от компонента-донора углерода в электролите для анодного электролитно-плазменного насыщения

Выводы по 3 главе

ГЛАВА 4 ОДНОВРЕМЕННОЕ АНОДНОЕ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЕ НАСЫЩЕНИЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ УГЛЕРОДОМ И АЗОТОМ

4.1 Влияние температуры насыщения на поверхностные свойства легированного титанового сплава

4.2 Влияние пути трения на трибологические свойства пары трения титановый сплав ВТ6 и сплав ШХ15

4.3 Влияние температуры насыщения на поверхностные свойства технически чистого титана

Выводы по 4 главе

ГЛАВА 5 АНОДНАЯ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ 20 В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ГЛИЦЕРИН И НИТРАТА АММОНИЯ

5.1 Влияние температуры насыщения на поверхностные свойства низкоуглеродистой стали

5.2 Влияние времени обработки на поверхностные свойства низкоуглеродистой стали

Выводы по 5 главе

ГЛАВА 6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ПОВЫШЕНИИ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЗЬБОВОЙ ПАРЫ «БОЛТ-ГАЙКА»

6.1 Режимы насыщения и составы электролитов

6.2 Влияние условий анодного нагрева на износостойкость резьбовой пары «болт-гайка»

6.3 Технологический процесс повышения износостойкости болтов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А (обязательное) Документы, подтверждающие результаты внедрения результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение износостойкости сплавов на основе железа и титана с помощью электролитно – плазменного насыщения азотом и углеродом»

ВВЕДЕНИЕ

Одной из задач, решаемых для повышения эксплуатационных характеристик ключевых деталей механизмов и машин, является снижение износа при их работе. Повысить износостойкость титана и стали можно двумя способами. Первый из них состоит в дополнительном легировании другими металлами, что повышает требования к технологическому процессу и приводит к удорожанию самого сплава и его обработки. Вторым путем является химико-термическая обработка (ХТО), направленная на изменение свойств поверхностного слоя. В отдельную группу методов обработки поверхности можно выделить электролитно-плазменные методы, в частности, анодное электролитно-плазменное насыщение элементами, образующими растворы внедрения.

Анодная химико-термическая обработка имеет ряд преимуществ. К ним относятся высокая скорость нагрева, простота и дешевизна используемого для обработки оборудования и реактивов, отсутствие сложной предварительной подготовки поверхности перед обработкой, стабильность процесса нагрева. В настоящее время в литературе отсутствуют систематические исследования, посвященные улучшению свойств титановых сплавов электролитно-плазменными процессами. Имеются положительные результаты повышения твердости и износостойкости некоторых сплавов, полученные при катодных процессах цементации и нитроцементации. Возможность анодной обработки титановых сплавов известна, но ограничивается частными случаями без анализа взаимосвязи режимов обработки с получаемыми структурами и их свойствами. Поэтому изучение влияния режимов анодной электролитно-плазменной обработки (АЭПО) на структуру и свойства поверхностного слоя титановых сплавов разных марок является актуальным.

Цель работы. Повышение износостойкости титановых сплавов и стали 20 с помощью анодного электролитно-плазменного насыщения азотом и углеродом путем оптимизации режимов обработки.

Решаемые задачи

1. Определить зависимости формирования фаз и структуры поверхностного слоя титановых сплавов при их насыщении углеродом и азотом от режимов и состава электролита для АЭПО.

2. Установить роль поверхностных слоев, полученных в ходе анодного электролитно-плазменного насыщению азотом и углеродом, в повышении износостойкости стали и титановых сплавов при различных условиях скольжения.

3. Определить влияние режимов насыщения и составов электролитов на коррозионную стойкость титановых сплавов в растворе Рингена, а стальных - в условиях атмосферной коррозии.

4. Разработать технологические рекомендации по повышению износостойкости пары трения титановый сплав - сталь, а также стальной пары «болт-гайка».

Научная новизна

1. Выявлены физико-химические особенности формирования структуры и фазового состава поверхностного слоя в зависимости от марок титановых сплавов и сталей при АЭПО в электролитах с компонентами, содержащих углерод и азот.

2. Методами рентгеноструктурного анализа показано преимущественное формирование оксида титана ТЮ2 - рутила - на поверхности образцов в ходе их АЭПО. Установлена взаимосвязь между составом электролита и толщиной оксидного слоя.

3. Выявлено целесообразность формирования оксидного слоя на поверхности образцов титановых сплавов и сталей, исследовано влияние технических режимов обработки на его структуру и фазовый состав.

4. Показано снижение износа образцов из титановых сплавов после АЭПО в растворах с добавлением углерод- и азотсодержащих компонентов на порядок по сравнению с необработанными. На основе методов молекулярной теории трения показано, что характер изнашивания рассмотренных титановых сплавов изменяется с микрорезания с адгезионным изнашиванием до обработки

на пластическое оттеснение после АЭПО. Установлено, что взаимодействие поверхностей в месте трибологического контакта изменяется с молекулярного на механическое.

5. Выявлено изменение плотности тока коррозии в зависимости от температуры насыщения титановых сплавов. Установлена корреляция плотности тока коррозии и шероховатости поверхности образцов после АЭПО.

6. Установлена положительная роль оксидного слоя, формирующегося на поверхности стали 20 при анодной нитроцементации образцов, которая заключается в повышении износостойкости и сопротивления коррозии.

Практическая значимость работы

1. Предложены составы электролитов и режимы насыщения титановых сплавов ВТ1 -0 и ВТ6 азотом и углеродом, обеспечивающие повышение микротвердости поверхности образов до 900 HV, износостойкость более чем в 3 раз и уменьшение шероховатости более чем 1,5 раза.

2. Предложен новый состав электролита для АЭПО на основе глицерина и нитрата аммония, проведена оптимизация режимов обработки, позволяющих повысить срок эксплуатации деталей путем снижения массового износа деталей.

3. Разработан технологический процесс нитроцементации в новом электролите пары трения «болт-гайка» с повышением срока службы резьбы в условиях сухого трения в 6 раз при изготовлении каркаса для автомобильных шторок.

Защищаемые положения

1. Закономерности влияния составов электролитов и рабочего напряжения на температуру обработки образцов титановых сплавов, структурные характеристики и фазовый состав.

2. Физико-химические особенности насыщения титановых сплавов азотом и углеродом в условиях анодного электролитно-плазменного процесса.

3. Технологические рекомендации для разработки процесса скоростного упрочнения изделий из титановых сплавов и сталей.

ГЛАВА 1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ОБРАБОТКИ ТИТАНА И СТАЛИ

1.1 Титан и его свойства

Титан распространен в природе, он занимает седьмое место после таких металлов, как алюминий, железо и магний, что открывает большие возможности для внедрения титана в промышленности [1, 2].Титан и его сплавы являются одним из важнейшим материалом благодаря комплексу свойств: высокая удельная прочность, высокой пластичностью, стойкость к различным агрессивным коррозионным средам из-за образующейся на поверхности сплавов пассивирующей оксидной нанопленки. Титановые сплавы способны сохранять все эти свойства при эксплуатации при температурах до 600 °С.

