автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Многокомпонентное диффузионное насыщение изделий из порошковых материалов на основе железа с целью повышения эксплуатационных свойств

На правах рукописи

ЧУМАК-ЖУНЬ ДАРЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ ДИФФУЗИОННОЕ НАСЫЩЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

Специальность 05.02.01. - Материаловедение (металлургия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

003451532

МОСКВА 2008 г.

003451532

Работа выполнена на кафедре «Металловедение и термическая обработк металлов» ГОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургически институт.

Научный руководитель - д.т.н., проф. Коростелёв Алексей Борисович Официальные оппоненты - д.т.н., проф. Роберов Илья Георгиевич

Ведущая организация - ГНЦ РФ ГИНЦВЕТМЕТ

Защита состоится «30» октября 2008 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.127.01 при Государственном образовательном учреждении Московский государственный вечерний металлургический институт по адресу: 111250, г. Москва, ул. Лефортовский вал, 26. ауд. 206 Телефон: (495) 361-14-80, факс: (495)361-16-19, e-mail: mgvmi-mail@mtu-net.ru

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке МГВМИ. Автореферат разослан «26» сентября 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

к.т.н., доцент Углов Владимир Александрович

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Развитие машиностроения, с/х, химической, радиотехнической, энергетической и других отраслей промышленности, а также ядерной техники и космоса предъявляет весьма жесткие требования к рабочим свойствам изделий: их сопротивлению изнашиванию, коррозии в жидких и газообразных средах и многим другим видам внешних воздействий.

Разрушение деталей машин, инструмента и других изделий в подавляющем большинстве случаев начинается с поверхности, и именно к поверхностным слоям относятся перечисленные выше требования. В связи с этим объёмное легирование сплавов, как правило, является неэкономичным, а во многих случаях и неосуществимым из-за почти полной потери ими пластичности и вязкости. Поэтому в последние годы всё большее внимание исследователей и производственников уделяется различным методам поверхностного упрочнения. Одним из основных методов поверхностного упрочнения является химико-термическая обработка.

В настоящее время достаточно широко применяют процессы насыщения металлов и сплавов одним элементом: цементацию, азотирование, алитирование, хромирование. Насыщение двумя, тремя и большим количеством элементов применяют весьма ограниченно. Практически используется промышленностью -нитроцементация или цианирование. Насыщение поверхности изделий двумя и большим количеством элементов (многокомпонентное насыщение) позволяет в значительно большей мере изменять свойства поверхностных слоев.

Многокомпонентное диффузионное насыщение тремя элементами, например, хромом, кремнием и марганцем применительно к изделиям из порошковых материалов не изучено. Поэтому разработка и исследование метода многокомпонентного диффузионного насыщения поверхности изделий из порошковых материалов хромом, кремнием и марганцем, позволяющего повысить их эксплуатационные свойства является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Изучение влияния режимов и установление закономерностей многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем на микроструктуру и физико-механические свойства порошковых материалов на основе железа в порошковой засыпке с печным нагревом с целью повышения износостойкости, коррозионной стойкости и жаростойкости изделий.

В соответствии с поставленной целью решались следующие ЗАДАЧИ:

1. Выявление влияния состава насыщающей среды, технологических режимов многокомпонентного диффузионного насыщения (МДН) на основании широкого комплекса исследований структуры;

2. Установление закономерностей влияния параметров многокомпонентного диффузионного насыщения (температура, время насыщения, состав насыщающей смеси, вид активатора) на механические свойства образцов с диффузионным покрытием;

3. Исследование эксплуатационных свойств образцов (износостойкость, коррозионная стойкость и жаростойкость), подвергнутых МДН;

4. Разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. Разработан процесс многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем порошковых материалов на основе железа в порошковой засыпке состава:

30 % Х99 + 20 % ФМн 90 + 20 % ФС 75 + 28 % А1203 + 2 % Ш4С1; Методом рентгеноспектрального анализа в интервале температур 900 - 1200°С и времени 1-4 часа определены кинетические зависимости изменения ширины диффузионного слоя в процессе многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем; Установлено, что толщина диффузионного слоя достигает 600-850 мкм, а толщина функционального карбидного слоя составляет примерно 200 мкм;

2. Металлографическими исследованиями изделий порошковых материалов

на основе железа, подвергнутых насыщению хромом, кремнием и марганцем

4

показано, что диффузионный слой состоит из карбида типаСг7Сз, представленного в виде дисперсных включений в приповерхностной зоне образца и феррита, легированного хромом, кремнием и марганцем;

3. Установлено, что введение в насыщающую смесь марганца приводит к увеличению скорости диффузии хрома и кремния в образцах из стали 80п и порошка железа ПЖР 2.200.28.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:

1.Предложены технологические схемы и режимы, обеспечивающие МДН изделий из порошковых материалов на основе железа с заданными значениями характеристик прочности, пластичности, износостойкости и коррозионной стойкости.

