Упрочнение высокохромистых сталей и покрытий химико-термической обработкой для повышения стойкости в условиях коррозионно-механического изнашивания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Никулин, Анатолий Александрович

• Никулин, Анатолий Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никулин, Анатолий Александрович

Введение

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СЛОЕВ ПРИ НАСЫЩЕНИИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ АЗОТОМ И УГЛЕРОДОМ 1 '

1.1 .Образование твердых фаз при химико-термической обработке высокохромистых сталей

1.2. Влияние кислорода на формирование диффузионных слоев при поверхностном упрочнении высокохромистых сталей 1 .ЗНасыщающие среды для поверхностного упрочнения хромистых нержавеющих сталей

1.4 Выводы. Направление исследования 9д

ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ОБРАЗЦОВ. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

2.1. Выбор материалов для исследования

2.2. Химико-термическая обработка электролитических железохромистых покрытий

2.3. Методы определения состава, структуры и физико-механических свойств

2.4. Определение износостойкости и ударной вязкости высокохромистых сталей и гальванических покрыти

2.5. Математическое планирование эксперимента и обработка экспериментальных данных

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ ХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ

3.1. Разработка карбюризатора для цементации хромистых нержавеющих сталей

3.2 Влияние режимов науглероживания на глубину и фазовый состав диффузионных слоев на высокохромистых сталях

3.3 Влияние режимов цементации и послецементационной термообработки на твердость диффузионных слоев сталей с высоким содержанием хрома

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НИЗКО - И СРЕДНЕТЕМПЕРА-ТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ НАСЫЩЕНИЯ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ

МАТЕРИАЛОВ АЗОТОМ И УГЛЕРОДОМ

4.1 Обоснование выбора насыщающей среды для низкотемпературной нитроцементации деталей

4.2 Оптимизация состава нитроцементующей пасты

4.3 Влияние режимов нитроцементации на структуру и глубину диффузионных слоев

4.4. Исследование нитроцементации высокохромистых коррозионностойких гальванических покрытий

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ УПРОЧНЕНИЕМ

5.1 Износостойкость цементованной стали 40 Х

5.2. Повышение износостойкости режущих органов измельчителей

5.3. Низкотемпературная нитроцементация автомобильных деталей, востановленных электролитическими железохромистыми покрытиями 122 Выводы 129 Литература 130 Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Упрочнение высокохромистых сталей и покрытий химико-термической обработкой для повышения стойкости в условиях коррозионно-механического изнашивания»

Хромистые нержавеющие стали мартенситного класса находят широкое применение для изготовления различных деталей и инструментов благодаря хорошему сочетанию комплекса свойств, главным из которых являются устойчивость к коррозии. Нержавеющие стали типа Х13 относительно дешевы и выпускаются металлургической промышленностью с различным содержанием углерода в больших количествах .

В настоящее время разработаны методы нанесения на поверхности углеродистых и низколегированных сталей гальванических высокохромистых (11.14% Сг) покрытий, которые значительно повышают их коррозионную стойкость .

Однако, во многих случаях, детали из нержавеющих сталей и тем более детали с высокохромистыми покрытиями, работающие в коррозионно-активных средах содержащих абразивные частицы, имеют низкую износостойкость, что значительно сужает диапазон их использования.

Радикальным образом повысить износостойкость высокохромистых сталей и покрытий можно химико-термической обработкой, которая изменяет физико-химические и механические свойства поверхностных слоев, где зарождаются и развиваются процессы разрушения материала при трении. Используя для упрочнения хромистых нержавеющих сталей такие методы обработки как цементация и нитроцементация можно получить на их поверхностях диффузионные слои с большим содержанием карбидов и карбонитридов, которые будут хорошо сопротивляться изнашиванию при высокой стойкости к коррозии.

Однако, цементация и нитроцементация высокохромистых нержавеющих сталей до настоящего времени не нашла широкого применения, что связано с недостаточной изученностью процесса и непригодностью для насыщения этих сталей известных карбюризаторов. Поэтому настоящая диссертационная работа, посвященная исследованию поверхностного упрочнения высокохромистых сталей и гальванических покрытий цементацией и нитроцементацией является актуальной.

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Никулин, Анатолий Александрович

выводы

1. Разработаны на основе экспериментальных исследований карбюризаторы для насыщения высокохромистых сталей азотом и углеродом при низких(550.650°С) и высоких(850.950 °С) температурах, обеспечивающие получение в диффузионных слоях большого количества карбонитридных и карбидных фаз.

2. Расширены представления об окислительно-восстановительных процессах, происходящих на поверхности высокохромистых сталей при насыщения их из различных сред и установлен механизм влияния этих процессов на формирование структуры диффузионных слоев.

3. Получены новые результаты о влиянии режимов цементации и нитроцементации хромистых нержавеющих сталей и железохромистых гальванических покрытий на структуру и фазовый состав диффузионных слоев и найдены количественные зависимости влияния температуры и длительности обработки на характеристики диффузионных слоев сталей с 13% хрома.

4. Изучены особенности послецементационной обработки хромистых нержавеющих сталей и установлены оптимальные температуры закалки (880 °С) и отпуска (300 °С), обеспечивающие высокую твердость, износостойкость и ударную вязкость диффузионных карбидосодержащих слоев.

5. Доказана высокая эффективность нитроцементации железохромистых гальванических покрытий, используемых при восстановлении деталей машин. Нитроцементация обеспечивает резкое увеличение износостойкости покрытий в 2.5 раз за счет образования на их поверхности высокотвердых карбонитридных фаз и создания сильных напряжений сжатия.

6. Исследовано влияние химико-термической обработки на эксплуатационные свойства хромистых нержавеющих сталей и гальванических покрытий и на этой основе разработаны технологические рекомендации по упрочнению различных деталей, работающих в условиях коррозионно-механического изнашивания.

7. Проведена производственная проверка эффективности цементации ножей мясоизмельчителей из стали 40X13 и нитроцементации деталей автомобилей, восстановленных железными покрытиями с 13% хрома и показано значительное увеличение долговечности упрочненных деталей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Никулин, Анатолий Александрович, 2009 год

1. Металловедение и термическая обработка стали: В Зт. Справочник: 4-е изд. т.2. Основы термической обработки // Под ред. M.J1. Берн штейна, А.Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1991. 368с.

2. Металловедение и термическая обработка стали: В 3 т. Справочник: 4-е изд. т.З. Термическая обработка металлопродукции// Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта. М.: Металлургия, 1991. 216с.

3. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.И. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985. 256с.

4. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986.480с.

5. Переверзев В.М. Диффузионная карбидизация стали. Воронеж: Изд. Воронежского университета, 1977. 92с.

6. Рыжков Ф.Н., Иванова 0;В., Колмыков В.И. Поверхностное упрочнение стали карбидами, при цементации // Известия Курского государственного технического университета, Курск, 1998. №2. С, 31-35.

7. Рыжков Ф.Н., Колмыков В.И., Иванова О.В, Карбидообразование на поверхности марганцевых сталей при цементации// Известия Курского государственного технического университета. Курск, 1997. №1. С. 36-40.

8. Меськин B.C. Основы легирования стали. М.: Металлургия, 1964. 684с.

9. И.Гудремон Э. Специальные стали. Т.1. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1966. 736с.12,13