Дифузійна металізація азотованих шарів на сталях та твердих сплавах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

УДК 621.785.539

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дифузійна металізація азотованих шарів на сталях та твердих сплавах

Спеціальність 05.16.01 - Металознавство та термічна обробка металів

Курило Надія Анатоліївна

Київ 2010

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Рівень сучасного виробництва висуває нові вимоги до підвищення ресурсу та надійності роботи деталей машин, інструментів та оснастки. Тому на сьогодні роботи з пошуку нових шляхів покращення цих характеристик є актуальними.

Модифікування поверхні виробу нанесенням зносостійких покриттів є одним з найбільш перспективних методів удосконалення сталей та твердих сплавів. Захист матеріалів шляхом дифузійного легування поверхні є не просто ефективним, а в окремих випадках і єдиним можливим засобом отримання виробів з необхідними експлуатаційними властивостями.

До найбільш перспективних матеріалів захисних покриттів відносять карбіди та нітриди перехідних металів IV-VI груп періодичної системи. Сполучення високої твердості, теплостійкості, зносостійкості, жаро- та корозійної стійкості і хімічної інертності поверхневих шарів покриттів з міцністю, в'язкістю матеріалу основи найбільш повно реалізується в сталях та твердих сплавах із захисними покриттями. Результати досліджень у галузі хіміко-термічної обробки (ХТО) відображені у багатьох працях сучасних вчених (В. Ф. Лоскутов, О. В. Білоцький, Б. Н. Арзамасов, В. І. Похмурський, Ф. І. Пантелєєнко, Г. В. Зємсков, О. І. Яськів, І. Н. Погрелюк, В. Н. Федірко).

У багатьох випадках покриття на сталях та твердих сплавах, отримані при однокомпонентному насиченні, не можуть задовольнити вимоги сучасної практики. Тому на сьогодні проводять роботи з насичення кількома елементами та за різною методикою: послідовно чи одночасно. Багатокомпонентна дифузійна обробка приводить до суттєвого поліпшення властивостей поверхневого шару порівняно з насиченням одним елементом. Крім того, покриттям, що складаються з декількох речовин, певною мірою, притаманні позитивні властивості відповідних окремих складових. Таким чином, безсумнівний інтерес має визначення взаємозв'язків між фазовим, хімічним складом покриття, його структурою, мікротвердістю, тріщиностійкістю, адгезією покриття з матеріалом основи і зносостійкістю. Отримані результати дозволять коректно підійти до вибору раціонального типу покриття та технології його нанесення. Тому розроблення нового методу отримання дифузійних карбонітридних покриттів азотуванням з подальшою металізацією, дослідження їх основних характеристик та властивостей є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася на кафедрі “Металознавство та термічна обробка” НТУУ “КПІ” за пріоритетним напрямом роботи НТУУ “КПІ” у рамках тем відомчого замовлення. Матеріали досліджень використані в науково-дослідній роботі № 2014 за темою “Наукові основи формування багатокомпонентних карбідних покриттів з високим комплексом властивостей на сталях”, що розроблялася згідно з наказом Міністерства освіти і науки України №732 від 24.10.2006 та наказом НТУУ “КПІ” №2-248 від 29.12.2006 за пріоритетним напрямом 7 - Нові матеріали та речовини в 2007 - 2009 роках.

Мета і завдання дослідження. Підвищення працездатності деталей машин та інструментів за рахунок реалізації нової технології, яка складається з комбінації двох процесів: азотування в середовищі аміаку та подальшою дифузійною металізацією титаном, ванадієм та хромом за умов зниженого тиску в середовищі хлору. Дослідження фізико-хімічних умов процесів формування нових багатокомпонентних дифузійних захисних покриттів, їх фазового, хімічного складів, структури, властивостей на технічному залізі, сталях 20, 45, У8А, 9ХС, ХВГ, ШХ15, Х12М та твердих сплавах ВК8 і Т5К10.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

1. Провести теоретичний аналіз фізико-хімічних умов дифузійної металізації в середовищі хлору з використанням термодинамічних розрахунків рівноважного складу газових та конденсованих фаз багатокомпонентних систем з азотом, вуглецем, киснем, титаном, ванадієм, хромом та хлором в інтервалі температур 500-1500 К і тиску 105-103 Па.

2. Розробити нові способи комплексного насичення сталей та твердих сплавів, що включають реалізацію послідовних процесів дифузійного азотування в середовищі аміаку та дифузійної металізації титаном, ванадієм, хромом у середовищі хлору.

3. Визначити фазовий та хімічний склад, мікроструктуру і товщину захисних покриттів на технічному залізі, сталях 20, 45, У8А, 9ХС, ХВГ, ШХ15, Х12М та твердих сплавах ВК8 і Т5К10 після азотування та азотування з подальшою металізацією титаном, ванадієм, хромом. Встановити залежність складу, структури та характеристик від кількості вуглецю і легуючих елементів основи, температури та часу обробки.

4. Проаналізувати вплив комплексної обробки титаном, ванадієм, хромом на властивості покриттів на сталях та твердих сплавах (мікротвердість, мікроміцність, показник мікрокрихкості, мікропористість).

5. Дослідити зносостійкість сталі У8А після азототитанування, азотованадіювання та азотохромування в умовах тертя ковзання без змащування.

Об'єкт дослідження - дифузійні покриття на основі карбідів та нітридів титану, ванадію та хрому на технічному залізі, сталях 20, 45, У8А, 9ХС, ХВГ, ШХ15, Х12М та твердих сплавах ВК8 і Т5К10.

Предмет дослідження - склад, структура, характеристики дифузійних карбонітридних покриттів на основі титану, ванадію, хрому та їх взаємозв'язок із мікротвердістю, мікроміцністю, мікропористістю та зносостійкістю.

Методи дослідження: роботу проводили з використанням сучасного обладнання в лабораторних та виробничих умовах. Фізико-хімічні умови процесів нанесення карбонітридних покриттів за участю титану, ванадію, хрому визначали за допомогою пакету прикладної програми “Астра” з базою термодинамічних даних. У роботі проводилися рентгенівський фазовий, локальний мікрорентгеноспектральний, мікроструктурний, дюрометричний аналізи, вимірювання пористості проводили металографічним методом, визначення механічних властивостей реалізовували за методикою “кінетичної мікротвердості”.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше показана можливість одержання на сталях та твердих сплавах дифузійних покриттів типу карбід - нітрид титану, ванадію, хрому комбінацією двох послідовних процесів: дифузійного азотування в середовищі аміаку та металізацією у закритому реакційному просторі за умов зниженого тиску в середовищі хлору.