Титан имеет две полиморфные модификации: низкотемпературную а-фазу и высокотемпературную Р-модификацию. Температура полиморфного а-^Р превращения составляет 882 °С [2, 3]. Чтобы зафиксировать Р-фазу при комнатной температуре необходимо присутствие в титановых сплавах Р-стабилизаторов, таких как молибден, ванадий, хром и другие, от их концентрации зависит количество данной фазы в сплаве.

1.1.1 Фазовый состав титановых сплавов

В литературе [4 - 7] у титана и его сплавов описано сравнительно небольшое число различных фаз. Основная фаза у всех сплавов титана - это низкотемпературная а-фаза. Она имеет гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а = 2,9511 А, с = 4,6843 А. На величину параметра решетки а-фазы практически не влияет основной легирующий а-стабилизатор -алюминий, так как его атомный радиус близок к титану. Сильно увеличить параметр решетки способны элементы внедрения (кислород, азот и углерод). Все

перечисленные элементы относятся к первой группе лигатур, которые повышают температуру полиморфного превращения.

Высокотемпературная модификация титана Р-фаза имеет кубическую объёмно-центрированную решетку с периодом а = 3,3065 А, измеренным при 900 °С. Температура полиморфного а-^Р превращения составляет 882,5 °С. Чтобы зафиксировать данную фазу при комнатной температуре требуется достаточно большое количество Р-стабилизаторов (молибден, ванадий, тантал, ниобий). Период кристаллической решетки Р-фазы способен широко изменяться в пределах от 3,216 до 3,286 А.

Все Р-стабилизаторы относятся ко второй группе легирующих элементов. Они понижают температуру полиморфного превращения. В литературе принято следующее деление этихэлементов:

1) Эвтектоидообразующие Р-стабилизаторы. К данной подгруппе относятся такие металлы как хром, кобальт, кремний, железо, марганец, никель и другие. При низких температурах в сплавах с данными легирующими элементами происходит эвтектоидный распад Р^а+у, где у-фаза - это интерметаллидная фаза титана и легирующего элемента. Если Р-стабилизатор в сплаве представлен переходными элементами, то Р-фаза будет устойчива и будет сохраняться даже при температуре ниже эвтектоидной. Если же в сплаве Р-стабилизатор представлен непереходными элементами, то Р-фаза не фиксируется даже с помощью закалки от температуры выше эвтектоидной.

2) Изоморфные Р-стабилизаторы. К ним можно отнести такие легирующие компоненты, как ванадий, молибден, ниобий, тантал. Если в сплаве достаточно высока концентрация данных элементов, то Р-фаза фиксируется при комнатной температуре, не претерпевая никаких распадов.

3) Квазиизоморфные Р-стабилизаторы. В эту подгруппу входят такие элементы, как рутений, осмий, рений, родий. Данные вещества в сплавах так же позволяют зафиксировать Р-фазу при комнатной температуре, но они образуют ограниченный твердый раствор с Р-титаном.

Кроме а и Р-стабилизаторов существует третья группа легирующих элементов, которые не влияют на температуру полиморфного превращения титана. К ним относят олово, цирконий, гафний, германий, торий.

Все легирующие вещества в сплавах титана можно разделить на элементы внедрения и замещения. С учетом этого была представлена авторами [4 - 7] классификация всех легирующих компонентов (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Классификация легирующих элементов и примесей в титане (С.Г. Глазунов,

Б.А. Колачев) [4 - 6]

При закалке и отпуске титановых сплавов могут образовываться метастабильные мартенситные фазы а', а'' и ю, которые возникают в результате распада Р-фазы [4 - 7].

а'-фаза представляет собой пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в а-титане. Кристаллическая решетка этого мартенсита точно такая же, что и у а-фазы, поэтому ее невозможно определить с помощью рентгеноструктурного анализа. Данной фазе присуще размытие

интерференционных максимумов, но это возникает и при наклепе или поверхностном газонасыщении a-фазы. При образовании данной фазы наблюдается значительное повышение микротвердости.

a''-фаза имеет орторомбическую кристаллическую решетку с параметрами решетки, лежащими в пределах a = 2,956^3,026 Á, b = 4,970^5,110 Á, с = 4,65^4,67 Á. При образовании этой фазы на рентгенограммах наблюдается расщепление некоторых интерференционных линий, которое тем выше, чем больше легирующих элементов в сплаве. Она представляет собой еще более пересыщенный твердый раствор легирующих элементов по сравнению с a'-фазой. Данная фаза сопровождается понижением микротвердости сплава.

ю-фаза имеет искаженную гексоганальную кристаллическую решетку с параметрами а = 4,607 Á, с = 2,821 Á. На рентгенограммах линии данной фазы, у которых сумма квадратов индексов кристаллической решетки кратны трем, совпадают с линиями Р-фазы. Для того, чтобы образовалась данная фаза должны выполняться необходимые условия: 1) электронная концентрация сплава должны быть близка к 4,17 е/а; 2) параметры решетки Р-фазы, из которой выделается ю-фаза, должны быть в пределах а = 3,255^3,260 Á.

1.1.2 Классификация сплавов титана и их свойства

Рассмотрим основные маркировки титановых сплавов, принятых в отечественной литературе. Современная российская промышленность имеет обширную номенклатуру титановых сплавов различного типа и назначения.

Буквенные обозначения марок ВТ означают «ВИАМ титан», где был он разработан, далее добавляют номер сплава.

Марка ОТ расшифровывается, как «Опытный титан». Данные сплавы разработаны совместно ВИАМом и заводом ВСМПО (г. Верхняя Салда, Свердловской области).

Марка ПТ означает «Прометей титан». Разработчиком является ЦНИИ КМ («Прометей», г. Санкт-Петербург.)

При изменении сплава к маркировке добавляют буквы:

«У» - улучшенный;

«М» - модифицированный;

«И» - специального назначения;

«Л» - означает литейный сплав;

«В» - сплав, где марганец заменен эквивалентным количеством ванадия [8].

Титановые сплавы можно классифицировать по разным признакам. Самая распространённая классификация основана на структуре, которая образуется при отжиге на заводе, где производят сплав. Она включает:

1. а-сплавы (структура представлена только а-фазой).

2. Псевдо-а-сплавы (структура представлена а-фазой и небольшим количеством Р-фазы (не более 5%) или интерметаллидов).

3. (а+Р)-сплавы (структура представлена а- и Р-фазами). Сплавы этого типа также могут содержать интерметаллиды).

4. Псевдо-Р-сплавы (структура в отожженном состоянии, представлена а-фазой и большим количеством Р-фазы). В этих сплавах закалкой или нормализацией из Р-области можно легко получить однофазную Р-структуру.

5. Р-сплавы (структура представлена стабильной Р-фазой) [4].

