Авторефераты по темам >> Разные специальности - [часть 1] [часть 2]

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ, ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

Автореферат кандидатской диссертации

На правах рукописи

ШКОДКИН Валентин Иванович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ, ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Курск - 2009

а Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова на кафедре Оборудование перерабатывающих производств

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент
а Болдырев Юрий Викторович
а

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
а Афанасьев Александр Александрович
а
а кандидат технических наук, доцент
а Рощупкин Валерий Михайлович

Ведущая организация: а ГОУ ВПО Липецкий государственный технический университет

Защита состоится л11 марта 2009 года в 15 часов на заседании совета по азащите адокторских и акандидатских адиссертаций аД 212.105.01 апри Курском агосударственном атехническом университете апо аадресу: а305040, г. Курск, ул.50 лет Октября, 94, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курского государственного технического университета

Автореферат разослана л 10 а февраля 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских диссертацийа аа О.Г. Локтионова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Ситуация сложившаяся к настоящему времени в Российском машиностроении, в том числе сельскохозяйственном и горно-обогатительном, требует поиска неотложных мер и решений для повышения его производительности. Эксплуатация ответственных деталей и обрабатывающего инструмента в вышеуказанных отраслях показывает, что ресурс их работы ограничен. Это обусловлено различными внешними факторами (агрессивная сфера, температурно-силовое воздействие, абразивное изнашивание и др.). Для повышения работоспособности таких деталей и инструмента используют различные методы, в частности наносят на ответственные участки покрытия.

Анализ работ по трибологии последних лет показывает, что применение различных материалов и способов нанесения покрытий для повышения износо- и коррозийной стойкости инструмента и деталей позволяет существенно увеличить срок их службы, а так же значительно уменьшить затраты на их изготовление.

Во многих отраслях промышленности для повышения ресурса и надежности различных деталей и инструмента используется электрофизическая обработка: локальное электроискровое нанесение покрытий (ЛЭНП) и электроакустическое напыление (ЭЛАН). Одним из недостатков электрофизической обработки является недостаточное качество поверхности электроискровых и электроакустических покрытий (высокая пористость, шероховатость, значительные внутренние напряжения и др.)

Компенсацией снижения ресурса инструмента, различных деталей и соединений, вызванных различными причинами, является повышение их износостойкости.

Повысить износостойкость и др. эксплуатационные характеристики, а также качество поверхности покрытий можно разработкой новых составов электродных материалов, а также комбинированными методами упрочнения. А именно, применив после электрофизической обработки поверхностно-пластическое деформирование поверхности (ППД) или обработку высококонцентрированными потоками энергии (лазером).

Поэтому встает вопрос о необходимости разработки новых составов электродных материалов; оптимизации технологии нанесения покрытий; изучения фазового состава; установления закономерностей формирования структуры и ее влияния на эксплуатационные характеристики упрочняемого материала.

Одним из востребованных методов упрочнения поверхности конструкционных и инструментальных материалов является химико-термическая обработка (ХТО), в частности процесс диффузионного насыщения бором или бором с другими легирующими элементами, а также нитроцементация. Борирование и нитроцементация значительно повышают физико-механические свойства и эксплуатационные характеристики сталей и сплавов. Однако влияние нитроцементации и борирования на структуру, кинетику и термодинамику образования упрочняющих фаз и свойства для некоторых сталей и сплавов еще недостаточно изучены. Выявление общих закономерностей структурообразования для технологии нанесения покрытий и их влияния на механизмы, и кинетику поверхностного упрочнения позволило бы определить пути контролируемого управления эксплуатационными свойствами композитных материалов, разработать наиболее эффективные технологические варианты их обработки. Создание новых электрофизикохимических покрытий для инструментальных и конструкционных материалов, обеспечивающих эксплуатацию при заданных температурно-силовых и временных параметрах является актуальной задачей.

Результаты работы вносят существенный вклад в решение важной народно-хозяйственной задачи - повышение ресурса и надежности современной техники.

Настоящая работа выполнялась в рамках проекта по реализации Региональных научно-технических программ Центрально-Черноземного региона России.

