Academic literature on the topic 'Азотування іонне'

У статті представлені результати порівняльної оцінки технологічних методів цементації та іонно-плазмового азотування при їх використанні для зміцнення високонавантажених вузлів авіаційної техніки. Оцінка проводилася порівнянням контактної втомної міцності при проведенні довготривалих випробувань при терті кочення з проковзуванням поверхонь, зміцнених традиційною газовою цементацією і іонно-плазмовим азотуванням по технології “АВІНІТ N” (АТ “ФЕД”). Експерименти проводились на машині тертя 2070 СМТ‑1 на зразках, виготовлених з жароміцної сталі 20Х3МВФ ГОСТ 20072.

У статті представлені результати дослідження мікроструктурних та фазових особливостей поверхневого шару зразків зі сталі 20Х3МВФ, зміцнених традиційним цементуванням та новим іонно-плазмовим азотуванням по технології АВІНІТ N (АТ “ФЕД”, м. Харків, Україна). Комплексні мікроструктурні та фазові дослідження особливостей поверхневого шару пар зразків було виконано фахівцями і на обладнанні АТ “Мотор Січ” (м. Запоріжжя, Україна) після довготривалих випробувань на контактну втомну міцність, проведених авторами. В ході цих випробувань було виявлену значну перевагу зміцнення іонно-плазмовим азотуванням перед традиційним цементуванням.

У статті представлені результати моделювання роботи поверхневого шару зразків зі сталі 20Х3МВФ, зміцнених традиційним цементуванням та новим іонно-плазмовим азотуванням по технології АВІНІТ N (АТ “ФЕД”, м. Харків, Україна). Розроблено модель поведінки цих трибоспряжень при прискорених експериментальних випробуваннях на контактну втомну міцність, проведених автором. Аналіз структурно-енергетичного балансу енергії поверхневого шару в умовах контактної взаємодії дозволив сформулювати критерії утомної міцності матеріалів: питома енергія руйнування за один цикл навантаження.

Були проведені дослідження методів вибору оптимальних технологічних процесів для зміцнення поверхневого шару деталей. Наведено аналіз фізико-механічних характеристик покриттів після відповідних видів зміцнення з урахуванням структурних змін у поверхневих шарах. Вказано критеріальні оцінки технологічних методів зміцнення — азотування, бордування, бороцементації, лазерної обробки, іонно-плазмове азотування, термічна обробка, а також отримані критеріальні оцінки продуктивності технологічного обладнання та економічні показники. Міцність сталей забезпечується низкою зміцнюючих механізмів: твердорозчинні, дислокаційні, дисперсні, гранітні, субструктурні та перлітні. У сталях, загартованих до мартенситу, значення дислокаційних та субструктурних механізмів зміцнення, які залежать від вмісту розчиненого вуглецю. Збільшення міцності значно зменшує пластичність, в'язкість і збільшує межу крихкості. Для середньовуглецевихферитно-перлітних сталей вміст вуглецю або кількість перліту в структурі є головним фактором зміни міцності та пластичності. Зі збільшенням вмісту вуглецю ударна в'язкість зменшується, а крихкість зростає. Найбільш привабливими за властивостями є середньовуглецеві та середньолеговані сталі (0,3—0,5% С; σ0,2 = 700..850 МПа , σv = 900—1100 МПа). Особливості цих сталей - підвищені міцнісні властивості, низька чутливість до концентраторів напруги, висока витривалість та достатня в'язкість. Високоміцні середньолеговані сталі із вмістом 0,4% С забезпечують σв = 2100 МПа. При максимально можливих значеннях мікротвердості пластичність різко зменшується, коефіцієнти Kp, межа текучості — σt (МПа), коефіцієнт утворення тріщин KSU (дж/см2), коефіцієнт збільшення довжини δ (%), коефіцієнт стиснення Ψ (%). Червона лінія показує динаміку змін мікротвердості в залежності від методів і технологій зміцнення. При максимально можливих значеннях мікротвердості різко зменшується пластичність, коефіцієнти Kp, межа текучості - σt (МПа), коефіцієнт утворення тріщин KSU (дж/см2) ), коефіцієнт збільшення довжини δ (%), коефіцієнт стиснення Ψ (%). З аналізу фізико-механічних властивостей посилених покриттів найпоширенішої та найрозвиненішої у світовій практиці можна визначити основні значення показників зносостійкості, довговічності, мікротвердості, пластичності для сучасних покриттів, які можна отримати за допомогою різних технологій. Розроблена методика визначення оптимальних способів і технологій зміцнення поверхневого шару деталей зі сталі 45 за критеріальними показниками ефективності. Визначено основні значення основних показників, що складають рівень D0, що обов'язково необхідні для зміцнених поверхонь за відповідними технологіями.