2. Уперше визначено, що внаслідок азототитанування утворюються карбід титану TiC та нітрид титану TiN, азотованадіювання - карбід ванадію V2C та нітрид ванадію VN. Азотохромування приводить до формування карбідів хрому Cr23C6 та Cr7C3 і нітриду Cr2N. Нітридний шар примикає до основи, карбідний - розміщується ззовні покриття.

3. Встановлено, що нітридний шар є бар'єром для дифузії заліза основи в карбідну зону покриття. Таким чином, карбідний шар після комплексної обробки містить значно меншу кількість заліза порівняно з відповідним шаром після однокомпонентного насичення.

4. Запропоновано схему формування комплексних покриттів типу карбід-нітрид насичувальних елементів. Показано, що на першому етапі дифузійної металізації попередньо азотованих сплавів формується нітридний шар, на другому - шар карбідів насичувального елемента. Товщина карбідного шару TiC контролюється підведенням вуглецю з основи, нітриду титану TiN - титаном від поверхні та азотом з основи. Зі збільшенням часу ізотермічної витримки товщина нітридного шару змінюється незначно.

5. Встановлено, що порівняно з насиченням одним компонентом комплексна ХТО приводить до плавного зменшення твердості ззовні покриття до основи. Пористість покриттів після комплексної обробки значно менша, ніж після однокомпонентного насичення. Максимальне навантаження утворення тріщини та мінімальний показник мікрокрихкості має шар нітриду хрому Cr2N. Максимальну мікроміцність має шар Cr7C3 після хромування.

6. Показано, що в результаті випробувань сталі У8А з комплексними покриттями на знос в умовах тертя ковзання без змащування відбувається перенесення матеріалу контртіла (сталь 65Г та Р18) на покриття біля зони безпосереднього контакту.

Практичне значення одержаних результатів. Вставка матриці витяжного штампа зі сталі Х12М та різальних пластин ВК8 після азототитанування та азотохромування відповідно були успішно випробувані у виробничих умовах на ВАТ “СНВО ім. М. В. Фрунзе” (м. Суми). Основні результати роботи впроваджені у навчальний процес кафедри прикладного матеріалознавства і технології конструкційних матеріалів Сумського державного університету як спеціальні розділи курсів “Наукові основи вибору матеріалу і прогресивних зміцнюючих технологій” і “Наукові дослідження та підготовка магістерських робіт”.

Особистий внесок здобувача. Автором досліджено склад, структуру, пористість, триботехнічні та механічні властивості захисних покриттів на основі карбідів і нітридів титану, ванадію, хрому на сталях та твердих сплавах. Консультації з теми дисертації надавалися к.т.н. Сіговою В. І. Визначення фазового складу покриттів проводилося під керівництвом д.ф.-м.н. Карпеця М. В. та асист. Нестеренка Ю. В. Дослідження хімічного складу виконувалося на обладнанні TOKYO BOEKI LTD під керівництвом к.ф.-м.н. Тінькова В. О. Визначення мікромеханічних властивостей проводили разом з інж. Горелкіним Д. М., триботехнічні випробування - з інж. Костенком А. Д., ст.викл. Марченком С. В., асист. Руденком П. В.

Апробація результатів дисертації. Робота виконана на кафедрі “Металознавство та термічна обробка” інженерно-фізичного факультету НТУУ “КПІ”. Основні наукові положення дисертації доповідались і обговорювалися на таких конференціях: науково - технічній конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів інженерного факультету СумДУ, м. Суми, 2006 р.; “Сучасні досягнення теорії і практики у металургії і матеріалознавстві”, м. Київ, 2007 р.; “До нових технологій на основі новітніх фізико-матеріалознавчих досліджень”, м. Київ, 2007 р.; “Теоретичні і експериментальні дослідження в технологіях сучасного матеріалознавства та машинобудування”, м. Луцьк, 2007 р.; “HighMatTech”, м. Київ, 2007 р.; “До високих технологій на основі новітніх фізико-матеріалознавчих досліджень”, м. Київ, 2007 р.; “Фізика конденсованих систем та прикладне матеріалознавство”, м. Львів, 2007 р.; “Сучасний український університет: теорія і практика впровадження інноваційних технологій”, м. Суми, 2008 р.; “Университетская наука - 2008”, м. Маріуполь, 2008 р.; “Материаловедение тугоплавких соединений: достижения и проблемы”, м. Київ, 2008 р.; “Матеріали: одержання, обробка, застосування”, м. Київ, 2008.р.; “Сучасні проблеми машинознавства”, м. Київ, 2008 р.; “Матеріали для роботи в екстремальних умовах”, м. Київ, 2008 р.; “Современные материалы и технологии в металлургии и машиностроении”, м. Київ, 2008 р.; “Сучасне матеріалознавство: матеріали та технології”, м. Київ, 2008 р.

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 11 наукових статтях, визначених ВАК України фаховими виданнями та в 10 тезах доповідей на наукових конференціях. Отримано 2 патенти України на корисну модель № 30506 і № 45137.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг становить 165 сторінки, у тому числі 97 рисунків, 24 таблиці, 136 найменувань літературних джерел.

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано мету й основні завдання досліджень, наведено загальну характеристику дисертації.

У першому розділі проаналізовано сучасний рівень досягнень у галузі одержання захисних покриттів для зміцнення деталей машин, інструментів та оснастки. Серед основних методів поверхневого зміцнення виділено такі: хімічне і фізичне осадження покриттів із газової фази, циркуляційний метод насичення із газової фази та комплексне насичення. Проаналізовані основні переваги того чи іншого способу насичення. Аналіз літературних даних показав перспективність розроблення нової технології отримання багатошарових покриттів на основі карбідів і нітридів перехідних металів IV-VI груп періодичної системи комбінацією двох послідовних процесів: дифузійного азотування в середовищі аміаку з подальшою металізацією.