Иногда выделяют сплавы переходного класса, они занимают промежуточное положение между (а+Р)-сплавами и псевдо-Р-сплавами. В данных сплавах в зависимости от химического состава после закалки формируется структура состоящая из Р-фазы и мартенситов [5; 9].

Титановые а-сплавы легируются такими химическими элементами, как алюминием, оловом и цирконием, которые являются а-стабилизаторами (алюминий) или нейтральными стабилизаторами (олово, цирконий) [5, 7, 9].

Главным качеством а-сплавов титана является их хорошая свариваемость. Они сохраняют однофазный состав даже при значительном содержании алюминия. Это позволяет не возникнуть охрупчиванию шва и околошовной зоны.

К недостаткам а-сплавов и технически чистого титана, можно отнести их невысокую прочность. Сплавы этого класса термически не упрочняются, так как

нет возможности образоваться мартенситных фаз. Увеличение содержания алюминия более 6% (по массе) пластичность сплавов уменьшается, но при этом повышаются рабочие температуры титановых а-сплавов. Однако возникает опасность их охрупчивания в результате выделения а2-фазы, которая является интерметаллидной. Сплавы данного класса склонны к водородной хрупкости.

В тоже время добавление в сплав 5 % алюминия (например, ВТ5) позволяет повысить прочностные свойства материала по сравнению с технически чистым титаном [5, 7]. Сплав ВТ5 применяют при изготовлении деталей, работающих при температурах до 400 °С.

Модифицированный сплав ВТ5-1 (система Т^А1^п) является более технологичным по сравнению с ВТ5. Применение данного сплава позволило расширить температурный диапазон (от криогенных до 450°С), в котором могут работать детали.

Англичане разработали сплав ^+2°%Си, который является а-сплавом дисперсионно твердеющим. После отжига и закалки он малопрочен и пластичен и имеет такую же технологичность, как и технически чистый титан. Данный сплав возможно упрочнить на 30 - 50 % за счет дисперсионного отвердевания, повышая предел прочности aB до 750 - 800 Мпа. Достоинством сплава ^+2°%Си является пластичность сварного шва, которая практически не отличается от значений от основного сплава.

В состав псевдо-а-сплавов кроме алюминия добавляют Р-стабилизаторы, которые повышают на 10 - 20% прочность и жаропрочность, сохранения достаточные технологичность и свариваемость. Повышение прочности в псевдо-а-сплавах объясняется измельчением зерна при переходе от а- к (а+Р)-структуре. Сплавы из классов а-сплавов и псевдо-а-сплавов применяют в отожженном состоянии.

Достоинством псевдо-а-сплавов является термическая стабильность и хорошая свариваемость, а к их существенным недостаткам относятся высокая склонность к водородной хрупкости.

Данный класс представляют сплавы системы Т - А1 - Мп (ОТ4-0; ОТ4-1; ОТ4; ВТ4; ОТ4-2). Как было сказано ранее, они обладают высокой технологической пластичностью и свариваемостью, сравнительно невысокой прочностью и жаропрочностью, а так же большой склонность к водородной хрупкости. Их прочность можно увеличить при повышении содержания алюминия и марганца, но при этом ухудшаются пластичность и технологичность. К этому классу принадлежат также сплавы ВТ20, ВТ18.

Сплав ВТ20 был разработан как более прочный и жаропрочный листовой сплав по сравнению с а-сплавом ВТ5-1. Упрочнение сплава ВТ20 обусловлено его легированием Р-стабилизаторами молибденом и ванадием. Большое содержание алюминия в данном сплаве приводит к невысокой технологической пластичности. Сплав предназначен для изделий, которые длительно работают при температурах до 500°С.

Сплав ВТ18 относится к наиболее жаропрочным титановым сплавам. Детали, сделанные из него, способны длительно работать при температурах 550 - 600 °С и кратковременно при температурах до 800 °С. Это стало возможно из-за высокого содержания в сплаве алюминия и циркония. Однако, в отличие от других псевдо-а-сплавов, сплав ВТ18 плохо подвергается сварке.

Наличие в титановых сплавах достаточного количества легирующих Р-стабилизаторов для образования Р-фазы позволяет добиться наиболее благоприятных сочетаний свойств по сравнению с а- и псевдо-а-сплавами. Например, в отожженном состоянии они обладают более высокой технологической пластичностью. После закалки и старения образуются метастабильные фазы, которые приводят к дополнительному упрочнению материала. Так же данные сплавы в сравнении с а- и псевдо-а-сплавами меньше склонны к водородной хрупкости.

Механические свойства отожженных (а+Р)-сплавов зависят от микроструктуры: зернистой или пластинчатой. Сплавы с зернистой структурой применяют для деталей, где требуется высокая циклическая прочность и пластичность. Сплавы с пластинчатой структурой используют для изготовления

изделий с высокой вязкостью разрушения, ударной вязкостью, жаропрочностью, но с низкими значениями пластичности и циклической прочностью.

Примером (а+Р)-сплавов является ВТ6 (6% А1 и 4% V), ВТ14(5% А1, 1% V, 3% Мо) и ВТ16 (2,5% А1, 5% ^5% Мо). Их применяют в отожженном и термически упрочненном состоянии.

К этой же группе принадлежат ВТ22 (5% А1, 5% V, 5% Мо, 1% Fe, 1% Сг), который предназначен для изготовления высоконагруженных деталей, работающих длительное время при температурах 300 - 400 °С, и новый сплав ВТ23 (4,5% А1, 4,5% V, 2% Мо,1% Сг, 0,6% Fe), из которого изготавливают кавитационно стойкие изделия. Но иногда данные сплавы относят к сплавам переходного типа [5, 7].

Представителем данной группы является сплав ВТ8, который легирован, как а-стабилизатором алюминием, так и Р-стабилизаторами молибденом и кремнием. После отжига сплава его фазовый состав представляет собой а-фазу, Р-фазу (ее доля достигает 10 %), а так же небольшое количество силицидов. Сплав ВТ8 обладает высокой термической стабильностью, удовлетворительной пластичностью, но плохой свариваемостью. Детали из него применяют в отожженном и термически упрочненном состоянии при температурах до 450 - 500 °С.

Титановый сплав ВТ9 по элементному составу похож на ВТ8, за исключением добавления в лигатуру циркония (1,6 %). Цирконий является нейтральным стабилизатором и не меняет температуры фазового превращения, но приводит к повышению прочности без снижения пластичности и высокой термической стабильности [5, 7]. Так же наличие циркония в сплаве ВТ9 делает его более жаропрочным, чем другие титановые (а+Р)-сплавы и может работать до 500 - 550 °С.

Псевдо-Р-сплавы представляют собой высоколегированные титановые славы, в состав которых входит от 20 % и более легирующих компонентов, большинство которых относятся к Р-стабилизаторам. После закалки фазовый состав данных сплавов представляет собой только Р-фазу, которая является

термически нестабильной, что приводит при старении к ее распаду с выделением дисперсной а-фазы.