Целью работы является повышение физико-механических и эксплуатационных свойств инструмента и деталей из инструментальных и конструкционных материалов путем разработки и применением многофункциональных покрытий, полученных электрофизикохимическими способами и комбинированными обработками.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

Проанализировать, обобщить и систематизировать литературные данные по использованию электрофизикохимических методов обработки инструментальных и конструкционных материалов.
Разработать теоретическое обоснование кинетики образования центров кристаллизации в твердой фазе при борировании. Рассчитать работу по образованию зародышей и диффузии в условиях преобладания диффузии бора по межфазной границе.
Исследовать влияние электролизного борирования на структуру и фазовый состав армко-железа и доэвтектоидных конструкционных сталей.
Разработать и исследовать материалы для электрофизикохимических покрытий, технологии их нанесения. Оптимизировать состав электродных материалов и технологические режимы получения покрытий.
Провести комплексные металлофизические исследования инструментальных и конструкционных материалов, подвергнутых электрофизической и химико-термической обработке. Выявить главные структурные факторы, их взаимосвязи с механическими и эксплуатационными характеристиками.
Расширить возможность применения инструментальных и конструкционных материалов, подвергнутых электрофизической и химико-термической обработке путем улучшение качества и свойств поверхностных легированных слоев (ПЛС) покрытий поверхностно-пластическим деформированием (выглаживанием), лазерной и ионно-вакуумной обработками.
Провести промышленное апробирование ХТО и электрофизической обработки на реальных объектах машиностроительного и горно-обогатительного производства.

Объектами исследования являлись инструментальные и конструкционные материалы, подвергнутые электрофизической и химико-термической обработке, а также покрытия на этих материалах, полученные в результате такой обработки.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации были использованы следующие методы исследования: оптическая, электронная и растровая микроскопии, рентгеноструктурный микрорентгеноспектральный анализы, мессбауровская спектроскопия, метод внутреннего трения, потенциодинамические исследования и оценка адгезионной прочности склерометрическим способом, математические методы исследования. Механические испытания проводились согласно существующим ГОСТам, абразивный износ определялся по стандартной методике.

Научная новизна:

на основе комплексных металлофизических исследований обобщены и развиты научные представления о формировании и строении поверхностных слоев конструкционных материалов подвергнутых электрофизической химико-термической обработке;

доказано, что для получения равноосной структуры боридной фазы, исключающей игольчатую морфологию, необходимо создать условия для бокового роста боридной фазы либо за счет диффузии бора из твердого раствора, либо за счет избыточной концентрации бора в боридной фазе;

установлены закономерности формирования структуры и основных структурных факторов, определяющих повышение механических и эксплуатационных свойств материалов с диффузионными электрофизическими покрытиями;
разработаны технологические процессы электролизного борирования и цианирования, обеспечивающих повышенные механические и эксплуатационные свойства материалов;

обоснованы химический состав электродных материалов и технологические режимы электрофизической обработки;
разработаны комбинированные электрофизикотермические процессы обработки (КЭФПО), заключающееся в нанесение покрытия с последующей его обработкой поверхностно-пластинчатым деформированием, в частности выглаживанием или лазерным облучением, для получения структуры поверхностных слоев композита, имеющих повышенные эксплуатационные свойства.

Практическая значимость исследования состоит в следующем: разработаны эффективные технологии и предложены практические рекомендации получения конструкционных и инструментальных материалов с электрофизическими покрытиями с повышенным уровнем износо-, жаро и коррозионной стойкости. Экспериментально доказана эффективность применения диффузионно-электролизных, электроискровых и электроакустических покрытий для деталей машин и инструментов, работающих в сложных условиях эксплуатации. Намечены пути дальнейшего совершенствования физических покрытий путем обработки поверхностных слоев покрытий выглаживанием минералокерамикой. Основные выводы диссертации подтверждаются полупромышленными испытаниями. Результаты работы внедрены на предприятиях г.г. Курска и Железногорска.

Достоверность основных положений и выводов диссертационной работы определяются согласованностью полученных результатов с общепринятыми представлениями теории и практики ХТО, электрофизической обработки и отсутствием противоречий с результатами работ российских и зарубежных ученых, работающих в этих направлениях, достоверность результатов исследований основывается на комплексном использовании взаимодополняющих высокочувствительных металлофизических методов исследований, которые примененялись в соответствии с действующими государственными стандартами и с учетом особенностей изучаемых объектов.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: XIII Росс. научн. - техн. конф. Материалы и упрочняющие технологии - 2006 (Курск: КГТУ, 2006 г.); VI межд. научн. - техн. интернет конф. Новые материалы и технологии в машиностроении- (Брянск: БГИТА, 2006 г.); X юбилейной межд. научн.- техн. конф. Медико-экологические информационные технологии - 2007 (Курск: КГТУ, 2007 г.); III межд. научн.- техн. конф. Прогрессивные технологии в современном машиностроении (Пенза: АНОО, Приволжский Дом Знаний, 2007 г.); Росс. научн.- техн. конф. Шлифабразив-2007 (Волгоград, ВолгГАСУ, 2007 г.); IV межд. научн.- техн. конф. Прогрессивные технологии в современном машиностроении (Пенза: АНОО, Приволжский Дом Знаний, 2007 г.); IV Всероссийской анаучн.- техн. конф. Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении (Пенза: АНОО, Приволжский Дом Знаний, 2007 г.); Росс. научн.- техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии - 2007, 2008 (Курск: КГТУ, 2007-2008 г. г.)

