Skip navigation
Please use this identifier to cite or link to this item: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/2312
Title: Поверхневе зміцнення сплавів заліза електроіскровим легуванням цирконієм, титаном, хромом та хіміко-термічною обробкою
Authors: Лобачова, Галина Генадіївна
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
інженерно-фізичний
Issue Date: 2012
Abstract: Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 – металознавство та термічна обробка металів. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2012. Дисертація присвячена дослідженню структурних та фазових перетворень поверхневої зони сплавів заліза в процесі електроіскрового легування (ЕІЛ) перехідними металами (Zr, Ti, Cr) з різним ступенем карбідо- та нітридоутворюючої здатності при пошаровому їх нанесенні, при використанні комплексних насичувальних середовищ з елементами втілення (послідовно змінних азот- та вуглецьвмісної атмосфер; сумішей гліцерину з порошками карбідів Сr3C2, TiC, ZrC або графіту), при поєднанні з хіміко-термічною обробкою (ХТО) для цілеспрямованого управління функціональними властивостями покриттів. Встановлено, що запропоновані способи обробки сприяють утворенню покриттів з гетерогенною структурою, до складу яких входять фази втілення різного типу, інтерметаліди, тверді розчини на основі заліза та легувального електроду, що забезпечує підвищену у 3,5 – 10 разів мікротвердість та у 4 – 14 разів зносостійкість у порівнянні з необробленою поверхнею. Комбінована обробка (ЕІЛ у насичувальних середовищах + азотування; постадійна ХТО + ЕІЛ) призводить до формування зміцнених шарів глибиною до 200 мкм. Запропонована якісна модель структурно-фазових перетворень у поверхневій зоні сплавів заліза під час ЕІЛ у насичувальних середовищах з елементами втілення.
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, 2012. Диссертация посвящена исследованию структурных и фазовых превращений поверхностной зоны сплавов железа в процессе электроискрового легирования (ЭИЛ) переходными металлами (Zr, Ti, Cr) с разной степенью карбидо- и нитридообразующей способности при послойном их нанесении, при использовании 19 комплексных насыщающих сред с элементами внедрения (последовательно изменяющихся азот- и углеродсодержащей атмосфер, жидких смесей с порошками карбидов или графита), при сочетании с химико-термической обработкой (ХТО) для направленного управления функциональными свойствами покрытий. Установлено, что характер распределения нитридных и карбидных фаз по глубине легированного слоя, а, соответственно, и микротвердость, зависят от последовательности изменения состава насыщающей среды в процессе двухстадийного ЭИЛ цирконием, титаном, хромом в азот- и углеродсодержащей атмосферах. Данная обработка способствует формированию на стали Ст.3 покрытий с гетерогенной структурой, в состав которых входят фазы внедрения разного типа, твердые растворы на основе железа и материала легирующего электрода, что способствует повышению микротвердости (4 – 9 ГПа) и износостойкости в 4 – 8 раз по сравнению с необработанной поверхностью. ЭИЛ стали Ст.3 в жидкой углеродсодержащей среде (глицерине) с добавлением порошкообразных карбидов переходных металлов Сr3C2, TiC, ZrC или графита в концентрации до 25 об. % приводит к формированию легированных слоев с микротвердостью 5,5 – 10 ГПа вследствие дополнительного обогащения их дисперсными частичками карбидов металлов легирующих электродов. Установлено комплексное влияние насыщающей среды (воздух, пропан-бутан, керосин) и материала анода (Zr, Ti, Cr) на структуру, фазовый состав и микротвердость легированных слоев железа после комбинированной обработки (ЭИЛ в насыщающих середах с последующим азотированием). Обнаружен эффект аномального диффузионного перераспределения элемента легирующего электрода вглубь железа до 200 мкм и осаждения на “игольчатых” выделениях -фазы в процессе последующего азотирования (853 К, 2 часа). Установлена зависимость протяженности упрочненной зоны (легированный слой + азотированный слой), образовавшейся при комбинированной обработке сплавов Fe + 1,8 мас. % Ti, Fe + 2,5 мас. % Cr от материала легирующего электрода. Увеличение протяженности такой зоны в пределах 100 – 210 мкм происходит в ряду Cr – Ti – Zr и зависит от активности взаимодействия переходного металла с элементами межэлектродной среды. Микротвердость легированных слоев возрастает от 3,5 – 8 ГПа (при ЭИЛ) до 12 – 13 ГПа при последующем азотировании. Установлено, что постадийная химико-термическая обработка (поочередное насыщение азотом и углеродом) сплава Fe + 1,8 мас. % Ti приводит к формированию многослойной диффузионной зоны с изменяющейся микротвердостью (6 – 12 ГПа), что зависит от количества, продолжительности и температуры стадий. Путем последующего ЭИЛ такой упрочненной поверхности можно создать защитное покрытие с микротвердостью 7 – 9,7 ГПа. Исследовано влияние последовательности послойного ЭИЛ Zr-, Ti-, Cr-, Fe-, С-анодами на структуру и свойства легированных слоев на железе. Изучена кинетика переноса материалов в процессе формирования многокомпонентных покрытий и установлено, что наибольший привес катода наблюдается при обработке с 20 начальной стадией легирования хромом, что связано с образованием твердого раствора неограниченной растворимости металла основы и легирующего электрода (Fe–Cr). Установлено увеличение микротвердости покрытий в 4,5 – 7,2 раза, а износостойкости в 4,21 – 14,75 раз по сравнению с поверхностью без обработки. Впервые предложена качественная модель структурно-фазовых превращений в поверхностной зоне сплавов железа в процессе ЭИЛ карбидо- и нитридообразующими металлами в насыщающих средах с элементами внедрения. Суть модели состоит во взаимодействии металла анода (Zr, Ti, Cr) с атомами внедрения (азотом, углеродом), входящими в состав насыщающей среды, при экстремальных условиях ЭИЛ. Вследствие многократно изменяющихся полей напряжений генерируются, перемещаются и стопорятся дислокации, образуя локальные зоны скоплений, на которых возникают области предвыделений с последующим появлением дисперсных фаз внедрения, что приводит к формированию гетерогенной структуры легированного слоя с повышенными физико-механическими свойствами.
The thesis for a scientific degree of technical sciences candidate, specialty 05.16.01 – Metallurgy and heat treatment of metals. – National technical university of Ukraine “Kyiv polytechnic institute”, Kyiv, 2012. The thesis is devoted to investigation of structural and phase transformations of Fe-alloys surface zone at the Electric-spark alloying (ESA) by transition metals (Zr, Ti, Cr), with varying degrees of carbides and nitrides formation ability at layer-by-layer deposition; at the application of implementation elements containing complex saturating environments (consistently variable nitrogen and carbon atmospheres, liquid environments with the addition of powders Cr3C2, TiC, ZrC, graphite); at the combination with Chemical heat treatment for purposeful control of coatings functional properties. It was found, that proposed treatments contribute to the formation of heterogeneous structure coatings, which include various types of implementation phases, intermetallics, iron based and alloying electrode material based solid solutions, that provides the increasing of microhardness of 3.5 – 10 times and wear resistance of 4 – 14 times compared to untreated surfaces. Combined treatment (ESA in saturating environments + Nitriding; step-by-step Chemical heat treatment + ESA) leads to hardened layers formation depth to 200 m. Qualitative model of structural and phase transformations in the Fe-alloys surface area at the ESA in implementation elements containing saturating environments was proposed.
URI: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/2312
Appears in Collections:Автореферати

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Lobachova_aref.pdf
  Restricted Access
1.11 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.