У другому розділі наведено характеристики використаних сплавів, раціональний склад вихідних реагентів та оптимальний режим насичення. Як матеріал основи використовували технічне залізо, сталі 20, 45 У8А, 9ХС, ХВГ, ШХ15, Х12М та тверді сплави ВК8 і Т5К10. Нова методика нанесення захисних покриттів складається з двох послідовних процесів: азотування в середовищі аміаку та металізації в середовищі хлору. Азотування реалізовували в печі шахтного типу при температурі 540 0С протягом 20 - 36 год. Дифузійну металізацію проводили у спеціальному пристрої на базі печі шахтного типу в замкнутому реакційному просторі за умов зниженого тиску при температурі 950 - 1050 0С. Як матеріали насичення при металізації використовували порошки титану, ванадію, хрому, деревне вугілля та чотирихлористий вуглець.

Фізико-хімічні умови проходження процесів дифузійної металізації досліджено за допомогою прикладної програми “Астра”. Рентгеноструктурний аналіз проводили на дифрактометрі ДРОН УМ-1 в мідному монохроматизованому випромінюванні, рентгенограми розшифровували за допомогою пакету прикладних програм PowderCell 2.4. Мікрорентгеноспектральний аналіз проводили на електронному мікроскопі JSM-6490LV. Металографічний аналіз проводили на мікроскопах МИМ-8, Neophot-21, дюрометричний аналіз - на приладі ПМТ-3. Показники мікрокрихкості покриттів визначали з використанням приладу ПМТ-3, оснащеним пристроєм MIKRON-gamma equipment&softwear методом кінетичної мікротвердості. Зносостійкість визначали на машині тертя МТ-68 в умовах тертя ковзання без змащування за схемою вал-вкладка. Величину зносу оцінювали за площиною лунки, що формується в результаті тертя та ваговим методом.

У третьому розділі проведені теоретичні розрахунки фізико-хімічних параметрів процесів, метою яких було виявити вплив елементів, що входять до складу систем, на рівноважний фазовий склад. Розрахунки проводили в інтервалі температур 500-1500 К при тиску 10 2 Па. Визначено склад газових та конденсованих фаз (табл. 1). Так, для систем, до складу яких входить титан, при температурах, вищих за 1000 К, імовірність існування карбіду титану TiC збільшується, а нітриду титану TiN зменшується (рис. 1). Основними компонентами газової фази є хлориди титану різної валентності, з підвищенням температур парціальний тиск яких зростає.

Для систем Cl-N-C-Fe-V утворюються карбід ванадію VС та нітрид ванадію VN в конденсованому стані (табл. 1, система 2).

Таблиця 1. Рівноважний фазовий склад систем (Т= 500-1500 К, р=10 2 Па)

Компоненти системи та їх кількість, моль	Фази реакційного простору
	газова фаза	конденсована фаза
1. Cl-N-C-Fe-Ti= 2-5-4-4-6	Cl, N2, FeCl, FeCl2, FeCl3, TiCl2, TiCl3, TiCl4	C, Fe, FeCl2, Fe3C, TiN, TiC
2. Cl -N-C-Fe-V= 2-5-3-1-6	Cl, N2, FeCl2, VCl, VCl2,VCl3	C, FeCl2, VN, VC
3. Cl-N-C-Fe-Cr= 2-5-3-1-6	Cl, N2, FeCl, FeCl2, FeCl3, CrCl, CrCl2, CrCl3	C, Fe, Fe3C, CrCl2, CrN, Cr2N, Cr3C2

Встановлено, що для систем Cl-N-C-Fe-Сr основними конденсованими фазами є карбід хрому Cr3C2, нітриди хрому CrN та Cr2N (табл. 1, система 3). При додаванні до систем кисню серед конденсованих фаз формуються оксиди Ti4O7, VO, V2O3, Cr2О3 відповідно.

З наведених даних можна зробити висновок про імовірність утворення фаз системи. Можливий фазовий склад покриття буде визначатися гіпотетичним складом конденсованого стану для певної рівноважної системи.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень поверхневих шарів на сталях та твердих сплавах після азотування, азототитанування, азотованадіювання та азотохромування.

Встановлено, що азотування технічного заліза, сталей 20, 45, У8А, ШХ15, ХВГ, 9ХС та Х12М при температурі 540 0С протягом 20-36 год. в атмосфері аміаку при рівні його дисоціації 25-35 % приводить до формування на поверхні азотованого шару. Найбільшу мікротвердість має г'- фаза сталі Х12М - 14 ГПа.

Азототитанування, азотованадіювання, азотохромування сталей та твердих сплавів приводять до формування на поверхні покриттів, що складаються з карбідів та нітридів титану, ванадію, хрому відповідно (табл. 2).

Таблиця 2. Результати рентгеноструктурного та дюрометричного аналізів сталі У8А після ХТО: азотування Т=540 0С, ф=36 год., металізація Т=1050 0С, ф =4 години

ХТО	Фазовий склад поверхні	Період ґратки, нм	Тов-щина, мкм	Мікро-твердість, ГПа
		a	c	b
Азотування	Fe2N	0,4798	0,4424	-	11,0	5,6
	Fe4N	-	-	-	10,5	7,2
	Fe3O4	0,8413	-	-	-	-
Титанування	TiC	0,4339	-	-	16,5	39,0
Азототитанування	TiC	0,4340	-	-	13,5	38,6
	TiN	0,4260	-	-	3,5	29,0
Ванадіювання	VC	0,4166	-	-	18,0	23,3
Азотованадіювання	V2C	0,5025	-	0,4604	15,0	20,6
	VN	0,4169	-	-	4,0	16,3
Хромування	Сr23C6	1,0688	-	-	9,0	17,2
	Cr7С3	0,7081	0,4545	1,2187	9,0	16,2
Азотохромування	Cr23C6	1,0710	-	-	5,0	18,2
	Cr7C3	0,7043	0,4543	1,2180	4,0	16,2
	Cr2N	0,4811	0,4466	-	4,0	8,8

Характер зміни хімічного складу комплексних покриттів за товщиною можна розглянути на прикладі сталі ХВГ після азотохромування.

Рентгеноспектральним методом аналізу карбідного шару захисного покриття на сталі ХВГ після азотохромування (Т=1050 0С, ф=4 год.) встановлена наявність C, Cr та Fe. Крім того, у карбідному шарі в незначній кількості наявні вольфрам основи сталі ХВГ, кисень та азот.

Незначна кількість заліза основи дифундує в карбідний шар покриття через нітридний шар. При цьому кількість заліза в карбідному шарі комплексного покриття значно менша, ніж у відповідному карбідному шарі хромованого покриття. Таким чином, нітридний шар є бар'єром, який гальмує проникнення заліза до зовнішнього боку покриття. Це повинно мати позитивні наслідки з точки зору зносо-, жаро- та корозійної стійкості матеріалу. За збільшенням розчинності заліза в карбідних шарах захисні покриття після комплексної обробки можна розмістити в ряд VC- TiC- Cr23C6 -Cr7C3.