Публикации. Основное содержание диссертации изложено 26 работах, из них 3 в журналах рекомендуемых ВАК Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, библиографического списка и приложения. Общий объем работы составляет 178 страниц, в том числе 9 таблиц, 41 рисунок, 2 страницы приложения. Список литературы включает в себя 220 источника.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определена цель и задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость; показана связь работы с научными программами.

Первая глава освещает обзор литературы по теме диссертации и отражает современное состояние вопроса. Рассмотрены общие вопросы химико-термической обработки (ХТО). Проведен анализ ХТО сталей нитроцементацией и борированием. Представлены сведения по покрытиям полученных при одновременном насыщении углеродом и азотом, борировании, жидкостном электролизном борировании, а также вопросы формирования боридных покрытий на железе и сталях. Приводятся сведения о механизме электролизного борирования металлов, частности железа. Представлен ряд теоретических и экспериментальных исследований по электролизному борированию.

Рассмотрены вопросы современного состояния и перспективы развития электрофизической обработки, а именно электроискрового легирования. Описана сущность метода и модель массопереноса при ЭИЛ. Кратко освещены научные принципы выбора и критерии создания электродных материалов для ЭИЛ. Рассмотрена схоластическая модель ЭИЛ. Сделан вывод, что исследования в области обработки металлов и сплавов низковольтными электрическими разрядами являются перспективным направлением в создании защитных и упрочняющих слоев на поверхности металлов и сплавов.

Вторая глава. В ней описываются материалы, служащие объектами изучения, установки и технологии для нанесения электрофизических покрытий. Приводятся сведения о методах исследования применяемых в работе, как общеизвестных, так и специально усовершенствованных методиках.

Объектами изучения были: 1) армко-железо; стали 20, 45, 50,40Х и Р6М5 с 0,4% C и 1,6%Ti (вес); 2) электродные материалы - порошковый сплав ПГ-10Н-01 состава (вес % Cr 14Е20; Fe 4,0Е4,5; Si 2,8Е4,2; B 0,6Е1,0; Ni - остальное); порошковый сплав ПГ-ФБХ6-2 состава (вес % Cr 32Е37; Mn 1,5Е4,0; B 1,3Е2,0; Si 1,0Е2,5; C 3,5Е5,5; Fe - остальное). Покрытия: 1) диффузионные, цианированные; 2) ЭИЛ покрытия полученные ЛЭН электродным материалом ПГ-10Н-01 и ПГ-ФБХ6-2, а также их смеси на конструкционных и инструментальных материалах. Композиты: 1) инструментальная сталь Р6М3К2 с ЭЛАН из твердого сплава Т15К6М; 2) сталь 35ХГСА с ЭЛАНП из смеси порошков ПГ-10Н-01 и ПГ-ФБХ-2 состава 20% и 80% соответственно; 3) инструментальная сталь Р6М5 с 0,4% С и 1,6% Ti (вес) с ЛЭНП из Ti в среде аммиака.

Объектами изучения были: сталь 35ХГСА и порошковый титановый сплав ТЮ7М2Ф2Ц2, а также композиты: сталь 35ХГСА+ЭЛАНП из смеси порошков ПГ-ФБХ6-2 и ПГ-10Н-01+лазерная обработка; 2) сплав ТЮ7М2Ф2Ц2+ЛЭНП из ПГ-10Н-01+лазерная обработка; 3) титановый сплав ВТ23+ЭЛАНП из ПГ-10Н-01+выглаживание минералокерамикой (ВОК60 или ВОК70).

Далее в главе приводятся сведения об оборудовании и технологии электролизного борирования и цианирования, электроискрового легирования и электроакустического напыления приводятся схемы лабораторной и полупромышленной установки для электролизного борирования. ЛЭНП осуществлялось на болгарской установке ЭЛФА-541; ЭЛАНП на отечественной ЭЛАН-3. Дается описание оборудования. Кратко рассмотрены физические модели и сущность процессов при ЭИЛ и ЭЛАНП.

Третья глава. Ее первая часть посвящена изучению электролизного борирования металлов, в частности армко-железа и доэвтектоидных сталей. Рассмотрена математическая модель образования зародышей в твердой фазе при борировании и кинетика формирования центров кристаллизации на потенциальных зародышах.