К основным преимуществам псевдо-Р-сплавов можно отнести:

1. Высокую пластичность в закаленном состоянии, которая обусловлена более высокой пластичностью Р-фазы по сравнению с а-фазой.

2. Повышение прочности в 1,5 - 1,7 раза за распада пересыщенной Р-фазы при старении после термического упрочнения.

3. В отличии от а-сплавов и псевдо-а-сплавов данные сплавы менее склонны к водородной хрупкости.

К недостаткам псевдо-Р-сплавов относятся:

1. Низкая жаропрочность. Рабочая температура при длительной работе деталей ниже 350 °С

2. Плохая свариваемость.

3. Высокая степень легирования приводит к большому разбросу

-5

механических свойств и повышает плотность материала (5 - 5,1 г/см ).

4. Высокая чувствительность процесса старения к содержанию примесей внедрения.

Псевдо-Р-титановые сплавы как правило разделяют на две группы по легирующим компонентам:

1) легированные алюминием, Р-стабилизаторами и нейтральными стабилизаторами;

2) легированные Р-стабилизаторами и нейтральными стабилизаторами.

К первой группе можно отнести марку титанового сплава ВТ15, который содержит 3 - 4% A1; 7 - 8% Мо и 10 - 11,5%Сг [5]. После закалки он отличается невысокой прочностью и большой пластичностью (ов= 880 - 1000 МПа; 5 = 12 - 20 %). После закалки сплав следует термически упрочнить старением. При этом из пересыщенного Р-раствора выделяется а'-фаза, которая и обеспечивает упрочнение сплава. При сочетании двух термических обработок временное сопротивление разрыву составляет 1300 - 1500 МПа при удлинении около 6%.

Свариваемость этих сплавов затрудняет рост зерна в Р-области, поэтому псевдо-Р-сплавы первой группы применяют ограниченно.

Ко второй группе псевдо-Р-сплавов относится сплав ВТ30 (11 % Мо, 5,5 % 7г, 4,5 % Sn). Он поддается холодной обработке давлением и обладает высокой технологической пластичностью после закалки. Как и в случае с маркой ВТ15 при термической обработке у сплава ВТ30 повышаются прочностные свойств: временное сопротивление разрыву составляет 650- 750 МПа после закалки, а после дополнительного старения повышается до 1400 - 1600 МПа.

Структура титановых Р-сплавов представляет собой термодинамически устойчивую Р-фазу. Такого можно добиться, только при условии, что титан легирован элементами, которые имеют ОЦК решетку при комнатной температуре и образуют с Р-титаном непрерывный ряд твердых растворов, а их концентрация по массе должна быть не менее 30 %. При этом титановые сплавы данного класса теряют свое главное преимущество - сравнительно малую плотность. Поэтому титановые сплавы со стабильной Р-фазой не получили широкого промышленного применения.

Одним из немногих представителей Р-сплавов является ^+33%Мо, который производится в нашей стране в полупромышленном масштабе. Он отличается высокой коррозионной стойкостью и в ряде областей способен заменить более дорогостоящие металлы, такие как тантал, коррозионностойкие никелевые сплавы, а так же золото и платину. Так же данный сплав отличается высокой технологической пластичностью и хорошей свариваемостью [7; 10].

1.2 Виды поверхностной обработки титановых сплавов

Титан и его сплавы используются практически во всех сферах жизни человека (военная сфера, медицина, изготовление предметов бытового обихода, атомная энергетика, судостроение и др.) [4, 11 - 14]. И не смотря на все свои положительные свойства у данного материала, есть один существенный недостаток - низкая износостойкость. Титан при трении склонен к налипанию и

образованию задиров, что приводит к быстрому выходу из строя узла трения. Применение смазок существенно не меняет трибологическую картину, так как их молекулы не удерживаются на поверхности титана. Повышение износостойкости титановых сплавов способно снять ограничения его применения для изготовления деталей, работающих на трение [15 - 17].

Один из способов повысить трибологические свойства титановых сплавов -это их химико-термическая обработка. В промышленности, как правило, используют азотирование, оксидирование и цементацию титана.

1.2.1 Азотирование

Азотирование титановых сплавов чаще всего проводят в техническом азоте, очищенном от кислорода и влаги. В этом случае на толщину диффузионного слоя влияет только степень очистки среды от кислорода. Глубина проникновения диффундирующего элемента практически не зависит от расхода азота.

Другим фактором является температура насыщения. При 850°С толщина азотированного слоя при выдержке 24 ч достигает нескольких сотых миллиметра с микротвердостью не более 800 НУ. При повышении температуры обработки на 50°С и более градусов диффузия азота заметно ускоряется. Уже при температуре 950°С и выдержке 8 ч микротвердость достигает более 1000 НУ. Но повышение температуры обработки приводит к росту зерна, что сильно влияет на механические свойства титана, поэтому азотирование рекомендуют проводить при температурах не выше 950 °С [15, 18].

Азотированный слой можно разделить на две зоны (рисунок 1.2). Первая зона представляет собой нитрид титана ТК, который образуется на поверхности деталей. Это тонкая нетравящаяся «корочка» толщиной от 4 до 20 мкм и микротвердостью до 1600 НУ. Существует гипотеза о том, что данный слой препятствует дальнейшей диффузии азота в титан [15]. Далее идет основная и более широкая (до 130 мкм) светлая вторая зона, которая представляет собой твердый раствор азота в а-титане. Иногда между этими зонами образуется

промежуточная, которая представляет собой смесь обеднённого нитрида титана (Т13Мили Т14К) и а-титана или смесь обеднённого нитрида титана и нитрида титана.

Образовавшийся диффузионный слой повышает износостойкость титанового сплава в более чем 100 раз. Износостойкость образца, азотированного при температуре 900°С, повысилась в 195 раз по сравнению с необработанным. Авторы так же проводили трибологические испытания образцов из стали 20, подвергнутых цементации (925°С, 10 часов), и образцов из стали 45 после закалки. Было установлено, что износостойкость стальных образцов оказалась в 5 - 10 раз хуже, чем у азотированных титановых образцов [15].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Комиссарова Мария Романовна, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мальцев, М. В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов [Текст] / М. В. Мальцев. - М.: Металлургия, 1970. - 257 с.

2. Вульф, Б. К. Термическая обработка титановых сплавов [Текст] / Б. К. Вульф. - М.: Металлургия, 1969. - 376.

3. Металлургическая торговая площадка [Текст] - [Электронный ресурс] URL: http://www.1metal.ru/info-tisplav.html (дата обращения: декабрь 2015).

4. Ильин, А. А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник [Текст] / А.А. Ильин, Б.А. Колачёв, И.С Полькин. - М.: ВИЛС -МАТИ, 2009. - 520 с.

5. Борисова, Е. А. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов [Текст] / Е.А. Борисова, Г.А. Бочвар, М.Я. Брун [и др.]; под ред. Н.Ф. Аношкин - М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

6. Белов, С. П. Металловедение титана и его сплавов [Текст] / С.П. Белов, М.Я. Брун, С.Г. Глазунов [и др.]; под ред. С.Г. Глазунова и Б.А. Колачева -М.: Металлургия, 1992. - 352 с.