В роботі було проведено аналіз літературних джерел та проведено порівняння процесів азотування в різних насичуючих середовищах, а саме, газового, іонного та азотування в порошковій суміші для конструкційної сталі 38Х2МЮА. Запропоновані способи дозволяють в різній мірі впливати на структурно-фазові перетворення кінетику утворення дифузійних шарів і механічні властивості. У ході проведення досліджень і виконання магістерської кваліфікаційної роботи було досліджено вплив процесів пічного (газового), іонного азотування та азотування в суміші на структуру й властивості сталі 38Х2МЮА, розроблена технологія хіміко-термічної обробки азотування в суміші. Після проведення азотування визначена товщина дифузійного шару і його мікротвердість, а також вплив різних середовищ для азотування на міцністні характеристики сталі. Була визначена зносостійкість сталі після проведених вище зазначених процесів.

Проведені дослідження мікротвердості, структурно-фазового складу та дов-говічності конструкційних елементів сучасної техніки (на прикладі сталі 20Х13), зміцнених імпульсним газотермоциклічним іонним азотуванням. У зміц-нених поверхневих шарах установлено зростання мікротвердості на поверхні до 950 НV та наявність двох зон: нітридної та внутрішнього азотування. Гли-бина нітридної зони складає 6…10 мкм, загальна глибина дифузійного шару –200…285 мкм. Визначено, що завдяки впливу іонноазотуючої обробки на влас-тивості зміцнених поверхневих шарів відбувається збільшення середнього тех-нічного ресурсу оброблених деталей у 2,4 разу.

Доненко, В. А. Дослідження процесу іонного азотування в імпульсному тліючому розряді : магістерська робота: 131 Прикладна механіка / В. А. Доненко; керівник роботи Болотов Г. П. ; Національний університет «Чернігівська політехніка», кафедра технологій зварювання та будівництва. – Чернігів, 2020. – 84 с.
Магістерська робота складається з чотирьох розділів. У першій частині, теоретичній, розглянуті питання пов’язані з фізичними основами процесу іонного азотування, його переваги та недоліки, основні режими азотування деяких металів, дефекти азотування та їх запобігання. У другій частині роботи розглянуто обладнання на якому проводилися досліди, наведено його технічні характеристики. Розглянуто матеріал, що було обрано для дослідів. Розглянуто процес виготовлення зразків матеріалу, розроблена методика вимірювань контрольних зразків. У третій, експериментальній, частині роботи були приведені результати дослідів та режими азотування на яких проводився процес. Наведено фотознімки поверхневої структури зразків, числові значення твердості на різних режимах азотування, досліджено вплив параметрів режиму азотування на мікротвердість та мікроструктуру зразків. У четвертій частині роботи було розглянуто питання охорони праці на робочому місці оператора дифузійної вакуумної установки, проаналізовано основні небезпечні фактори та складено карту умов праці.
The master's dissertation consists of four parts. In the first part, theoretical, the issues are related to the physical basis of the ionic nitriding process, its advantages and disadvantages, the main modes of nitriding of some metals, nitriding defects and their prevention. In the second part of the work the equipment on which experiments were carried out is considered, its technical characteristics are resulted. The material selected for experiments is considered. The process of making material samples is considered, the method of measuring control samples is developed. In the third, experimental, part of the work, the results of experiments and nitriding modes on which the process was carried out were presented. Photographs of the surface structure of the samples, numerical values of hardness at different nitriding modes, the influence of the parameters of the nitriding mode on the microhardness and microstructure of the samples are investigated. In the fourth part of the work, the issue of labor protection at the workplace of the operator of the diffusion vacuum unit was considered, the main dangerous factors were analyzed and a map of working conditions was made.