Получено кинетическое уравнение образования центров кристаллизации, обусловленное присутствием потенциальных зародышей:

где Z - концентрация зародышей;

b - кинетический коэффициент,

Полученное уравнение позволяет вычислять работу образования зародыша критического размера. Здесь s- удельная поверхностная энергия; М - молярная масса вещества; r- плотность кристаллической фазы; Dm - изменение химических потенциалов вещества при образовании новой фазы.

Для термодинамического анализа образования центров кристаллизации при электролизном борированииа предложено использовать отношение:

где а(критический радиус зародыша).

По электронным микрофотографиям (рис.1) критический радиус зародыша борида составляет 150 нм, отсюда:

аа

а)а аа б)

Рис. 1. Электронные микрофотографии центров кристаллизации боридов никеля: а - со сферической формой зародышей; б - ромбической формой зародышей (?6000)

Далее основываясь на уравнении поверхностной диффузии и модели, согласно которой рост боридной иглы происходит за счет диффузии бора по объему боридной фазы и межфазной границе. Решение уравнения диффузии в условиях преобладающей диффузии бора по межфазной границе показало, что рост боридной иглы происходит по закону:

а параметр скорости роста боридной фазы b при сделанных предположениях не зависит от вида бора в объеме.

Сделан вывод, что для получения равноосной структуры боридной фазы, исключающей игольчатую морфологию, необходимо создание условий для бокового роста боридной фазы либо за счет диффузии бора из твердого раствора, либо за счет избыточной концентрации бора в боридной фазе.

Далее в главе представлены исследования влияния электролизного борирования на структуру, фазовый состав и свойства элементов тяговых цепей (валиков из стали 40Х, втулок из стали 20 и 50 и пластин из стали 50). Описана технология и оборудования электролизного борирования.

Металлографический и рентгеноструктурный анализы образцов, изготовленных из различных сталей и подвергнутых электролизному борированию одновременно на одной подвеске, показал, что интенсивность борирования и характер полученных на разных сталях диффузионных слоев различаются. Бор при высоких температурах, диффундируя в металл на определенную глубину, образует на поверхности ромбический борид железа FeB - зона сплошных боридов; далее твердый раствор бора в железе - переходная зона. Сплошной боридный слой имеет двухфазное строение (FeB + Fe2B); борид FeB расположен в поверхностной части зоны сплошных боридов, Fe2B формируется у ее основы. В техническом железе оба борида имеют характерное игольчатое строение. С увеличением содержания углерода до 0,2-0,5%а между иглами появляется новая фаза, обогащенная углеродом типа Fe2B(СхB).

В высокоуглеродистых сталях перед сплошным боридным слоем формируется слой карбоборидной фазы - борного цементита Fe3B(СхB). Это обусловлено тем, что при электролизном борировании сталей углерод не растворяется в образующихся боридах железа, а оттесняется с поверхности вглубь металла, вызывая науглероживание промежуточной зоны - подслоя. Для всех исследованных сталей науглероженная зона имеет небольшую толщину, и уже на глубине 0,5 мм перераспределение элементов не наблюдается.

Толщина боридного слоя образца из стали 50 после электролизного

борирования ? (0,15-0,2) мм и стали 20 ? (0,3-0,35) мм. Боридный слой на стали 20 характеризуется большой неравномерностью глубины проникновения отдельных боридных игл в подслой, вследствие чего граница, отделяющая боридный слой от феррито-перлитной сердцевины, извилистая. Присутствие отдельных прожилок, в жидкости по границам боридных игл с подслоем, говорит о том, что на этих микроучастках процесс борирования развивается и по границам аустенитных зерен. Это предопределило образование более развитой корневой системы боридных игл, обеспечивающей более качественное сцепление с металлом.

В борированной стали 50, с уменьшением толщины борированного слоя до 0,15 мм изменяется вид боридных игл. Так, глубина их проникновения в подслой уменьшается, и профиль границы выравнивается. Все это приводит к уменьшению сцепления боридного слоя с металлом, что обусловлено более слабым развитием корневой системой боридных игл в доэвтектоидных сталях с повышением содержания углерода. При этом толщина подслоя колеблется в значительных пределах.

Для уточнения фазового состава боридного слояа на стали 50 в работе был применен метод конверсионной мессбауровской спектроскопии. По результатам анализа установлено, что на большой глубине (22 мкм) доминирующей фазой является борид Fe2B (56Е58)%, то на малом расстоянии ~ 0,35 мкм приповерхностный слой на (65Е68)% состоит из обогащенных бором боридных фаз.