7. Ляшенко, Б. А. Материалогия покрытий титановых сплавов методами физикохимии и электроискрового легирования: моногр: в 2 частях [Текст] / Б. А. Ляшенко, И. А. Подчерняева, Л. А. Коневцов [и др.]; под редакцией В. М. Давыдова; Министерство науки и высшего образования РФ, Тихоокеанский государственный университет [и др.]. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2019. - 413 с.

8. Торговый дом титан [Текст] - [Электронный ресурс] - URL: http://tdtitan.ru/spravka/18 (дата обращения декабрь 2017).

9. Моисеев, В. Н. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 2 - 3. Цветные металлы и сплавы / под ред. Фридляндера И.Н. - Раздел 2. Титан и титановые сплавы. - М.: Машиностроение, 2001. - 272 - 353 с.

10. stroitelstvo-new.ru [Текст] - [Электронный ресурс] - URL: http://www.stroitelstvo-new.ru/sudostroenie/titan.shtml (Дата обращения декабрь 2017)

11. Чечулин, Б. Б. Титановые сплавы в машиностроении [Текст] / Б. Б. Чечулин, С. С. Ушков, И. Н. Разуваева, В. Н. Гольдфайн. Л.: Машиностроение, (Ленингр. отд-ние), 1977. - 248 с.

12. Паршин, А. М. О применении титановых сплавов для корпусов водо-водяных реакторов [Текст] / А. М. Паршин, О.Э. Муратов, О.А. Кожевников // Вопросы атомной науки и техники. - 2005. - № З.Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86). - С. 179-181.

13. Родионов, И. В. Применение технологии анодного оксидирования при создании биосовместимых покрытий на дентальных имплантатах [Текст] / И. В. Родионов, Ю. В. Серянов // Вестник СГТУ. 2006. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-tehnologii-anodnogo-oksidirovaniya-pri-sozdanii-biosovmestimyh-pokrytiy-na-dentalnyh-implantatah (дата обращения: ноябрь 2020).

14. Забелин, С. Ф. Совершенствование технологий получения металлических имплантатов биомедицинского назначения [Текст] / С. Ф. Забелин, А. А. Дорожков // Учёные записки ЗабГУ. Серия: Физика, математика, техника, технология . 2011. №3. С.85-92.

15. Минкевич, А. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов [Текст] / А. Н. Минкевич - 2-ое изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1965. -494 с.

16. Макквиллэн, А. Д. Титан [Текст] / А. Д. Макквиллэн, М. К. Макквиллэн - М.: издат. Металлург, 1958. - 458 с.

17. Еременко, В. Н. Титан и его сплавы [Текст] / В.Н. Еременко - изд. АН УССР, 1955. - 499 с.

18. Сидорин, И. И. Упрочнение поверхности деталей из сплавов на основе титана методом азотирования [Текст] / И. И. Сидорин, Е. В. Рыскина,

С. В. Пащенко и [др.] // Научные доклады высшей школы. Сер «Машиностроение и приборостроение». - 1959. - №2.

19. Grist A., Moorhead P. E., Frost P. D., Jackson J. H. [Текст] // Tr. Am. Soc. of Metals. - 1954. - v. 46. - p. 95.

20. Жевтун, И. Г. Антифрикционные свойства карбидосодержащего слоя на титановом сплаве ВТ1-0 [Текст] / И. Г. Жевтун, П. С. Гордиенко, Д. В. Машталяр, А. В. Пузь, А. А. Юдаков // Электронная обработка материалов. - 2015. - № 51(1). - С. 114-117.

21. Минкевич, А. Н. Поверхностное упрочнение титана обработкой в расплавленной буре [Текст] / А. Н. Минкевич, Ю. Н. Шульга // Металловедение и обработка металлов. - 1957. - № 2. - С. 53-61.

22. Гнеденков, С. В. композиционные многофункциональные покрытия на металлах и сплавах, формируемые плазменным электролитическим оксидированием [Текст] / С.В Гнеденков, С.Л. Синебрюхов, В.И. Сергиенко. -Владивосток: Дальнаука. - 2013. - 460 с.

23. Стрекалина Д. М. Модельные представления о формировании методом МДО износостойких декоративных покрытий на сплаве ВТ6 [Текст]: автореф. дисс. канд. хим. Наук (05.17.03) / Дарья Михайловна Стрекалина; НИТУ «МИСиС». - М., 2016. - 22 с.

24. Кусманов, С. А. Теоретические основы электролитно-плазменного нагрева и его применение для диффузионного насыщения металлов и сплавов: моногр. [Текст] / С. А. Кусманов, И. Г. Дьяков, П. Н. Белкин. - Кострома: Изд-во Костром. гос. ун-та, 2017. - 420 с.

25. Белкин, П. Н. Электрохимико-термическая модификация материалов на основе железа и титана [Текст] / П. Н Белкин // Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова. - 2009. - С. 10-19.

26. Белкин, П. Н. Анодная электрохимико-термическая модификация металлов и сплавов [Текст] / П. Н Белкин // Электронная обработка материалов. -2010 - № 6 - С. 29-41.

27. Белкин, П. Н Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов [Текст] / П. Н. Белкин. - М.: Мир, 2005. - 336 с.

28. Белихов, А. Б. Особенности анодной цементации железографитов [Текст] / А. Б. Белихов, П. Н. Белкин // Электронная обработка материалов. -1998. - №5-6. - С. 23-31.

29. Дураджи, В. Н. О распределении углерода в стали, прошедшей химико-термическую обработку в электролитной плазме [Текст] / В. Н. Дураджи, А. М. Мокрова, Т. С. Лаврова // Электронная обработка материалов. - 1984. -№ 5. - С. 60-62.

30. Белкин, П. Н. Анодная электрохимико-термическая модификация металлов и сплавов на основе железа и титана [Текст] / П. Н. Белкин // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2009. - Т. 52: вып. 2. - С. 65-69.

31. Кусманов, С. А. Влияние оксидного слоя на характеристики анодной цементации малоуглеродистых сталей [Текст] / С. А. Кусманов, А. В. Жиров, И. Г. Дьяков, П. Н. Белкин // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2011. - № 4.

- С. 15-21.

32. Кусманов, С. А. Влияние углеродсодержащих компонентов электролита на характеристики электрохимико-термической цементации [Текст] / С. А. Кусманов, П. Н. Белкин, И. Г. Дьяков // Вопросы материаловедения. - 2009.

- № 4. - С. 7-14.

33. Лахтин, Ю. М. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений [Текст] / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.

34. Кусманов, С. А. Зависимость характеристик анодной электрохимико-термической цементации стальных цилиндрических образцов от состава электролита [Текст] / С. А. Кусманов, И. Г. Дьяков, П. Н. Белкин // Электрохимические и электролитно-плазменные методы модификации металлических поверхностей: материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Кострома: КГУ им. Н. А. Некрасова. - 2010. - С. 222-228.

