Константинов, В. М.

Лешок, В. А.

Repository of Belarusian National Technical University (BNTU)

150 УДК 621.785.5  Влияние предварительной пластической деформации на ионно- плазменное азотирование стали 40ХМФА  Константинов В.М., Лешок В.А. Белорусский национальный технический университет  В современном машиностроении различные варианты азотирования находят широкое применение. К достоинствам данного способа химико-термической обработки (ХТО) отно-сятся получаемые механические свойства насыщаемой поверхности: повышенные износо-стойкость, коррозионная стойкость, сопротивляемость знакопеременным нагрузкам. Однако, термодиффузионное насыщение поверхности азотом, как и большинство других, является длительным процессом, имеющим относительно высокую энергоёмкость [1, 2]. Литературный анализ свидетельствует об огромном кластере научных исследований в области интенсифика-ции различных процессов ХТО, в том числе азотирования [3-7 и др.].  Анализ традиционных представлений о стадиях ХТО свидетельствует, что наиболее ча-сто лимитирующей весь процесс стадией являются сорбционные процессы на поверхности раздела, а также диффузия в глубь обрабатываемого сплава. Одной из причин эффективности ионно-плазменного азотирования (ИПА) является интенсификация сорбционных процессов на поверхности изделия. В этой связи актуальным является изучение влияние предваритель-ной пластической деформации (ППД) на толщину и микротвердость азотированного слоя при ИПА. Были проведены 2 режима обработки стали 40ХМФА. Первая половина образцов была подвержена стандартному, применяемому на большинстве предприятий, режиму ИПА. Сле-дующая партия образцов была подвержена сначала предварительной поверхностной пласти-ческой деформации, а после такому же режиму ИПА. После ППД микротвердость поверхностного слоя ожидаемо возросла с 279...286 Hv0,05 до 299...312 Hv0,05. Причины этого очевидны – наклеп и высокая плотность дислокаций. По-вышение микротвёрдости составило ΔHV = 20…26. После ИПА микродюрометрическая картина несколько изменилась (рисунок 1). Мик-ротвёрдость, после ППД азотрованного слоя повысилась с 587 Hv0,05 до 680 Hv0,05. Это уве-личение присутствует на глубину 8-9 мкм. Глубже (более 10 мкм) образцов микротвердость примерно одинакова. Разница в микротвердости азотированного слоя до и после ИПА соста-вила ΔHV = 93. Таким образом было установлено, что ППД непропорционально увеличивает микротвердость диффузионного слоя после ИПА. Для стали 40ХМФА температура рекристал-лизации находится в пределах 708…991 °С. Процесс ИПА происходит при 600 °С. Темпера-тура ХТО существенно ниже температур рекристаллизационных процессов стали 40ХМФА. Поэтому полный процесс рекристаллизации не происходит. При данных режимах обработки происходят только полигонизация и частично возврат. Дислокационная картина ППД сохра-нятся.  151   Рисунок 1 – Распределение микротвёрдости вглубь материала для двух режимов обработки: 1 – ионно-плазменное азотирование (ИПА), 2 –предварительная поверхностная пластическая деформация с последующих ионно-плазменным азотированием (ППД+ИПА)  Есть основания полагать, что обнаруженное повышение микротвердости диффузион-ного слоя обусловлено не только сохранением наклепа от ППД, но и повышением концентра-ции азота в поверхностном слое. Это может быть обусловлено активацией сорбционных и диффузионных процессов за счет повышенной концентрации дислокаций. Известно ускоре-ние диффузионных процессов по дислокациям [8, 9 и др.]. Энергия активации в этом случае существенно ниже.  Интересным является сравнение влияния пластической деформации на высокотемпе-ратурные процессы ХТО (борирование и силицирование) [10-11]. Принципиальным отличием является наличие периодической рекристаллизации. Решающее значение в этом случае играет повторяющаяся поверхностная пластическая деформация при вращении контейнера. Поэтом ускорение обусловлено в том числе зернограничными эффектами. Обобщая вышесказанное, можно предположить, что при данной комбинации техноло-гий (ППД+ИПА) будут происходить лишь первичные стадии рекристаллизации (полигониза-ция, возврат). Все это может обеспечит определенную интенсификацию ИПА. Данные пред-положения представляют научный интерес и необходимы в дальнейших разработках.  Литература  1. Ворошнин Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учеб. пособие / Л.Г. Ворошнин, О.Л. Менделеева, В.А. Сметкин. – М.: Новое издание; Минск: Новое издание, 2010. – 304 с.  2. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник / Г.В. Борисенок, Л.А. Ва-сильев, Л.Г. Ворошнин и др. - М.: Металлургия, 1981. - 424 с.  3. Шарифова Э.Г. Анализ литературных данных по изучению способов интенсификации про-цесса азотирования / Э.Г. Шарифова, О.В. Силина, К.В. Макарова // Пермский национал полит универститет, Master’s Journal. – 2015. - С. 60-65. 4. Александров В.А. Сокращение длительности процесса азотирования коррозионно-стойких сталей / В.А. Александров, А.В. Грачев, С.И. Барабанов // МиТОМ. – 2011. – № 7. – С. 37–39.  5. Белашова И.С. Кинетика роста диффузионного слоя при термогазоциклическом способе азотирования / И.С. Белашова, А.О. Шашков // МиТОМ. – 2012. – № 6. – С. 46–50.  152 6. Будилов В.В. Ионное азотирование инструментальных сталей с наложением магнитного поля / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Р.К. Вафин // МиТОМ. – 2011. – № 7. – С. 40–42.  7. Силина О.В. Влияние размера зерна аустенита на азотируемость низкоуглеродистой мар-тенситной стали 12Х2Г2НМФТ / О.В. Силина, С.С. Югай // МиТОМ. – 2010. – № 11. – С. 57–61.  8. Интенсификация процессов химико-термической обработки сталей: монография / Л.Г. Пет-рова, В.А. Александров, П.Е. Демин, А.С. Сергеева; под ред. Л.Г. Петровой. – М.: МАДИ, 2019. – 160 с. 9. Ковалевская Ж.Г. Структура и свойства поверхностных слоев и покрытий при модифици-рующей ультразвуковой обработке / Ж.Г. Ковалевская: дис. … докт. тех. наук. 15.02.2019. – Томск, 2018. – 334 с. 10. Константинов В.М. Исследование процесса диффузионного легирования металличе-ских порошков для защитных покрытий / В.М. Константинов, Ф.И. Пантелеенко, О.П. Штемпель // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия B, Прикладные науки. - 2002. - № 2. - С. 49-56 11. Константинов, В.М. Ускоренная диффузия легирующих элементов в железе при хи-мико-термической обработке порошков во вращающемся контейнере / В.М. Константинов // Доклады НАН Беларуси. – Минск, 2007. – Т. 51, – № 2. – С. 103    

Влияние предварительной пластической деформации на ионно-плазменное азотирование стали 40ХМФА

https://rep.bntu.by/bitstream/data/132213/1/150-152.pdf

Влияние предварительной пластической деформации на ионно-плазменное азотирование стали 40ХМФА

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository of Belarusian National Technical University (BNTU)