В валиках из стали 40Х наличие хрома оказывает более значительное влияние на характер боридного слоя и подслоя, чем увеличение содержания углерода от 0,2 до 0,5%. Глубина проникновения боридных игл в подслой становится меньше, их количество становится больше, толщина боридного слоя уменьшается до ? (0,08-0,09) мм. Корневая система боридных игл в стали 40Х еще менее развита, чем в стали 50. В нижней части подслоя обнаружены скопления карбидов, их количество по глубине слоя уменьшается.

Для предохранения боридного слоя от разрушения при больших рабочих давлениях для упрочнения подслоя, вязкой зоны борированные детали цепи подвергали дополнительной закалке ТВЧ до ? (50-55) НRС с последующим отпуском.

Электролизное борирование с дополнительной закалкой ТВЧ позволила увеличить срок службы тяговых цепей 1,7-2 раза по сравнению с закаленными ТВЧ.

В заключительной части 3й главы представлены исследования цианированных карбонитридных слоев на стали 45. Установлено, что повышение температуры цианирования до 7000С и выше приводит к тому, что в диффузионных слоях ?-карбонитрид сменяется карбонитридом цементитного типа и мартенситно-аустенитной матрицей. Этот процесс вызывает резкое ускорение интенсивности изнашивания.

Исходя из приведенных экспериментальных данных, можно заключить, что хорошая стойкость карбонитридов на истирание и коррозионную стойкость позволяет рекомендовать цианирование при температуре 640-650С для упрочнения деталей, работающих в самых неблагоприятных условиях изнашивания в сопряжениях с недостаточной смазкой, либо без смазки, и в агрессивных средах.

В последнем параграфе третьей главы сделана оценка механических и эксплуатационных свойств конструкционных сталей с боридными, цианированными и гальваническими покрытиями. Анализ зависимостей (рис. 2) свидетельствует, что образцы после электролизного борирования имеют более высокий уровень износостойкости, чем образцы после гальванического осаждения и цианирования.

Рис. 2. Влияние технологии ХТО на износ образцов из стали 45:

1 - ролики после шлифования и полировании; 2 - после электроосаждения Ni-Mo; 3 - после цианирования; 4 - после электролизного борирования

Четвертая глава В ней приведены исследования инструментальных конструкционных материалов с электрофизическими покрытиями. Изучена сталь Р6М3К2 с ЛЭНП из твердого сплава Т15К6М. Проведена оптимизация процесса ЛЭНП по качеству поверхности. Получено уравнение регрессии. Определен оптимальный режим обработки, обеспечивающий Rа не более 1,5 мкм. При исследовании микроструктуры поверхностного слоя выявлено, что на поверхности стали формируется вторичная структура - белый слой (рис. 3), глубиной 70Е75 мкм большой сплошности и незначительной пористости са изменением микротвердости по толщине покрытия (рис. 4). Предложенная технология обеспечивает повышение стойкости инструмента в 1,5 раза, деревообрабатывающего в 3,5...4 раза.

Рис. 3. Микроструктура поверхно-а Рис. 4. Изменение микротвердости

стного слоя, полученного методомаа (Нm) по толщине покрытия (h),

ЛЭНП на быстрорежущей сталиаа полученного методом ЛЭНП на

Р6М3К2 электродом Т15К6М аа стали Р6М3К2 электродом Т15К6М

(?400), поперечный шлиф

Далее в главе представлены исследования ЭЛАНП из смеси порошковых сплавов ПГ-10Н-01 и ПГ-ФБХ6-2 в пропорции 20 на 80%. Проведены комплексные металлофизические исследования. В покрытии обнаружены кристаллическая и аморфная фаза. Их состав приводится в работе. Установлено, что главным структурным фактором определяющим повышение износо-коррозионной стойкости ЛЭНП и в целом композита является аморфная фаза, её количество и распределение в поверхностных слоях покрытия. Дляданного композита проведена оптимизация процесса ЭЛАНП с целью получения максимальной эрозии электрода. Получено уравнение регрессии и выбран режим электроискрового нанесения. Показано, что улучшать качество ЭЛАН покрытий можно лазерной обработкой, что подтверждается исследованиями представленными в работе.

При изучении стали Р6М5 с добавками 0,4% С и 1,6% Ti улучшается структура и механические свойства. Показано, что повысить микротвердость марочной стали Р6М5 можно ЛЭНП электродом из титана в среде аммиака.