35. Dyakov I., Koryakina S. Anode plasma electrolytic carburizing of low carbon steel [Текст] // 5th International Conference on Eectrochemical and Plasma Electrolytic Modifi cation of Metal Surface, Kostroma, Russia, May 16-20: abstracts / comp. S. A. Kusmanov, P. N. Belkin. Kostroma: Nekrasov Kostroma State University.

- 2016. - P. 78.

36. Кусманов, С. А. Повышение коррозионной стойкости малоуглеродистых сталей электролитно-плазменным насыщением азотом и углеродом [Текст] / С. А. Кусманов, Е. П. Гришина, П. Н. Белкин, Ю. В. Кусманова, Н. О. Кудрякова // Металловедение и термическая обработка. - 2017.

- Т. 740, № 2. - С. 52-59.

37. Aliofkhazraee, M. Pulsed nanocrystalline plasma electrolytic carburising for corrosion protection of a y-TiAl alloy. Part 1. Effect of frequency and duty cycle [Текст] / M. Aliofkhazraee, A. Sabour Rouhaghdam, T. Shahrabi // Journal of Alloys and Compounds. - 2008. - Vol. 460, is. 1/2. - P. 614-618.

38. Aliofkhazraee, M. Pulsed nanocrystalline plasma electrolytic carburising for corrosion protection of a y-TiAl alloy. Part 2. Constant frequency and duty cycle [Текст] / M. Aliofkhazraee, A. Sabour Rouhaghdam // Journal of Alloys and Compounds. - 2008. - Vol. 462, is. 2/2. - P. 421-427.

39. Alioifkhazraei, M. Neural network prediction of different frequencies effects on corrosion resistance obtained from pulsed nanocrystalline plasma electrolytic carburizing [Текст] / M. Alioifkhazraei, A. S. Rouhaghdam // Material Letters. - 2008.

- Vol. 62. - P. 2192-2195.

40. Кусманов, С. А. Электролитно-плазменное модифицирование поверхности титанового сплава ВТ1-0 [Текст] / С.А. Кусманов, И.Г. Дьяков, П.Н. Белкин, Л. А. Грачева, В. С. Белкин // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2015. - № 1. - С. 106-112.

41. Парфенюк, В. И. Повышение коррозионной стойкости титановых сплавов после анодной электролитно-плазменной цементации [Текст] / В. И. Парфенюк, И. Г. Дьяков, М. Р. Комиссарова, С. А. Кусманов // Современные электрохимические технологии и оборудование: материалы докладов

Международней научно-технической конференции. - Беларусь, Минск: БГЕУ, 2016. - С. 93 - 96.

42. А. с. 461161 СССР, МКИ С23с 9/10. Способ химико-термической обработки металлов [Текст] / Лазаренко Б. Р., Дураджи В. Н., Факторович А. А., Брянцев И. В.; заявитель и патентообладатель Институт прикладной физики АН Молдавской ССР. № 1680682/22-1; заявл. 13.07.1971; опубл. 25.02.75, Бюл. 7. -С. 2.

43. А. с. 618447 СССР, МКИ С23с 9/16. Электролит для цианирования стальных деталей [Текст] / Дураджи В. Н., Брянцев И. В., Товарков А. К.; заявитель и патентообладатель Институт прикладной физики АН Молдавской ССР. № 2451535; заявл. 10.02.77; опубл. 28.06.78, Бюл. 29. - С. 2.

44. А. с. 621799 СССР, МКИ С23с 9/12. Электролит для азотирования стальных деталей при анодном процессе [Текст] / А. А. Факторович, П. Н. Белкин, Е. А. Пасинковский; заявитель и патенто-обладатель Институт прикладной физики АН Молдавской ССР. № 240044/22-02; заявл. 09.03.77; опубл. 27.03.78, Бюл. 32. - С. 2.

45. Пасинковский, Е. А. Азотирование нержавеющей стали в электролитной плазме [Текст] / Е. А. Пасинковский, И. М. Гольдман, Р. П. Сорокина // Электронная обработка материалов. - 1976. - №2. - С. 86-87.

46. Kusmanov, S. A. Anode plasma electrolytic nitrohardening of medium carbon steel [Текст] / S. A. Kusmanov, A. A. Smirnov, Yu. V. Kusmanova P. N. Belkin // Surface and Coating Technology. - 2015. - Vol. 269. - P. 308-313.

47. Лазаренко, Б. Р. Применение электролитной плазмы для интенсификации процесса азотирования [Текст] / Б. Р. Лазаренко, П. Н. Белкин, Е. А. Пасинковский, А. А. Факторович // Электронная обработка материалов. -1977. - № 6. - С. 19-22.

48. Belkin, P. Anodic Plasma Electrolyte Saturation of Steels by Carbon and Nitrogen [Текст] / P. Belkin, A. Naumov, S. Shadrin, I. Dyakov, A. Zhirov, S. Kusmanov, T. Mukhacheva // Advanced Materials Research. - 2013. - Vol. - 704. -P. 37.

49. Кусманов, С. А. Особенности нитрозакалки среднеуглеродистой стали при анодной электролитно-плазменной обработке [Текст] / С. А. Кусманов,

A. А. Смирнов, П. Н. Белкин // Физикохимия поверхности и защита металлов. -2016. - Т. 52, № 1. - С. 133-139.

50. Смирнов, А. А. Анодная электролитно-плазменная нитрозакалка стали 45 в нитратно-хлоридном электролите [Текст] / А. А. Смирнов, В. Н. Барашков, П. В. Тарасов, С. А. Кусманов // Быстро-закаленные материалы и покрытия: труды XIII Междунар. науч.-техн. конф. 25-26 нояб. 2014. М.: ПР0БЕЛ-2000, 2014. - С.294-296.

51. Смирнов, А. А. Повышение коррозионной стойкости и износостойкости стали 45 с помощью анодного электролитно-плазменного азотирования [Текст] / А. А. Смирнов, С. А. Силкин, П. Н. Белкин, И. Г. Дьяков,

B. С. Севостьянова, С. А. Кусманов // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2017. - Т. 60, № 1. - С. 81-86.

52. Белкин, П. Н. Применение спектрометрии ЯОР протонов для исследования анодной химико-термической обработки титана [Текст] / П. Н. Белкин, А. М. Борисов, В. Г. Востриков, И. Г. Дьяков, Е. А. Романовский, М. В. Серков // Физика и химия обработки материалов. - 2006. - № 1. - С. 59.

53. Kusmanov, S. A. Plasma electrolytic nitriding alfa- and betta-titanium alloy in ammonia-based electrolyte [Текст] / S. A. Kusmanov, A. A. Smirnov, S. A. Silkin, V. I. Parfenyuk, P. N. Belkin // Surface and Coating Technologies. - Vol. 307. -P. 1291-1296.