Встановлено, що в результаті азототитанування сталей на поверхні формується двошарове покриття.

Зовнішній шар покриття являє собою карбід титану TiC. Внутрішній шар, що безпосередньо примикає до основи, виявляється у вигляді смуги жовто-золотавого кольору. Цей шар було ідентифіковано як нітрид титану TiN. Захисні шари сірого кольору, рівномірні за товщиною у всіх досліджених областях, не містять тріщин. Межа поділу між покриттям і матрицею відносно рівна. Карбідна складова покриття після азотохромування складається з двох окремих шарів: ззовні формується шар Cr23C6, ближче до основи розміщується шар Cr7C3. Зона карбіду хрому Cr7C3 складається із стовпчастих зерен, спрямованих нормально до поверхні. Під карбідним шаром покриття після азотохромування розміщується шар Cr2N, який виявляється у вигляді суцільної однорідної білої смуги, має чітко виражену межу поділу з основою та карбідними шарами.

Рентгеноструктурним аналізом твердих сплавів ВК8 та Т5К10 після ХТО (табл. 3) встановлено, що в результаті азототитанування дифузійна зона складається із шару нітриду титану TIN, який примикає до основи, і шару карбіду титану TIC, розміщеного на зовнішньому боці покриття. Період кристалічної ґратки карбіду титану TiC на азототитанованому сплаві ВК8 становить 0,4325 нм і є меншим за період відповідного карбіду після титанування. Дані відмінності обумовлені тим, що при титануванні азотованого сплаву першим, що утворився, шар нітриду титану TIN гальмує дифузію вуглецю до поверхні.

При титануванні більше 2 год. під шаром нітриду можливе формування зони незначної товщини на основі карбіду Co6W6C.

Таблиця 3. Результати рентгеноструктурного та дюрометричного аналізів твердих сплавів після ХТО: азотування Т=540 0С, ф=36 год., металізація Т=1050 0С, ф =2 години

Матеріал основи	ХТО	Фазовий склад поверхні	Період ґратки, нм	Товщина, мкм	Мікротвердість, ГПа
			а	с
ВК8	Азотування	WC	0,2906	0,2836	-	-
		Сo	0,2604	0,6756	-	-
	Азото-титанування	TiC	0,4325	-	4,0	34,0
		TiN	0,4226	-	2,0	27,2
		WC	0,2904	0,2837	-	-
	Азото-хромування	Cr23C6	1,0653	-	2,5	16,5
		Cr2N	0,4804	0,4454	9,2	10,5
Т5К10	Азотування	TiC	0,4320	-	-	-
		WC	0,2907	0,2839	-	-
	Азото-титанування	TiC	0,4324	-	5,0	35,0
		TiN	0,4224	-	2,0	27,2
		WC	0,2906	0,2830	-	-

дифузійний металізація азотований шар

Для вивчення кінетики утворення покриттів при дифузійній металізації за запропонованою технологією був проведений процес азототитанування при температурах 950- 1050 0С впродовж 0,5; 2 та 4 год.

Встановлено, що параболічний характер збільшення товщини нітридної зони після азототитанування має місце лише в перші 2 год. насичення. Причому, товщина нітридного шару TiN зі збільшенням ізотермічної витримки змінюється незначно і становить для сталей 3,5-4,0 мкм, для твердих сплавів -2,5-3,0 мкм.

Можна вважати, що збільшення товщини нітридного шару в перші 2 год. ХТО контролюється дифузією азоту з основи, титану - з газової фази і припиняється внаслідок гальмування підведення титану утвореним карбідним шаром TiC. Збільшення часу ізотермічної витримки з 0,5 до 2 год. приводить до формування двошарового покриття нітрид - карбід титану. Встановлено, що шар карбіду титану TiC формується лише після 0,5 год. азототитанування. Це можна пояснити тим, що на початку процесу титан, що адсорбується поверхнею сталі, зв'язується в нітрид титану TiN. При цьому товщина карбідного шару TiC при азототитануванні буде дещо менша, ніж при титануванні. У той самий час загальна товщина покриття після азототитанування на сталях 45, У8А, Х12М буде більшою, ніж карбідного після титанування. На відміну від збільшення товщини карбідного шару TiC товщина нітридного шару TiN з часом насичення практично не змінюється. Причиною гальмування росту нітридного шару TiN є блокування підведення титану з газової фази шаром карбіду титану TiC.

У п'ятому розділі наведено результати досліджень властивостей захисних покриттів на сталях та твердих сплавах після азототитанування, азотованадіювання та азотохромування. Максимальна товщина нітридного шару на технічному залізі після азототитанування зафіксована при насиченні при температурі 1050 0С протягом 4 год. і становить 4,0 мкм. Товщина нітридних шарів в структурі сталей 20, 45 У8А дорівнює 3,0-3,5 мкм. Максимальна товщина шару TiC була зафіксована в структурі сталі У8А - 13,5 мкм, мінімальна - в структурі сталі Х12М - 6,0 мкм. Товщина шару TiN для вибраних умов титанування незначно залежить від складу основи і становить 2,0-3,5 мкм.

Встановлено, що вміст вуглецю у сталях 20, 45, У8А майже не впливає на мікротвердість нітридного шару.

Шар карбіду титану TiC з максимальною мікротвердістю утворюється на сталі У8А - 38,4 ГПа, мінімальною - на сталі 20 та твердих сплавах - 32,0- 34,0 ГПа. Мікротвердість шару нітриду титану TiN незначно залежить від складу основи і становить 27,0- 30,0 ГПа.

Результати визначення мікромеханічних властивостей наведені у таблиці 4.

Максимальне навантаження утворення тріщини має шар нітриду хрому Cr2N 85 мН, мінімальне - карбіду ванадію VC- 55 мН при ванадіюванні. Максимальну мікроміцність 981,9 МПа має шар Cr7C3 після хромування, мінімальну 391,1 МПа VC після ванадіювання. Максимальний показник мікрокрихкості 91,2, зафіксований у карбідному шарі TiC після титанування, мінімальний - 15,4, у нітридному шарі Cr2N сталі У8А. За збільшенням адгезії з основою покриття можна розмістити в ряд TiC, VC, V2C + VN, TiC + TiN, Cr23C6 + Cr7C3, Cr23C6 + Cr7C3 + Cr2N.

