Влияние технологических параметров процесса азотирования на упрочнение стальной поверхности

Основной технологической базой, определяющей развитие всей
промышленности любого государства является машиностроительная отрасль.
Поэтому темпы роста машиностроения должны в значительной мере превышать
аналогичные показатели других отраслей народного хозяйства. В настоящее
время в связи со сложностью выпускаемого технологического оборудования и
его стоимости машиностроение сильно отстает от научно-технического
прогресса. При конструировании и производстве современных машин и
оборудования одним из обязательных требований является увеличение его
производительности. Повышение загруженности и напряженности эксплуатации
машин во многом влияет на их надежность. Потеря работоспособности лишь у
одной детали достаточна для отказа машины в целом. Борьба с
преждевременным износом детали и инструмента в настоящее время
приобретает все большее значение, поэтому разрабатываются различные
способы химико-термической обработки для повышения их эксплуатационных
характеристик.
Актуальность. Работоспособность детали машин и инструмента во
многом определяется состоянием поверхностного слоя. С ростом требований к
качеству упрочненного слоя, к показателям экономической эффективности
процессов, к подбору материалов в зависимости от поверхностных свойств,
диффузионному слою, а также вследствие увеличения объемной доли
легированных сталей и сплавов в процессе производства деталей и инструмента,
становится актуальным применение ионного азотирования.
В последнее время все большее развитие и применение получают методы и
способы ионного азотирования. Они не только позволяют избавиться от
недостатков традиционных методов, но и получить ряд преимуществ:
возможность регулирования параметров обработки в широком интервале
режимов и за счет этого – структуры, фазового состава, твердости,
износостойкости, шероховатости; высокую скорость насыщения; высокий класс
чистоты поверхностей; большую экономичность процесса за счет значительного
сокращения общего времени обработки; повышение коэффициента
использования электроэнергии; процесс не токсичен и отвечает требованиям по
защите окружающей среды.
Причиной повышенного внимания к проблеме высокотемпературного
азотирования являются уникальные свойства поверхности изделия, которые
формируются в результате обработки. Поэтому актуальное значение
приобретает создание различных технологических вариантов ХТО, которые
позволяют регулировать заданную структуру и фазовый состав поверхностного
слоя, обеспечивающие оптимальные характеристики изделий.
Для преодоления вышесказанных недостатков и совершенствования
процесса в направлении увеличения скорости формирования упрочненного слоя,
ресурсосбережения, безопасности требуются новые технические решения. В
данной работе в качестве решения таких проблем был предложен дуговой
газовый разряд на основе безводородной плазмы, работающий при давлениях
насыщающей среды в 1000 раз меньше, чем у тлеющего разряда. Этот способ
позволяет сформировать диффузионные слои при температуре 550°С за 5-6
часов.
Целью исследовательской работы является разработка и применение на
практике нового вида химико-термической обработки – электродуговое
азотирование для улучшения эксплуатационных свойств, которое станет одним
из превалирующих процессов обработки материалов и изделий.
Для достижения указанной цели нами были поставлены и решены
следующие задач:
– установить влияние выбранной для исследования термической обработки на
исходное структурное состояние изучаемой стали;
– выбрать необходимые параметры обработки- диапазоны технологических
параметров азотирования (температуры, составы насыщающих сред,
продолжительность насыщения), позволяющие в широком интервале
целенаправленно варьировать фазовый состав упрочненного слоя;
– определить комплекс экспериментальных методов исследования, позволяющих
получить необходимую информацию о строении и свойствах выбранной стали
после термической обработки;
– экспериментально установить особенности строения упрочненного слоя, его
микроструктуру, фазовый состав и толщину.
Объект исследования – технологический процесс электродугового
азотирования и его влияние на структуру стали, изменение прочностных
характеристик.
Предмет исследования – физико-термические процессы формирования
диффузионных упрочняющих слоев на поверхности стали марки 40Х.
Научная новизна работы состоит в совершенствовании на основе
теоретических и экспериментальных исследований методом поверхностного
упрочнения выбранной стали путем применения нового вида азотирования.
Практическая значимость заключается в обосновании эффективной
технологии упрочнения стали, обеспечивающей высокие эксплуатационные
свойства, в частности износостойкость и твердость.
Разработанная технология отличается высокой эффективностью, не
требует использования дорогих и дефицитных материалов, а также отвечает
требованиям экологической безопасности.
1 Основные виды и технологии азотирования сталей