54. Белкин, В. С. Азотирование технического титана при анодной электролитно-плазменной обработке [Текст] / В. С. Белкин, С. А. Кусманов // Быстро- закаленные материалы и покрытия: труды XIII Междунар. науч.-техн. конф. 25-26 нояб. 2014. М.: ПР0БЕЛ-2000, 2014. - С. 273-276.

55. Блащук, В. Е. Повышение коррозионной стойкости низколегированных титановых сплавов азотирвоанием в электролите [Текст] / В. Е. Блащук, И. Б. Лавровская, Л. М. Оноприенко, П. Н. Белкин,

Е. А. Пасинковский // Электронная обработка материалов. - 1989. - № 5. -С. 18-20.

56. . Kusmanov, S. A. Features of Anode Plasma Electrolytic Nitrocarburising of Low Carbon Steel [Текст] / S. A. Kusmanov, Yu. V. Kusmanova, A. R. Naumov, P. N. Belkin // Surface and Coatings Technology. - 2015. - Vol. 272. - P. 149-157.

57. Белкин, П. Н. Анодное насыщение сталей азотом и углеродом в водных растворах электролитов, содержащих карбамид [Текст] / П. Н. Белкин, Б. Л. Крит, И. Г. Дьяков, В. Г. Востриков, Т. Л. Мухачева // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2010. - № 1. - С. 32-36.

58. Belkin, P. Anodic Plasma Electrolytic Nitrocarburizing of Low-Carbon Steel [Текст] / P. Belkin, S. Kusmanov, A. Naumov, Yu. Parkaeva // Advanced Material Research. - 2013. - Vol. 704. - P. 31-36.

59. Kusmanov, S. A. Formation of diff usion layers by anode plasma electrolytic nitrocarburising of low carbon steel [Текст] / S. A. Kusmanov, Yu. V. Kusmanova, A. R. Naumov, P. N. Belkin. // Journal Material Engineering Performance. - 2015. - Vol. 24, № 8. - P. 3187-3193.

60. Kusmanov, S. A. Modification of steel surface by plasma electrolytic saturation with nitrogen and carbon [Текст] / S. A. Kusmanov, Yu. V. Kusmanova, A. A. Smirnov, P. N. Belkin.// Materials Chemistry and Physics. - 2016. - Vol. 175. -P. 164-171.

61. Kusmanov, S. A. Surface Modification of Low-Carbon Steels by Plasma Electrolytic Nitrocarburising [Текст] / S. A. Kusmanov, I. G. Dyakov, Yu. V. Kusmanova, P. N. Belkin // Plasma Chemistry and Plasma Processing. - 2016. -Vol. 36, is. 5. - P. 1271-1286.

62. Кусманова, Ю. В. Анодная электролитно-плазменная нитроцементация стали в водном электролите на основе ацетонитрила [Текст] / Ю. В. Кусманова, С. А. Кусманов А. Р. Наумов, П. Н. Белкин // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2015. - Т. 58, № 1. - С. 40.

63. Кусманов, С. А. Анодное электролитно-плазменное насыщение малоуглеродистых сталей азотом и углеродом [Текст] / С. А. Кусманов,

А. Р. Наумов, Ю. В. Паркаева, П. Н. Белкин // Физика и химия обработки материалов. - 2013. - № 6. - С. 47-53.

64. Кусманова, Ю. В. Анодная электролитно-плазменная нитроцементация стали в водном электролите на основе глицерина, нитрата и хлорида аммония [Текст] / Ю. В. Кусманова, С. А. Кусманов, А. Р. Наумов, П. Н. Белкин // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2016. - Т. 52, № 4. - С. 391-398.

65. Кусманов, С. А. Трибологические свойства поверхности стали после анодной электролитно-плазменной нитроцементации [Текст] / С. А. Кусманов, М. Р. Комиссарова, И. Г. Дьяков, Ю. В. Кусманова, П. Н. Белкин // Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии: материалы VII Междун. науч. конф. 21-25 сент. 2015 г. Иваново: Институт химии растворов им. Г. А. Крестова РАН, 2015. - С. 137.

66. Кусманова, Ю. В. Коррозионное поведение стали после анодной электролитно-плазменной нитроцементации [Текст] / Ю. В. Кусманова,

0. Д. Лебедева, К. С. Баданина, Е. С. Тюрина, С. А. Кусманов // Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии: материалы VII Междунар. научн. конф. 21-25 сентября 2015 г. Иваново: Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН, 2015. - С. 141.

67. Tambovskiy, I. V. Anodic plasma electrolytic nitrocarburising of VT22 titanium alloy in carbamide and ammonium chloride electrolyte [Текст] /

1. V. Tambovskiy, S. A. Kusmanov, S. S. Korableva, [et al.]// Surf. Engin. Appl. Electrochem. - №53. - 2017. - Р. 407-412.

68. Tambovskiy, I. V. Increasing wear resistance of Ti6Al4V alloy by anodic saturation with carbon and nitrogen [Текст] /I. V. Tambovskiy, S.A. Kusmanov, S. S. Korableva, M. I. Tambovskaya, M. R. Komissarova, P. N. Belkin // BALTTRIB' 2019 : proceedings of X international scientific conference, Vytautas Magnus University, Agriculture Academy, Kaunas, Lithuania, 14-16 November 2019, 2019. -Р. 42-47

69. Арзамасов, Б. Н. Материаловедение: учебник для высших технических заведений. [Текст] / Б. Н. Арзамасов, И. И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов [и др.]; ред. Б.Н Арзамасов. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

70. Илларионов, А. Г. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие [Текст] / А. Г. Илларионов, А. А. Попов. -Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. - 137 с.

71. Способы металлографического травления: Справ. изд. [Текст]: Пер. с нем. Беккерт М., Клемм Х. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия. 1988. -С. 400 с ил.

72. Миркин, Л. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов [Текст] / Л.И. Миркин; под ред. Я.С. Уманского. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. -С. 862 с ил.

73. Крагельский, И. В. Трение и износ. [Текст] / И. В.Крагельский - М.: Машиностроение, 1968, - 480 с.

74. Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа [сборник] [Текст] / Академия наук СССР ; Научный совет по трению и смазкам ; Под ред. А. Ю. Ишлинского. - М.: Наука, 1971, - 239 с.

75. Крагельский, И. В. Основы расчетов на трение и износ [Текст] / И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Комбалов, - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

76. Дрозд, М. С. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации [Текст] / М. С. Дрозд, М. М. Матлин, Ю. И Сидякин. - М.: Машиностроение, 1986. - 224 с.

77. Агратов И. И. Основы теории упругого дискретного контакта: Учебное пособие [Текст] / И. И. Агратов, Н. Н. Дмитриев. - СПб.: Политехника, 2003 - 233 с.

78. Рыжов Э. В. Основы расчета стыковых поверхностей деталей машин на контактную жесткость [Текст] / Э. В. Рыжов - М.: Машгиз, 1962, - 145 с.

79. Рыжов Э. В. Технические методы повышения износостойкости деталей машин [Текст] / Э. В. Рыжов. - Киев: Наукова думка, 1984, - 272 с.