Далее в работе изучался порошковый титановый сплав ТЮ7М2ФЦ2 после комбинированной электрофизикотермической обработке (КЭФПО), которая включала ЛЭНП из сплава ПГ-10Н-01 с добавками TiC и WC и без них с последующей лазерной обработкой. Проведено исследование структуры и фазового состава композита. Повышение износо и коррозионной стойкости после КЭФПО обусловлено изменением степени легирования твердых растворов, фазового и химического состава выделившихся фаз, а также формированием структуры с диспергированными мелкокристаллическими и аморфными фазами.

Установлено, что уменьшить количество микротрещин в ЛЭН покрытии после лазерной обработки можно выглаживанием. В заключении главы показано, что повысить эффективность электрофизических покрытий из никелевых самофлюсующихся порошков можно добавками, полученными СВС технологией, и сохранением в их структуре после поверхностно-пластической деформации покрытия аморфно-кристаллической структуры.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании комплексных металлофизических исследований решена задача повышения эксплуатационных свойств и качества ряда инструментальных и конструкционных материалов путем применения электрофизической и химикотермической обработки, включающей получение боридных, цианированных, электроосажденных, электроискровых и электроакустических, ионно-вакуумных покрытий.
Дополнена математическая модель образования зародышей в твердой фазе при борировании и кинетика формирования центров кристаллизации на потенциальных зародышах. Получено кинетическое уравнение образования центров кристаллизации, обусловленное присутствием потенциальных зародышей. Определена работа по образованию зародыша критического размера.
Основываясь на решении уравнения поверхностной фиффузии и модели образования зародышей сделан вывод, что для получения равноосной структуры боридной фазы, исключающей игольчатую морфологию, необходимо создание условий для бокового роста боридной фазы либо за счет диффузии бора из твердого раствора, либо за счет избыточной концентрации бора в боридной фазе.
Установлен фазовый состав боридного слоя в доэвтектоидных сталях. В высокоуглеродистых сталях перед сплошным боридным слоем формируется слой карбоборидной фазы - борного цементита Fe3B (CxB). Установлено, что с увеличением расстояния от поверхности количество богатых бором фаз быстро уменьшается.
Разработана технологическая схема повышения физико-механических свойств и качества инструментальных и конструкционных материалов, позволяющая создать композицию, согласно которой покрытие, принимает на себя основную часть эксплуатационных функций (износо, жаро, коррозионную и др.) снижает требования к материалу подложки.
Определены главные структурные факторы, обеспечивающие повышение механических и эксплуатационных свойств электрофизических (ЛЭН и ЭЛАН) покрытий, это метастабильная аморфизированная фаза, количество и распределение которой является определяющей в повышение износо - и коррозионной стойкости ПЛС. При нанесении покрытий из самофлюсующихся сплавов ПГ-10Н-01, ПГ-ФБХ6-2 в отдельности или их смесей, с добавками WC и TiC до 12% вес - это микрокристаллическая структура, обусловленная модифицирующим воздействием добавок, и аморфная фаза.
Подтверждено, что выглаживание минералокерамикой и обработка лазером ЛЭН и ЭЛАН покрытий повышает эксплуатационные характеристики, а именно выглаживание повышает качество покрытий - залечивает поры, уменьшает шероховатость Ra (0,4Е0,6 мкм), уменьшает уровень растягивающих за счет наведения сжимающих напряжений, повышает усталостную прочность поверхностных слоев. Лазерная обработка приводит к образованию белого слоя с высокой микротвердостью и износостойкостью, обусловленного образованием микрокристаллической и метастабильной аморфной фазы. Структура слоя представляет собой тонкий конгломерат фаз. Оплавленное покрытие хорошо связано с подложкой химически: поры и отслоения отсутствуют, имеет высокие адгезионные характеристики, определенные в работе методом склерометрии.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

Гадалов, В.Н. Применение тонкопленочных покрытий для повышения стойкости режущего инструмента [Текст] /В.Н. Гадалов, В.И. Шкодкин, Д.Н. Романенко [и др.] //Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. №5. С. 22-25.
Болдырев, Ю.В. Исследование структуры и свойств порошкового титанового сплава с электроискровыми покрытиями [Текст] /Ю.В. Болдырев, В.Н. Гадалов, В.И. Шкодкин [и др.] //Технология металлов. 2007. № 9. С. 32-37.
Гадалов, В.Н. Локальное избирательное нанесение электрофизических покрытий на металлообрабатывающий инструмент /В.Н. Гадалов, Д.Н. Романенко, В.И. Шкодкин [и др.] //Упрочняющие технологии и покрытия. М.: 2008. №4. С. 33-36.

