Влияние ионной бомбардировки на формирование поверхностных слоев при азотировании в безводородной плазме газового разряда

В работе приведены результаты изучения процессов упрочнения стальных образцов в безводородной плазме низковольтного газового разряда в вакууме. В отличие от тлеющего разряда, широко применяемого в промышленных технологиях для проведения ионно-плазменного азотирования, в данном типе газового разряда из-за низкого давления заметно выражены эффекты распыления поверхности обрабатываемых деталей. Данное обстоятельство однозначно должно приводить к интенсификации диффузионных процессов. В работе описаны параметры оборудования, приводятся экспериментальные данные по измерениям шероховатости, микротвердости и структуре поверхностей легированных сталей. Отдельное внимание уделено вопросу азотирования закаленных сталей в данном типе разряда в диапазоне температур отпуска.

Стр.
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… 11
ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТИРОВАНИЯ ДЛЯ
УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЕЙ …………………………………………….. 13
1.1 Основные технические способы упрочнения стальных
деталей…………………………………………………………… 13
1.1.1. Термообработка металлов……………………………………… 14
1.1.2. Химико-термическая обработка……………………………….. 15
1.1.3. Вакуумные ионно – плазменные методы обработки
материалов……………………………………………………….. 16
1.2. Основные виды и технологии азотирования сталей………… 18
1.2.1. Азотирование сталей……………………………………………. 19
1.2.2. Основные виды азотирования…………………………………. 22
1.3. Азотирование в газовых электрических разрядах …….……….. 25
1.4. Свойства азотированных материалов и изделий…………….. 26
1.5. Постановка задач исследования……………………………….. 30
ГЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЕЙ,
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.………………… 31
2.1. Оборудование для азотирования сталей в дуговом
разряде…………………………………………………………… 31
2.2. Материалы для исследования………………………………….. 33
2.3. Методика измерения микротвердости…………………………… 35
2.4. Определение шероховатости поверхности…………………… 36
2.5. Метод оптической металлографии……………………………… 39
2.6. Описание процесса подготовки образцов для
экспериментов…………………………………………………… 40
2.7. Физико-механические параметры исходных образцов………… 43
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕЖИМОВ НА
ФОРМИРОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ И
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ …………………………… 46
3.1. Азотирование экспериментальных образцов в безводородной
плазме низковольтного газового дугового разряда …………… 46
3.2. Особенности упрочнения сталей в безводородной плазме
низковольтного газового разряда при токе I=90А …………… 49
3.3. Особенности упрочнения сталей в безводородной плазме
низковольтного газового разряда при токе I=60А……………….. 50
3.4. Особенности упрочнения сталей в безводородной плазме
низковольтного газового разряда при токе I=30А.…………….. 52
3.5. Особенности упрочнения сталей в безводородной плазме
низковольтного газового разряда при токе I=10А.…………….. 53
3.6. Исследований морфологии поверхности азотированного слоя
закаленной стали 40Х полученных при разных режимах
азотирования……………………………………………………… 55
3.6.1. Морфология поверхности образцов, изготовленных из
закаленной стали 40Х после азотирование в безводородной
плазме низковольтного газового дугового разряда при токе
I=90А и температуре 520 ˚C в течение 120 мину………………… 55
3.6.2. Морфология поверхности образцов, изготовленных из
закаленной стали 40Х после азотирование в безводородной
плазме низковольтного газового дугового разряда при токе
I=60А и температуре 400 ˚C в течение 120 минут……………… 58
3.6.3. Морфология поверхности образцов, изготовленных из
закаленной стали 40Х после азотирование в безводородной
плазме низковольтного газового дугового разряда при токе
I=30А и температуре 300 ˚C в течение 120 минут……………… 60
3.6.4. Морфология поверхности образцов, изготовленных из
закаленной стали 40Х после азотирование в безводородной
плазме низковольтного газового дугового разряда при токе
I=10А и температуре 200 ˚C в течение 120 минут……………… 63
3.7. Физико-механические характеристики экспериментальных
образцов после азотирование в безводородной плазме
низковольтного газового дугового разряда……………………… 66
Вывод к главе 3…………………………….……………………………. 71
ГЛАВА 4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ,
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ……… 72
4.1. Предпроектный анализ…………………………………………… 72
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования………. 72
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения…………………… 74
4.2. SWOT-анализ……………………………………………………… 75
4.3. Инициация проекта…………………………………………….…. 78
4.3.1. Организационная структура проекта……………………………. 79
4.4. Ограничения и допущения проекта……………………………… 80
4.4.1. Бюджет научного проекта………………………………………… 81
4.4.2. План проекта………………………………………………………. 83
4.4.3. Отчисления на социальные нужды………………………………. 84
4.4.4. Затраты на электроэнергию………………………………………. 84
4.4.5. Затраты на водоснабжение……………………………………….. 85
4.4.6. Затраты на водоотведение………………………………………… 85
4.4.7. Полная смета затрат на выполнение НИР………………………. 85
4.4.8. Оценка сравнительной эффективности исследования.………… 86
ГЛАВА 5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………… 88
5.1. Производственная безопасность………………………………… 88
5.1.1. Анализ производственных факторов, возникающих при
проведении исследований………………………………………… 89
5.1.2. Микроклимат………………………………………………………… 89
5.1.3. Вредные вещества………………………………………………… 91
5.1.4. Производственный шум………………………………………….. 91
5.1.5. Освещенность……………………………………………………… 93
5.1.6. Факторы электрической природы………………………………… 95
5.1.7. Электробезопасность……………………………………………… 97
5.2. Экологическая безопасность……………………………………… 98
5.2.1. Региональная безопасность………………………………………. 98
5.2.2. Защита атмосферы………………………………………………… 99
5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………….. 100
5.3.1. Факторы пожарной и взрывной природы……………………….. 100
5.4. Организационные мероприятия обеспечения безопасности……. 104
5.4.1. Организационные защитные мероприятия……………………… 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………….. 108
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА………………………………. 109
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………….. 110
ПРИЛОЖЕНИЯ А………………………………………………………… 114