80. Рыжов Э. В. Контактная жесткость деталей машин [Текст] / Э. В. Рыжов - М.: Машиностроение, 1966, - 195 с.

81. Komissarova, M. R. Effect of regimes of anode plasma electrolytic carburizing on tribological properties of titanium alloy VT20 [Текст] / M. R. Komissarova, I. G. Dyakov, Yu. P. Gladii // Materials Science Forum. - 2016. - Vol. 844. - P. 133-140.

82. Мухачёва, Т. Л. Основы трибологии : учеб. Пособие [Текст] / Т. Л. Муачева, П. Н. Белкин. - Кострома: Костром. гос. ун-т, 2017. - 180 с.

83. Belkin, P. N. Anode plasma electrolyte carburizing of commercial pure titanium [Текст] / P. N. Belkin, S. A. Kusmanov, I. G. Dyakov, M.R. Komissarova, V. I. Parfenyuk // Surface and Coating Technologies. - 2016. - Vol. 307. -P. 1303-1309.

84. Комиссарова, М. Р. Влияние состава электролита на поверхностные свойства титанового сплава ВТ6 при анодной электролитно-плазменной цементации [Текст] /, С. А. Кусманов, П. Н. Белкин, И. Г. Дьяков, В. И. Парфенюк // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2016. - Т. 59, № 11. -С. 100-105.

85. Солонина, О. П. Титановые сплавы. Жаропрочные титановые сплавы. [Текст] / О. П. Солонина, С. Г. Глазунов, М.: «Металлургия», 1976 - 448 с.

86. Молчанова, Е. К. Атлас диаграмм состояния титановых сплавов. [Текст] / Е. К. Молчанова - М.: Машиностроение, 1964. - 389 с.

87. Komissarova, M. Anode plasma electrolyte carbonitriding titanium alloy BT-6 in aqueous solution with the addition of glycerol and ammonium nitrate [Текст] / M. Komissarova, I. Dyakova, Yu. Gladii // 25th Congress of International Federation for Heat Treatment and surface Engineering, Xi'an, China, 11 - 14 September 2018, 2018. P - 360.

88. Гаркунов, Д. Н. Триботехника (конструирование, изготовление и эксплуатация машин): Учебник [Текст] / Д.Н. Гаркунов Д. Н. - 5 - е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МСХА, 2002. - 632 с.

89. Бокштейн, Б. С. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: Справ. Изд. В 3-х т. [Текст] / Б. С. Бокштейн, Ю. Г. Векслер, Б. А. Дроздовский и др. ; Под общ. ред. А. Г. Рахштадта, Л. М. Капустиной, С. Д. Прокошкина, А. В. Супова. Т. 1. Методы испытаний и исследования. - М.: Интермет Инжиниринг, 2004. - 688 с.

90. Хрущов, М. М. Абразивное изнашивание [Текст] / М. М. Хрущов, М. А. Бабичев - М.: Наука, 1970. - 252 с.

91. Жук, Н. П. Курс коррозии и защиты металлов. [Текст] / Н. П. Жук -М.: Изд-во «Металлургия». - 1976. - 473 с.

92. Belkin, P. N. Plasma Electrolytic Saturation of Steels with Nitrogen and Carbon [Текст] / P. N. Belkin, A. Yerokhin, S. A. Kusmanov // Surface and Coatings Technology. - 2016. - Vol. 307. - pp. 1194-1218.

Приложение А (обязательное) Документы, подтверждающие результаты внедрения результатов диссертационной работы

В настоящем акте отражены результаты использования диссертационных исследований Комиссаровой Марии Романовны по повышению износостойкости резьбовой пары «болт-гайка» из стали 20, работающих в условиях сухого трения при создании каркаса для автомобильных шторок по изготовленным лекалам.

Предложена обработка поверхности резьбовой пары «болт-гайка» методом анодной электролитно-плазменной нитроцементации по технологии, разработанной в ФГБОУ ВО «Костромской государственный университет». Была произведена поверхностная обработка опытной партии болтов на установке анодной химико-термической обработки при следующих режимах: напряжение 242 В, продолжительность обработки 2 минуты, температура нагрева 900 °С. В качестве электролита использовался водный раствор нитрата аммония (10% масс) и глицерина (10% масс). В результате поверхностный слой метизов насыщался углеродом и азотом.

Результаты показали, что поверхностная нитроцементация болтов из стали 20 значительно повышает износостойкость резьбы и увеличивает ресурс работы резьбовой пары «болт-гайка» в 10 раз, по сравнению с ранее использованной резьбовой нарой из той же стали без анодной поверхностной обработки.

Заключение: анодная электролитно-плазменная нитроцементация болтов повышает износостойкость резьбы пары трения «болт-гайка», значительно увеличивая их срок эксплуатации. Большое количество циклов закручивания и откручивания необработанных болтов приводит к износу нагруженных участков резьбовой пары, в результате чего возникает необходимость их частой замены и повышает себестоимость производства. Замена гаек в используемых лекалах по некоторым причинам не возможна, а изготовление новых лекал требует значительных временных затрат и отрицательно сказывается на объемах производства. Анодная электролитно-плазменная нитроцементация болтов, позволяющая в значительной степени увеличить срок эксплуатации резьбовой пары и лекал внедрена в производство.

Акт

о промышленном опробовании и внедрении результатов НИР

Начальник технического отдела

«УТВЕРЖДАЮ»

Акт

об использовании результатов научной работы в учебном процессе

Мы, ниже подписавшиеся, проректор по учебно-методической работе, доцент Тимонина Л.И. и ведущие преподаватели: заведующий кафедрой общей и теоретической физики, к.т.н., доцент Шадрин С.Ю. и доцент кафедры химии, к.х.н., доцент Молчанов А. С. составили настоящий акт о том, что полученные Комиссаровой Марией Романовной и опубликованные в открытой печати результаты диссертационных исследований в области теории и практики металловедения и химико-термической обработки металлов и сплавов используются при чтении курсов бакалавриата и магистратуры «Электролитно-плазменная модификация металлов», «Особенности диффузионного насыщения в условиях элекгролитпо плазменного нагрева», Технология и оборудование для электролитно-плазменной обработки», а так же при выполнении выпускных квалификационных работ студентами направлений подготовки «Химия» и «Физика». Кроме того, полученные М. Р. Комиссаровой материалы используются при подготовки аспирантов, обучающихся по направлению «Технологии материалов» на кафедре общей и теоретической физики.

Результаты исследований М. Р. Комиссаровой, рекомендованные в качестве дополнительной учебной литературы для обучающихся, опубликованы в журналах «Surface Engineering and Applied Electrochemistry», «Surface and Coatings Technology», «Materials Science».

Доцент кафедры химии, к.х.н., доцент

Проректор но учебно-методической работе КГУ, к.п.н., доцент

Заведующий кафедрой общей и теоретической физики, к.т.н., доцент

А. С. Молчанов

Л.И. Тимонина

С.Ю. Шадрин