ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.785.532
DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-2-82-90
Аннотация
В работе предложены и исследованы три перспективных способа реализации локального ионного азотирования сталей широкого класса 16Х3НВФМБ-Ш, 38ХМЮА, Р6М5, 12Х18Н10Т и 13Х11Н2В2МФ-Ш, позволяющие формировать на обрабатываемой поверхности за один вакуумный цикл диффузионные слои, различные по толщине и механическим свойствам. Первый способ основан на создании плазмы повышенной плотности на участках деталей с помощью эффекта полого катода. Второй способ предполагает создание высокоионизированной плазмы тлеющего разряда с помощью скрещенных электрических и магнитных полей на локальных участках деталей. Увеличение толщины диффузионного слоя на локальных участках при ионном азотировании связано с увеличением градиента концентрации насыщающего элемента в полости, образуемой полым катодом или скрещенными электрическими и магнитными полями. Третий способ реализуется путем измельчения структуры материала методами пластической деформации перед процессом азотирования на участках деталей, подверженных интенсивному износу. В результате измельчения структуры на локальных участках деталей машин и механизмов интенсифицируются диффузионные процессы и образуются износостойкие упрочненные слои. В статье исследованы микроструктуры сталей после локального ионного азотирования предложенными способами, а также приведены результаты замеров микротвердости упрочненного слоя на различных обрабатываемых участках. Установлено, что при ионном азотировании с полым катодом или в скрещенных электрических и магнитных полях с помощью плазмы тлеющего разряда повышенной плотности на локальном участке детали формируется диффузионный слой в 2–2,5 раза больше, чем при классическом ионном азотировании. При ионном азотировании деталей с предварительным измельчением структуры материала методами пластической деформации перед процессом диффузионного насыщения на отдельных участках детали формируются диффузионные слои, толщиной в ~2 раза превышающие соответствующий показатель, получаемый при азотировании деталей с неизмененной структурой. Исследуемые способы позволят обрабатывать высоконагруженные детали машин и механизмов, работающие в условиях локального износа.
Ключевые слова
локальное ионное азотирование, тлеющий разряд, эффект полого катода, электрические скрещенные и магнитные поля, сталь, структура, микротвердость, упрочненный слой.
Для цитирования
Хусаинов Ю.Г. Перспективные способы реализации локального ионного азотирования сталей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2022. Т. 20. №2. С. 82–90.https://doi.org/10.18503/1995-2732-2022-20-2-82-90
1. Герасимов С.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов: монография. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 518 с.
2. Ионная химико-термическая обработка сплавов / Б.Н. Арзамасов, А.Г. Братухин, Ю.С. Елисеев, Т.А. Панайоти. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 400 с.
3. Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Сейдман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей. М.: Техносфера, 2012. 464 с.
4. Повышение ресурса работы зубчатых передач на основе выбора технологий упрочнения рабочих поверхностей зубьев / Л.И. Куксенова, С.А. Поляков, М.С. Алексеева, С.В. Рубцов // Вестник научно-технического развития. 2019. №5. С. 11–22.
5. Пат. № 2534906 RU, МПК7 С23С8/36. Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Ю.Г. Хусаинов, И.С. Рамазанов, И.В. Золотов; патентообладатель ФГБОУ ВПО «УГАТУ». №2013117842; заявл. 17.04.2013; опубл. 10.12.2014, Бюл. №34 с.: ил.
6. Пат. №2640703 RU, МПК7 С23С8/36. Способ локальной обработки стального изделия при ионном азотировании в магнитном поле / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Ю.Г. Хусаинов, Р.С. Есипов, И.В. Золотов, Р.Д. Агзамов; патентообладатель ФГБОУ ВПО «УГАТУ». №2016110289; заявл. 21.03.16; опубл. 11.01.2018; Бюл. №2 с.: ил.
7. Пат. №2664106 RU, МПК7 С23С8/36. Способ низкотемпературного ионного азотирования стальных деталей / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Ю.Г. Хусаинов, Р.Д. Агзамов, Р.С. Есипов, А.Ф. Тагиров; патентообладатель ФГБОУ ВПО «УГАТУ». №2017100450; заявл. 09.01.17; опубл. 10.07.2018; Бюл. № 19 с.: ил.
8. Структура и свойства ультрамелкозернистых сталей с ионно-плазменными покрытиями / Р.К. Исламгалиев, К.Н. Рамазанов, М.В. Караваева и др. М.: Изд-во «Инновационное машиностроение», 2017. 225 с.
9. Будилов В.В., АгзамовР.Д., Рамазанов К.Н. Исследование и разработка методов химико-термической обработки на основе структурно фазового модифицирования поверхности деталей сильноточными разрядами в вакууме // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. №7. С. 33–36.
10. Будилов В.В., Рамазанов К.Н., Вафин Р.К. Влияние скрещенных электрических и магнитных полей на ионное азотирование в тлеющем разряде // Физика и химия обработки материалов. 2011. №6. С. 40–42.