В данной впускной квалификационной работе представлены результаты
изучение, влияние интенсивности ионной бомбардировки на формирование
азотированных слоев безводородной плазме газового дугового разряда. В
ходе выполнение работ были изучены процессы ионно-плазменного
азотирование, при различной интенсивности тока разряда диапазоне от 10 до
90A. Было изучено что, как изменялось морфология поверхности, структура
при разных температурах нагрева и физико-механические характеристики
таких как, твердости поверхности и глубина азотированного слоя. Исходя из
этого можно сделать следующие выводы:

1. Показано, что ток разряда влияет на величину температуры
обрабатываемых изделий при одном и том же значении напряжения
смещения.
2. При меньшем токе у нас получилось максимальная твердость
сердцевине и минимальная глубина азотированного слоя
3. Установлено, что интенсивность воздействия ионной бомбардировки
с ростом тока разряда приводит к изменению шероховатости поверхности и к
более высокому значению глубины азотированного слоя.
4. Обнаружено, что при 200 ˚C азотирования закалочная структура и
твердость сохраняются.
5. На величину твердости поверхности существенное влияние оказывает
состав легирующих элементов в сталях.

6. Делая обобщающая заключения по работе можно сказать, что плазма
несамостоятельного дугового разряда, позволяет широких пределах
управляет свойствами, в том числе, физико-механическими и
трибологическами свойствами поверхности.
ПУБЛИКАЦИИ:
Часть материалов исследовательской работы была представлена в
соавторстве на IX Международная научно-практическая конференция
«Инновационные технологии в машиностроении», проходившей в ЮТИ ТПУ
(г. Юрга) с 24 по 26 мая 2018г.
Махмудалиев А.Р., Каримов А.К., Гончаренко И.М. Влияние состава
газовой среды на параметры упрочнения стали при азотировании в тлеющем
разряде . С. 74-77.-
Инновационные технологии в машиностроении : сборник трудов IX
Международной научно-практической конференции / Юргинский
технологический институт. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2018. − 295 с