Таблиця 4. Мікромеханічні властивості захисних покриттів на сталі У8А після ХТО: азотування Т=540 0С, ф=36 год., металізація Т=1050 0С, ф =4 години

Вид обробки	Фазовий склад	Навантаження утворення тріщини Pт, мН	Розмір тріщини С, мкм	Мікроміцність умм, МПа	Показникмікрокрихкості г	Напруга відшарування покриття увп, МПа
Титанування	TiC	65	39,0	427,4	91,2	61,0
Азото-титанування	TiC	62	37,0	407,6	85,2	200,0
	TiN	70	32,0	683,5	42,4
Ванадіювання	V2C	-	-	-	-	115,0
	VC	55	37,5	391,1	59,6
Азото-ванадійювання	V2C	68	28,0	867,1	23,8	180,0
	VN	77	29,5	884,8	18,4
Хромування	Cr23C6	78	29,0	927,4	18,5	220,0
	Cr7C3	70	26,7	981,9	16,5
Азото-хромування	Cr23C6	70	28,0	892,2	20,4	300,0
	Cr7C3	75	28,7	910.5	17,8
	Cr2N	85	38,6	570,5	15,4

Встановлено, що максимальною мікропористістю характеризуються покриття після азотованадіювання. За ними за зменшенням пористості розміщені покриття після азототитанування та азотохромування.

В роботі були проведені випробування на знос сталі У8А з покриттями при терті ковзанні без змащування за схемою вал-вкладка. При терті сталі У8А після азототитанування в структурі лунки зносу можна розрізнити три зони: темна (зона А- поверхня поза зоною контакту), сіра (зона Б - покриття), біла (зона В- основа). В зоні А, крім вуглецю та титану, на значній відстані від лунки зносу виявлено кисень, залізо, вольфрам та хром. Два останні елементи є складовими контртіла із сталі Р18.

Окремі області сірого кольору в лунці зносу сформувалися шляхом перенесення частинок оксиду TiO2 або зруйнованого покриття TiC від краю лунок зносу в її центральні зони. За збільшенням зносостійкості сталі У8А способи насичення можна розмістити так: азотування, титанування, азототитанування, ванадіювання, азотованадіювання, хромування, азотохромування. Підвищення зносостійкості сталі У8А після дифузійної металізації порівняно зі сталлю без обробки у 1,2-1,5 раза можна пояснити підвищенням мікротвердості, більш низьким коефіцієнтом тертя. Максимальну стійкість проти зносу має сталь У8А після азотохромування (Т= 1050 0С, ф=4 год.).

Виробничі випробування багатогранних непереточуваних твердосплавних пластин із сплаву ВК8 з механічним кріпленням після азотохромування проводили при обробці валів зі сталі 30ХГС твердістю 46 HRC. Деталі підлягали точінню за режимами: швидкість точіння - 2,5-3,5 м/с, подача - 0,2-0,4 мм/об, глибина різання - 0,8-1,0 мм. За період випробувань брали час до утворення допустимої величини зношування різця за задньою поверхнею 0,7 мм. Стійкість пластин після азотохромування виявилася вищою за серійні у 2,0-2,5 раза.

Випробуванню підлягали вставки матриці витяжного штампа зі сталі Х12М після азототитанування штампуванням виробів із листової сталі 20 товщиною 3,0 мм. За стійкість вставки матриці брали кількість виробів, виготовлених до моменту утворення задирок, висотою не більше 0,2 мм. Середня стійкість витяжного штампа зі сталі Х12М після азототитанування до першого переточування підвищилася з 4,5-5,0 тис. до 10,0-14,0 тис. відштампованих виробів. Результатом випробування вставки матриці витяжного штампа зі сталі Х12М після азототитанування при обробці сталі 20 є підвищення експлуатаційної стійкості порівняно зі вставкою без захисного покриття у 2,2- 2,8 раза.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішено важливу науково-технічну задачу підвищення працездатності деталей машин та інструментів нанесенням захисних покриттів комбінацією двох дифузійних процесів: азотуванням в середовищі аміаку та подальшою дифузійною металізацією титаном, ванадієм та хромом у середовищі хлору.

1. Дослідження фізико-хімічних умов процесів дифузійної металізації рівноважного фазового складу закритих систем за участі титану, ванадію, хрому, вуглецю, азоту, хлору, заліза та кисню в інтервалі температур 500 - 1500 К при тиску 1 102 Па показало, що:

- основними конденсованими фазами є TiN, TiC; VN, VС; CrN, Cr2N, Cr3C2, кількість яких залежить від вмісту азоту, вуглецю у вихідному стані та від температури. З підвищенням температури вірогідність існування нітридної фази TiN зменшується, карбідної TiC - збільшується;

- основними компонентами газової фази є хлориди насичувальних елементів різної валентності;

- за наявності в системі кисню утворюються оксиди насичувальних елементів Ti4O7, VO, V2O3 та Cr2О3, область існування яких обмежена низькими температурами.

2. Азотування технічного заліза, сталей 20, 45, У8А, ШХ15, ХВГ, 9ХС та Х12М при температурі 540 0С протягом 20-36 год. в атмосфері аміаку при рівні його дисоціації 25-35 % приводить до формування на поверхні азотованого шару товщиною 340,0-550,0, мкм з товщиною зони нітридів 15,5- 27,0 мкм. Найбільшу мікротвердість має шар г' - фази (Fe4N) на сталі Х12М - 14,0 ГПа, максимальна мікротвердість шару е-фази (Fe2-3N) була зафіксована на сталі У8А - 5,6 ГПа.

3. При азототитануванні, азотованадіюванні та азотохромуванні (Т=1050 0С, ф=4 год.) сталей та твердих сплавів (Т=1050 0С, ф=2 год.) формуються двошарові покриття. На зовнішньому боці дифузійної зони розтаміщується карбідний шар насичувального елемента, під яким безпосередньо до основи примикає шар нітриду. Показано, що:

- при азототитануванні вуглецевих, легованих сталей та твердих сплавів утворюється покриття з карбіду титану TiC та нітриду титану TiN. У структурі технічного заліза формується одношарове покриття з нітриду титану TiN. Період кристалічної ґратки нітриду титану TiN технічного заліза а=0,43158 нм; сталей 20, 45 У8А а=0,42602- 0,42570 нм; сталей 9ХС, ХВГ, ШХ15, Х12М а=0,4253-0,4251 нм;

- при азотованадіюванні сталей утворюються карбідний шар V2C з параметрами ґратки для сталі У8А а=0,5025 нм, с=0,4604 нм, під яким до основи примикає шар нітриду ванадію VN а=0,4169 нм;

- при азотохромуванні сталей формується покриття з карбідного шару складу Cr23C6 і Cr7C3. та нітридного Cr2N. Параметри відповідних фаз становлять Сr23C6 а=1,0710 нм; Cr7C3 а=0,7043 нм, с=0,4543 нм, b=1,2180 нм; Cr2N а= 0,4811 нм, с=0,4466 нм.