У статті наведено результати оптимізації за триботехнічними критеріями технологічного процесу імпульсного газотермоциклічного іонного азотування деталей авіаційної техніки зі сталі 18Х2Н4ВА. Запропонована математична модель дозволяє обирати оптимальні значення технологічних параметрів процесу залежно від реальних умов експлуатації конструкційних елементів літальних апаратів з метою підвищення ресурсних показників та заданого рівня справності бойової авіаційної техніки.

Використання покриттів сприяє зміцненню поверхневого шару, збільшенню терміну експлуатації різального інструмента, заміні дорогих інструментальних матеріалів більш дешевими. Серед існуючих методів нанесення зносостійких покриттів вигідно вирізняється метод іонно-плазмового азотування. Цей метод дозволяє отримати зносостійкі покриття, які підвищують стійкість в тому числі інструменту в середньому в 3,0 рази.

В роботі було проведено огляд літератури, статей і патентів та запропоновано способи проведення іонно-плазмового азотування для конструкційних сталей 38Х2МЮА, 30ХГСА, 30Х3ВА і інструментальної сталі Х12. Пропоновані способи звичайного іонно-плазмового азотування і високотемпературного іонного азотування (ВІА), дозволяють проводити структурно-фазове модифікування конструкційних і інструментальних сталей. При цьому структурно-фазовий стан буде залежати від хімічного складу, щільності дефектів будови матриці і температурно-часових параметрів процесу обробки. За результатами проведених досліджень встановлено, що в результаті іонно-плазмового азотування при Т = 550 °С, зразків з конструкційних і інструментальних сталей, відбулося збільшення мікротвердості поверхні в 3 - 5 разів. Результатом впливу процесу ВІА при Т = 700 °С на конструкційні та інструментальні сталі стало збільшення мікротвердості поверхні в 2,5 - 3 рази; при проведення процесу ВІА швидкість росту дифузійної зони вище в 3-5 разів в порівнянні з традиційним іонним азотуванням, при одночасному зниженні поверхневої мікротвердості на 20-30%, що пояснюється зростанням дифузійної рухливості елементів при температурах перед перетворенням феритно-цементитної суміші в аустеніт.