Статьи и материалы конференций:

Гадалов, В.Н. О критериях усталостной долговечности металлов и сплавов, использующих рассеяние энергии в качестве основного параметра. [Текст] /В.Н. Гадалов, О.А. Бредихина, В.И. Шкодкин [и др.] //Сб. матер. ХIII Росс. научн.-техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2006 (17-19 октября 2006 г.). Ч. 1. Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2006. С. 88-90.
Шкодкин, В.И. Оценка износостойкости порошковых титановых сплавов с покрытиями, полученными плазменным напылением [Текст] /В.И. Шкодкин, В.Н. Гадалов, Ю.В. Болдырев [и др.] //Сб. матер. XIII Росс. научн.-техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2006 (17-19 октября 2006г.). Ч. 1. Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2006. С. 101-102.
Гадалов, В.Н. Повышение эффективности электрофизических покрытий из никелевых самофлюсующихся порошков добавками, полученными СВС технологией. [Текст] /В.Н. Гадалов, Ю.В. Болдырев, В.И. Шкодкин [и др.] //Сб. матер. XIII Росс. научн.-техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2006 (17-19 октября 2006 г.). Ч. 2. Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2006. С. 57-69.
Гадалов, В.Н. Структура и свойства порошковых титановых сплавов, обработанных комбинированной электрофизико-термической обработкой [Текст] /В.Н. Гадалов, А.А. Долгачев, В.И Шкодкин [и др.] //Сб. матер. XIII Росс. научн.- техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии -2006 (17-19 октября 2006 г.). Ч. 2. Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2006. С. 70-77.
Гадалов, В.Н. Построение математической модели и оптимизация процесса электроакустического напыления с целью получения максимальной эрозии электрода. [Текст] /В.Н. Гадалов, Ю.В. Скрипкина, В.И. Шкодкина [и др.] //Сб. матер. XIII Росс. научн.-техн.конф. с межд. участиема Материалы и упрочняющие технологии-2006 (17-19 октября 2006 г.). Ч. 2 Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2006. С. 77-81.
Гадалов, В.Н. Использование метода склерометрии для оценки металлов и сплавов с электрофизическими покрытиями. [Текст] /В.Н. Гадалов, О.А. Бредихина, В.И. Шкодкин [и др.] //Сб. матер. 6-ой межд. научн.-техн. интернет конф. Новые материалы и технологии в машиностроении Брянск: БГИТА, 2006. С. 10-15.
Гадалов, В.Н. Применение электроискрового легирования для повышения стойкости холодноштамповочного инструмента. [Текст] /В.Н. Гадалов, И.М. Горякин, В.И. Шкодкин [и др.] //Сб. матер. 6-ой межд. научн.-техн. интернет конф. Новые материалы и технологии в машиностроении Брянск: БГИТА, 2006. С. 15-16.
Гадалов, В.Н. Применение электроискрового легирования в газовых средах для упрочнения литых и спеченных сталей. [Текст] /В.Н. Гадалов, В.И. Шкодкин, Д.Н. Романенко [и др.] //Сб. матер. Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике. Воронеж: ВГТУ, 2006. С. 178-180.
Гадалов, В.Н. Применение электроискровой обработки под экологическим флюсом для упрочнения и восстановления режущего инструмента. Вопросы оптимизации [Текст] /В.Н. Гадалов, Л.А. Желанова, В.И. Шкодкин [и др.] //Сб. матер. юбилейной Х Межд. науч.-техн. конф. Медико-экологические информационные технологии-2007 (24-25 апреля 2007 г.) Редкол.: Н.А. Кореневский [и др.]; Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2007. С. 307-311
Гадалов, В.Н. Электроискровое легирование контактных поверхностей деталей из компактных порошковых материалов [Текст] /В.Н. Гадалов, Е.В. Иванова, В.И. Шкодкин [и др.] //Прогрессивные технологии в современном машиностроении. III межд. НТК (июнь 2007 г.) Пенза. Приволжский Дом Знаний. 2007. С. 22-26.
Иванова, Е.В. Физические основы стохастической модели электроискрового легирования (ЭИЛ) [Текст] /Е.В. Иванова, Д.Н. Романенко, В.И. Шкодкин [и др.] //Прогрессивные технологии в современном машиностроении. Сб. статей IV межд. науч.-техн. конф. (август 2007 г.) Пенза: АНОО. Приволжский Дом Знаний. 2007. С. 11-15.
Гадалов, В.Н. Исследование структуры и механических характеристик литой быстрорежущей стали с добавлением углерода и титана [Текст] /В.Н. Гадалов, О.А. Бредихина, В.И. Шкодкин //Сб. матер. XIV Росс. научн.-техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2007 (16-18 октября 2007 г.) Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]: Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2007. С. 32-33.