4. Показано, що кількість заліза в карбідній зоні багатошарового покриття у кілька разів менша, ніж у відповідному одношаровому покритті. Так, вміст заліза в одношаровому покритті TiC становить 1,3 % (мас.), у двошаровому 0,5 % (мас.). Нітридний шар відіграє роль бар'єра, який стримує дифузію заліза з основи. За збільшенням концентрації заліза в карбідних шарах захисні покриття після комплексної обробки можна розмістити в ряд VC- TiC- Cr23C6 -Cr7C3. У свою чергу, насичувальний елемент розчиняється в основі сталей, утворюючи перехідну зону. У захисних шарах розчиняються елементи основи: хром, вольфрам, кремній, марганець.

5. У комплексному покритті шар карбіду титану TiC суцільний, однорідний за структурою і товщиною, практично безпористий, розміщений на зовнішньому боці покриття. Шар нітриду титану TiN тонкий, жовтувато-золотавого кольору, розміщений під шаром TiC. Встановлено, що після азотованадіювання та азотохромування зовнішні карбідні та внутрішні нітридні шари не містять тріщин, рівномірні за товщиною.

6. Карбідний шар TiC на поверхні твердих сплавів ВК8 та Т5К10 виявляється у вигляді білої смуги, однорідний за структурою. Нітридний шар TiN має характерний жовтувато-золотавий колір. Після азотохромування захисне покриття на поверхні твердого сплаву ВК8 виявляється у вигляді двох послідовно розміщених шарів із чіткою межею поділу з основою білого кольору, межі зерен не протравлені.

7. Максимальна товщина шару карбіду титану TiC після азототитанування (Т=1050 0С, ф=2 год.) зафіксована на сталі У8А - 13,5 мкм, мінімальна - на ВК8 - 4,0 мкм. Встановлено, що товщина нітридного шару TiN зростає до 3,5-4,0 мкм в перші 2 год. насичення і з подальшим збільшенням часу не змінюється, що зумовлено гальмуванням підведенням титану утвореним карбідним шаром TiC.

8. Максимальна мікротвердість карбідного шару зафіксована після азототитанування на сталі У8А - 38,6 ГПа, мінімальна мікротвердість карбідного шару - після азотохромування на сталі 45 Cr7C3 - 16,0 ГПа. Максимальна мікротвердість нітридного шару зафіксована після азототитанування на сталі Х12М - 30,4 ГПа, мінімальна - після азотохромування на сталі 45- 7,4 ГПа. Встановлено, що мікротвердість карбіду титану TiC на твердих сплавах ВК8 і Т5К10 становить 34,0- 35,0 ГПа. Мікротвердість нітридного шару TiN - 27,0 ГПа. Встановлено, що мінімальну мікропористість мають покриття, що формуються у результаті азотохромування. Показано, що максимальну мікроміцність 981,9 МПа має шар Cr7C3 після хромування, мінімальну 391,1 МПа VC - після ванадіювання. Максимальний показник мікрокрихкості 91,2 зафіксовано в карбідному шарі TiC після титанування, мінімальний 15,4 - в нітридному шарі Cr2N сталі У8А. За збільшенням адгезії з основою покриття можна розмістити в ряд TiC, VC, V2C+VN, TiC+TiN, Cr23C6+Cr7C3, Cr23C6+Cr7C3+Cr2N.

9. У результаті випробувань сталі У8А з комплексними покриттями на знос в умовах тертя ковзання без змащування відбувається перенесення матеріалу контртіла на покриття біля зони безпосереднього контакту. Комплексна обробка приводить до підвищення зносостійкості сталі У8А у 1,2-1,5 раза. За збільшенням зносостійкості сталі У8А після насичення можна розмістити так: азотування, титанування, азототитанування, ванадіювання, азотованадіювання, хромування, азотохромування.

10. Проведені виробничі випробування твердосплавних пластин ВК8 після азотохромування. Встановлено підвищення стійкості порівняно з серійними у 2,0-2,5 раза. Результатом виробничих випробувань вставки матриці витяжного штампа зі сталі Х12М після азототитанування при обробці сталі 20 є підвищення експлуатаційної стійкості порівняно зі вставкою без захисного покриття у 2,2-2,8 раза.

Основний зміст дисертації відображено у наступних публікаціях

1. Хижняк В. Г. Будова та механічні властивості карбідних та нітридних покриттів титану, ванадію та хрому на сталі У8А / В. Г. Хижняк, Н. А. Курило // Металознавство та обробка металів. -- 2007. -- № 3. -- С. 17--21.

2. Сігова В. І. Азототитанування конструкційних та інструментальних сталей / В. І. Сігова, В. Г. Хижняк, Н. А. Курило // Вісник Сумського державного університету. Серія Технічні науки. -- 2007. -- № 2. -- С. 73--79.

3. Хижняк В. Г. Будова та зносостійкість карбідних та нітридних покриттів титану, ванадію та хрому на сталі У8А / В. Г. Хижняк, Н. А. Курило, М. М. Шахрайчук // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. -- 2007. -- № 3. -- С. 105--109.

4. Хижняк В. Г. Антифрикційні властивості карбідних та нітридних покриттів титану на сталі У8А / В. Г. Хижняк, Н. А. Курило // Проблеми тертя та зношування: науково-технічний збірник Національного авіаційного університету. -- 2007. -- № 47. -- С. 142--150.

5. Хижняк В. Г. Диффузионные покрытия на основе карбидов Ti, V и Cr на стали У8А / В. Г. Хижняк, Ю. М. Помарин, Н. А. Курило, И. Ю. Медова // Современная электрометаллургия. Институт электросварки им. Е.О. Патона. -- 2007. -- № 4. -- С. 30--33.