Дисертація присвячена вирішенню актуального наукового завдання розроблення комплексу науково-обґрунтованих технологічних рішень, спрямованих на підвищення ефективності процесу буріння свердловин завдяки зміцненню ЗРЗ БК удосконаленим методом ІВГТЦІПА. Для досягнення мети було удосконалено метод імпульсного вакуумного газотермоциклічного іонно-плазмового азотування. За допомогою результатів проведеного комплексу експериментальних досліджень отримано математичні моделі, що описують залежності критеріїв оптимізації зносостійкості, границі витривалості та корозійної стійкості ЗРЗ БК від технологічних, конструктивних та експлуатаційних факторів, проведено оптимізацію технологічного процесу ІВГТЦІПА. Установлено параметри технологічного процесу й одержувані при цьому компонування та структуру зміцненого поверхневого шару, при яких характеристики міцності та зносо- і корозійної стійкості підвищуються. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень удосконалено технологічний процес ІВГТЦІПА для підвищення працездатності ЗРЗ БК, який полягає в імпульсному режимі обробки поверхневого шару та забезпечує підвищення межі витривалості на 20-40%, зносостійкості в 1,8-2,2 рази та корозійної стійкості у 1,7-3,1 рази, залежно від параметрів технологічного процесу.
Диссертация посвящена решению актуального научного задания разработки комплекса научно обоснованных технологических решений направленных на повышение эффективности процесса бурения скважин благодаря упрочнению ЗРЗ БК усовершенствованным методом ИВГТЦИПА. Установлено, что основными видами разрушения конструкционных элементов БК является разрушение от усталости, коррозионного повреждения и износа. Анализ статистических данных свидетельствует, что из всех бракованных деталей БК 45% составляют ЗРЗ. На основе анализа существующих методов поверхностного упрочнения замков БК и требований к геометрическим параметрам и механическим свойствам поверхностных слоев укрепляемых деталей установлено, что наиболее перспективным сейчас является метод ВИЛА. Однако широкому внедрению технологического процесса вакуумного ионно-плазменного азотирования мешают отсутствие оптимальных параметров поверхностного упрочнения методом ВИПА и современного качественного оборудования для реализации метода. Кроме того, существующие подходы к организации технологического процесса ВИПА используют только отдельные потенциальные возможности повышения его эффективности и не учитывают реализацию процесса в импульсном газотермоциклическом режиме, поэтому в работе предлагается использовать усовершенствованные методы импульсного вакуумного газотермоцикличного ионно-плазменного азотирования. В работе обоснован выбор направления исследования и разработан общий подход к выполнению поставленных заданий для всесторонней комплексной оценки свойств поверхностных слоев на базе системного подхода к выполнению работы и комплексной оценки поверхностных слоев. Задача оптимизации технологического процесса поверхностного упрочнения ЗРЗ БК с помощью ИВГТЦИПА рассматривалась как многофакторная и многокритериальная, план эксперимента был построен с помощью пакета прикладных программ ПРИАМ. В результате экспериментальных исследований установлено закономерность влияния технологических параметров ИВГТЦИПА на механические свойства упрочненного поверхностного слоя. Показано, что благодаря использованию ИВГТЦИПА повышается износостойкость в 1,8-2,2 раза, а коррозионная стойкость в 1,7-3,1 раза, предел выносливости на 20-40%, в зависимости от технологического режима его формирования. Полученные математические модели технологического процесса формирования упрочненного поверхностного слоя ИВГТЦИПА по критериям предела выносливости, износо- и коррозионной стойкости, способствуют разработке принципа управления свойствами поверхностного слоя. Разработан алгоритм процесса повышения работоспособности ЗРЗ БК ИВГТЦИПА. Данный алгоритм может применяться при создании (разработке и производстве) и эксплуатации ЗРЗ БК. Установлено повышение среднего технического ресурса упрочненных ИВГТЦИПА образцов в 2,47 раза, по сравнению с образцами без упрочнения. Проведено исследование экономической эффективности технологического процесса упрочнения замковых резьбовых соединений ИВГТЦИПА и установлено, что применение данного технологического процесса позволяет достигать экономического эффекта от 6 до 15,5 миллионов гривен в год, в зависимости от типа и стоимости бурильного замка.
The thesis is devoted to the urgent scientific task on development of a set of scientific reasonable technological solutions aimed at the effectiveness increasing of the process of drilling holes through the efficiency increasing of locking threaded connections of a drill string by a pulse vacuum and gaslcrosteus ion-plasma nitriding method. To achieve the goal, a method of the pulse vacuum and gasterosteus ion-plasma nitriding was improved. With the help of the results of conducted experiments, the mathematical models were obtained, that show the criteria dependence of wear resistance optimization, endurance limits and corrosion resistance of locking threaded connections of a drill string from technological, functional and maintenance factors as well as the optimization of locking threaded connections of a drill string by pulse vacuum and gasterosteus ion-plasma nitriding method has been carried out. The following things were determined: parameters of the technological process and certain composition and structure of the strengthened surface layer. Hie defined parameters increase substantiality, maintenance and corrosion resistance. Based on theoretical and experimental studies the technological process of locking threaded connections of a drill string by pulse vacuum and gasterosteus ion-plasma nitriding was improved with a purpose to increase the efficiency of locking threaded connections of a drill string. The core of this process is a pulse mode of processing of the surface layer and it ensures the increasing substantiality limit by 20...40%, the wear resistance by 1.8—2.2 limes and the corrosion resistance by 1.7-3.1 times, depending on the technological process parameters.