Ткаченко, Ю.С. Повышение долговечности деталей, работающих в условиях изнашивания в коррозионных средах, методом низкотемпературной нитроцементации [Текст] /Ю.С. Ткаченко, М.В. Мищенко, В.И. Шкодкин [и др.] //Вестник Воронежского гос. техн. ун-та. Серия Материаловедение 2007, Т.3, №11. С. 133-135.
Серебровский, В.В. Электроосаждение двухкомпонентного покрытия для восстановления деталей [Текст] /В.В. Серебровский, Р.И. Сафронов, В.И. Шкодкин [и др.] //Сб. матер. XIV Росс. научн.-техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2007 (16-18 октября 2007г.) Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]: Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2007. С. 45-48.
Гадалов, В.Н. Исследования влияния комбинированной обработки на инструменты из быстрорежущих сталей. Материалы для электрофизического нанесения покрытий. [Текст] /В.Н. Гадалов, Ю.В. Болдырев, В.И. Шкодкин [и др.] //Сб. матер. XIV Росс. научн.-техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2007 (16-18 октября 2007г.) Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]: Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2007. C. 55-73.
Шкодкин, В.И. Электролизное борирование деталей тяговых цепей [Текст] /В.И. Шкодкин //Сб. матер. XIV Росс. научн.-техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2007 (16-18 октября 2007г.) Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]: Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2007. C. 74-77.
Гадалов, В.Н. Рентгенографическое исследование порошкового титанового сплава с электроакустическими покрытиями, подвергнутыми выглаживанию [Текст] /В.Н. Гадалов, Д.Н. Романенко, В.И. Шкодкин [и др.] //Защитные и специальные покрытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении. Сб. статей IV Всероссийской научн.-практич. конф. (2-3 октября 2007 г.) Пенза: АНОО. Приволжский Дом Знаний. 2007. С. 27-33.
Шкодкин, В.И. Некоторые термодинамические и кинетитеческие аспекты теории формирования боросодержащих покрытий при кристаллизации [Текст] /В.И. Шкодкин, А.С. Борсяков, Ю.П. Камышников [и др.] //Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса. Меж. вуз. сб. научн. трудов. Воронеж: ВГТУ. 2007. Вып. 10. С. 53-59.
Алехин, Ю.Г. Теоретическое исследование кинетики электролизного борирования в армко-железе [Текст] /Ю.Г. Алехин, А.С. Борсяков, В.И. Шкодкин [и др.] //Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса. Меж. вуз. сб. научн. трудов. Воронеж: ВГТУ. 2007. Вып.10. С.59-62.
Гадалов, В.Н. Применение электроакустического напыления для упрочнения и восстановления деталей машин и инструмента [Текст] /В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, В.И. Шкодкин [и др.] //Информационно-технич. журнал Сварщик Киев: ООО Экотехнология 2008. №1 (59). С. 26-29.
Болдырев, Ю.В. Оптимизация процессов химико-термической обработки сталей с боридными покрытиями по прочностным характеристикам. Структура и физико-механические свойства [Текст] /Ю.В. Болдырев, В.И. Шкодкин, А.С. Борсяков и др. //Сб. матер. XI Межд. научн.-техн. конф. Медико-экологические информационные технологии-2008 (21-24 мая 2008 г.) Редкол.: Н.А. Кореневский [и др.]: Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2008. С. 217-225.
Гадалов, В.Н. Изучение влияния электролизного борирования и лантаноборирования на структуру, фазовый состав и механические свойства жаропрочного сплава типа ЭП202 [Текст] /В.Н. Гадалов, В.И. Шкодкин, Ю.В. Болдырев и др. //Сб. матер. XV Росс. научн. техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2008(27-29 мая 2008г.) Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]: Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2008. Ч. 2. С. 8-10.
Шкодкин, В.И. Исследование фазового состава боридных слоев на стали методом мессабауровской спектроскопии [Текст] /В.И. Шкодкин, Ю.В. Болдырев, В.Н. Гадалов //Сб. матер. XV Росс. научн. техн. конф. с межд. участием Материалы и упрочняющие технологии-2008(27-29 мая 2008г.) Редкол.: В.Н. Гадалов [и др.]: Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2008.Ч. 2. С.44-46.

ИД № 06430 от 10.12.01 г.

Подписано в печать 5. 02. 2009. Формат 60х84 1/16.

Печатных листов 1,0. Тираж 100 экз. Заказ ________.

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр

Курского государственного технического университета

305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Авторефераты по темам >> Разные специальности - [часть 1] [часть 2]

Blog