6. Курило Н. А. Фізико-хімічні умови процесу титанування азотованих сплавів у середовищі хлору / Н. А. Курило, В. Г. Хижняк, В. І. Сігова, С. В. Марченко // Вісник Сумського державного університету. Серія Технічні науки. -- 2008. -- № 3. -- С. 29--33.

7. Хижняк В. Г. Азототитанування сталей і твердих сплавів / В. Г. Хижняк, Н. А.Курило, І. В. Летвицька, О. Т. Сердитов // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. -- 2008. -- № 6. -- С. 83--88.

8. Хижняк В. Г. Комплексні зносостійкі покриття на основі тугоплавких сполук титану та хрому / В. Г. Хижняк, Т. В. Лоскутова, А. І. Дегула, Н. А. Курило // Проблеми тертя та зношування: науково-технічний збірник Національного авіаційного університету. -- 2008. -- Т. 2. -- № 49. -- С. 66--70.

9. Хижняк В. Г. Зносо- та корозійна стійкість нержавіючих азотованих сталей / В. Г. Хижняк, Н. А. Курило, О. В. Більченко, В. Д. Лесечко // Проблеми тертя та зношування: науково-технічний збірник Національного авіаційного університету. -- 2008. -- №50. -- С. 202--206.

10. Хижняк В. Г. Вплив ступеня дисоціації аміаку на структуру та властивості неіржавіючих азотованих сталей / В. Г. Хижняк, Н. А. Курило, О. В. Більченко // Металознавство та обробка металів. -- 2009. -- № 2. -- С. 31--34.

11. Аршук М. В. Комплексні покриття за участю титану та алюмінію на сталі ШХ15 / М. В. Аршук, Н. А. Курило, В. Г. Хижняк, Т. В. Лоскутова, Д. В. Лесечко // Проблеми тертя та зношування: науково-технічний збірник Національного авіаційного університету. -- 2009. -- № 51. -- С. 124--131.

12. Пат. 30506 Україна, МПК С 23 С 12/00. Спосіб нанесення карбонітридних дифузійних покриттів на поверхню сталей та твердих сплавів / Хижняк В. Г., Курило Н. А., Шахрайчук М. М., Лещенко С. М., Чуриков М. В.; заявник та патентовласник НТУУ “КПІ”. -- № 200713004; заявл. 23.11.2007; опубл. 25.02.2008, Бюл. № 4/2008.

13. Пат. 45137 Україна, МПК' С 23 С 12/00. Спосіб нанесення дифузійних покриттів на поверхню твердих сплавів / Хижняк В. Г., Курило Н. А., Левашов С. С., Семененко І. С.; заявник та патентовласник НТУУ “КПІ” -- № 200905449 ; заявл. 29.05.2009; опубл. 26.10.2009, Бюл. № 20/2009.

14. Сигова В. И. Повышение износостойкости твердосплавного режущего инструмента методом КИБ / В. И. Сигова, Н. А. Курило : матеріали науково - технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів інженерного факультету. -- Суми : Сумський державний університет, 2006. -- С. 118.

15. Курило Н. А. Карбідні та нітридні покриття титана та хрома / Н. А. Курило, М. М. Шахрайчук, А. І. Дегула : міжнародна конференція студентів та аспірантів ІФФ [“До нових технологій на основі новітніх фізико-матеріалознавчих досліджень”], (Київ, 24-26 квітня 2007 р.). -- Київ : НТУУ “КПІ”, 2007. -- С. 67. Курило Н. А. Насичення азотом спеченого заліза в середовищі аміаку / Н. А. Курило, О. І. Розумій, А. Ф. Жуваго : міжнародна конференція студентів та аспірантів ІФФ [“До нових технологій на основі новітніх фізико-матеріалознавчих досліджень”], (Київ, 24-26 квітня 2007 р.). -- Київ : НТУУ “КПІ”, 2007. -- С. 68.

16. Карпец М. В. Строение азототитанированных углеродистых сталей / М. В. Карпец, В. Г. Хижняк, Н. А. Курило, М. Н. Шахрайчук : международная конференция [“HighMatTech”], (Киев, 15-19 октября 2007 г.). -- Киев: институт проблем материаловедения НАН Украины, 2007. -- С. 167.

17. Хижняк В. Г. Проблеми впровадження спеціальних дисциплін для спеціальності металознавства / В. Г. Хижняк, М. М. Бобіна, Т. В. Лоскутова, А. Б. Бобін, А. І. Дегула, Н. А. Курило : VІІ Міжнародна науково- методична конференція [“Сучасний український університет: теорія і практика впровадження інноваційних технологій”], (Суми, 22 - 24 квітня 2008 р.). --Суми : Сумський державний університет, 2008. -- С. 96--97.

18. Хижняк В. Г. Експлуатаційні властивості твердих сплавів ВК8 та Т5К10 з комплексними карбонітридними покриттями за участю титану / В. Г. Хижняк, А. І. Дегула, Н. А. Курило, М. М Шахрайчук : международная научно-техническая конференция [“Университетская наука - 2008”]. -- Маріуполь: ПГТУ, 2008. -- С. 241--243.

19. Карпец М. В. Строение азототитанированных твердых сплавов. / М. В. Карпец, В. Г. Хижняк, Н. А. Курило : работы Международной конференции [“Материаловедение тугоплавких соединений: достижения и проблемы”], (Киев, 27-29 мая 2008 г.). -- Киев, 2008. -- С. 40.

20. Курило Н. А. Зносостійкість сталі У8А з комплексним карбонітридним покриттям / Н. А. Курило, М. М Шахрайчук : науково-практична конференція молодих вчених України [“Матеріали: одержання, обробка, застосування”] (Київ 28-29 травня 2008 р.). -- Київ: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, 2008.-- С. 75.

21. Хижняк В. Г. Використання твердих сплавів з карбонітридними покриттями на основі перехідних металів ІV- VІ груп / В. Г. Хижняк, А. І. Дегула, Н. А. Курило, М. М Шахрайчук : Міжнародна науково- технічна конференція присвячена 110- річчю заснування НТУУ “КПІ” [“Матеріали для роботи в екстремальних умовах”], (Київ, 30-31 жовтня 2008 р.). -- Київ, 2008. -- С. 112--114.

22. Курило Н. А. Послідовне азототитанування вуглецевих та легованих сталей / Н. А. Курило, В. Г. Хижняк, С. Є. Кондратюк : Международный научно-технический конгресс [“Современные материалы и технологии в металлургии и машиностроении”], (Киев, 17 - 21 сентября 2008 г.). -- Київ : Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, 2008. -- С. 27--29.

23. Курило Н. А. Дифузійне азотохромування твердого сплаву ВК8 / Н. А.Курило, А. І. Дегула, М. М. Шахрайчук : Всеукраїнська конференція молодих вчених [“Сучасне матеріалознавство: матеріали та технології”], (Київ, 12-14 листопада 2008 р.). -- Київ: інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, 2008. -- С. 123.

Анотація

Курило Н. А. Дифузійна металізація азотованих шарів на сталях та твердих сплавах. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01. - Металознавство і термічна обробка металів. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2010.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукових задач із створення захисних покриттів на сталях та твердих сплавах. Нові покриття отримують за рахунок реалізації комплексної технології. На першому етапі реалізується дифузійне азотування в середовищі аміаку, після чого проводять дифузійну металізацію одним із елементів - титаном, ванадієм, хромом. У результаті азототитанування, азотованадіювання та азотохромування на поверхні сталей та твердих сплавів формуються двошарові покриття типу карбід-нітрид насичувального елемента. На зовнішньому боці покриття розміщується шар карбіду насичувального елемента, безпосередньо до основи примикає нітридний шар. Останній видіграє роль бар'єра, стримуючи дифузію заліза основи до зовнішнього боку покриття. Розроблена схема формування покриттів. Покриття характеризуються підвищеною мікротвердістю, мікроміцністю та низькою наскрізною пористістю. Встановлено, що при терті ковзанні без змащування за схемою вал вкладка відбувається перенесення матеріалу контртіла на поверхню зразка. При цьому елементи основи та покриття транспортуються на значну відстань від місця безпосереднього контакту пари тертя.

Ключові слова: сталь, твердий сплав, покриття, азот, титан, ванадій, хром, карбід, нітрид.

Аннотация

Курило Н. А. Диффузионная металлизация азотированных слоев на сталях и твердых сплавах.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01. - Металловедение и термическая обработка металлов. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению научных задач по созданию защитных покрытий на сталях и твердых сплавах. Новые покрытия получают за счет реализации комплексной технологии, которая проводится в два этапа. На первом этапе реализуется диффузионное азотирование в среде аммиака, после чего протекает процесс насыщения одним из карбидообразующих элементов: титаном, ванадием, хромом. В результате азототитанирования, азотованадирования и азотохромирования на поверхности сталей и твердых сплавов формируются двухслойные покрытия типа карбид-нитрид насыщающего элемента. Непосредственно к основе примыкает нитридный слой, карбидный слой располагается на внешней стороне покрытия. При этом нитридний слой выступает в роли барьера, сдерживая диффузию железа основы к внешней стороне покрытия. Это приводит к тому, что концентрация железа в комплексных покрытиях значительно меньше, чем в соответствующих покрытиях после насыщения одним компонентом.

На основе системных исследований установленно влияние температурно-временных параметров дифузионного насыщения титаном, ванадием, хромом на характеристики и структуру сталей и твердых сплавов. Установлено, что на первом этапе насыщения протекает процесс образования нитридного слоя. Карбидный слой титана TiC формируется после 0,5 часа азототитанирования. Толщина нитридного слоя TIN с увеличением изотермической выдержки изменяется в незначительной мере. Можно считать, что увеличение толщины нитридного слоя в первые 2 часа ХТО контролируется диффузией азота из основы и прекращается в следствие торможения подвода титана образовавшимся карбидным слоем TIC. Разработана схема формирования комплескного покрытий.

Показано, что стали с защитными покрытиями типа карбид-нитрид насыщающего элемента характеризуются повышенной микротвердостью. При этом отмечается более плавное снижение микротвердости двухслойных покрытий по сравнению с однослойными по мере удаления от внешней стороны к основе. Проанализировано влияние комплексной химико-термической обработки на микропрочность и микрохрупкость защитных слоев на сталях. Установлено, что покрытия типа карбид-нитрид насыщающего элемента по сравнению с соответсвующими однослойными карбидными покрытиями имеют более высокую адгезию с основой. Защитные покрытия после азототитанирования, азотованадирования и азотохромирования практически безпористы.

Установлено, что при трение скольжении без смазки по схеме вал вкладка происходит перенос материала контртела на поверхность образца. При этом протекает процесс транспортирования элементов основы и покрытия на значительное расстояние от места непосредственного контакта пары трения. Зафиксировано формирование в результате трения оксидов, которые выступают в роли смазки между покрытием и контртелом, что в свою очередь приводит к снижению коэффициента трения. Установлено, что высокая износостойкость покрытий после азотохромировнаия определяется низким коэффициентом трения в паре со сталью и низкой микрохрупкостью.

Ключевые слова: сталь, твердый сплав, покрытие, азот, титан, ванадий, хром, карбид, нитрид.

Annotation

Kurilo N. A. The diffusion metallization of nitrided layers on steel and firm alloys.- Manuscript.

The dissertation on rewarding a scientific degree of a Candidate Technical Science on 05.16.01 speciality. - Metallurgical science and thermal processing of metals. National technical university of Ukraine “Kiev polytechnical institute”, Kiev 2010.

Dissertation work is devoted to the solving of scientific tasks on creation of sheeting on steels and firm alloys. New coverages have been received due to realization of complex technology. On the first stage the diffusive nitriding will be realized in the environment of ammonia whereupon the process of satiation flows one of elements: by titan, vanadium, chrome. As a result nitrogentitaning, nitrogenvanading and nitrogenchroming on-the-spot steels and firm alloys two-layer coverings of type carbide-nitride of a sating element have been formed. the layer of carbid-nitrid sating element is on the serfaces, the nitrid layer is close to the bases of the metal. The nitrid layer is a barrier, constraining diffusion of iron of a basis to a covering outer side. The chart of forming of coverages is developed. It is set that at friction sliding without greasing on a chart billow an inset takes a place transfer of material of counterbody on the surface of standard. Thus the process of сarrying over elements of basis and coverage flows on considerable distance from the place of direct contact of pair of friction. It leads to that concentration of iron in complex coverings is much less, than in corresponding unicomponent coverings. It is investigational kinetics of their forming. Forming as a result of friction of oxides is fixed. Coverages are characterized an enhanceable microhardness, wearproofness, microdurability and through porosity.

Key words: steel, firm alloy, cover, nitrogen, titan, vanadium, chrome.

Размещено на Allbest.ru

...