2. Разработаны режимы по выбору температуры нагрева, времени проведения многокомпонентного диффузионного насыщения с учётом пористости заготовок, содержания углерода, а также назначения изделий.

3. Для изделий из порошковых материалов на основе железа, подвергнутых МДН хромом, кремнием и марганцем, определены зависимости:

—» изнашивания при удельной нагрузке 5 МПа, скорости скольжения 0,568 м/с, в условиях сухого трения от пути трения (150 м);

—» ударной вязкости, предела прочности на сжатие, усталостной долговечности, относительного удлинения, относительного сужения, микротвердости поверхностного слоя от содержания углерода в пределах 0,2-1,2 %; —* толщины диффузионного слоя от температуры и времени насыщения, от состава насыщающей смеси;

—> коррозионной стойкости в: а) 20 %-ном растворе НС1; б) 50 %-ном растворе H2S04; в) 20 %-ном растворе HN03; г) 20 %-ном растворе Н3Р04; д) 20 %-ном растворе КОН; е) 10 %-ном растворе NaOH; ж) 3 %-ном растворе NaCl (имитирующем атмосферную коррозию и морскую воду) от времени процесса; —> жаростойкости от температуры 900, 1000, 1100 °С;

4. На основании проведённых исследований предложены области

применения метода диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем.

5

Это детали металлургической, химической, нефтяной, бумажной, с/х, пищевой промышленности: кольца, втулки, гнёзда клапанов, вкладышей, крепёжных деталей, детали насосов (шестерни, плунжера, втулки). Рекомендовано применять МДН данными элементами для деталей, работающих в различных средах, где они превосходят по коррозионной стойкости более дорогие коррозионностойкие стали. Метод МДН можно использовать с целью повышения жаростойкости деталей печной арматуры, оправок для отжига, шипов котлов, деталей тепловых двигателей (колец, втулок, клапанов, сопловых аппаратов турбин, корпусных и крепёжных деталей), работающих при температурах 900-1100 °С. Кроме того, высокий и стабильный коэффициент трения изделий после МДН позволяет рекомендовать их для работы во фрикционных узлах - тормозных устройствах и во фрикционных передачах (сцеплениях, вариаторах и т.п.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ:

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. IV Международной Конференции Молодых Специалистов «Металлургия XXI века» (г. Москва, февраль 2008 г., ВНИИМЕТМАШ); По итогам конференции работа получила высокую оценку экспертов и была удостоена гранта Фонда содействия развития малого предпринимательства в научно-технической сфере по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса 2008»;

2. Научно-технической конференции Московского государственного вечернего металлургического института «Экология. Ресурсосбережение. Материаловедение в производстве высококачественных материалов» (г. Москва, июнь 2008 г., МГВМИ);

3. Международная конференция «Материаловедение тугоплавких соединений: достижения и проблемы» (г. Киев, май 2008 г.);

4. Второй международный научно-практический семинар «Новые материалы и изделия из металлических порошков. Технология. Производство.

Применение.» (ТПП-ПМ 2008), (г. Йошкар-Ола, июнь 2008 г.).

6

ПУБЛИКАЦИИ:

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 5 статей в центральных рецензируемых журналах. Поданы документы на получение патента Российской Федерации.

Автор выражает благодарность за помощь и поддержку в проведении металлографических исследований сотрудникам ООО «Инженерный центр прочности, надёжности, долговечности и ресурса оборудования атомной техники» В.Я. Абрамову и Н.С. Крестникову.

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ:

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, библиографического списка, содержащего 100 источников; содержит 120 страниц машинописного текста, 69 рисунка, 10 таблиц, приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ: Во введении обоснована научно-техническая актуальность работы, сформулированы основные цели и задачи исследований, отражены основные направления и объекты исследований.

В первой главе излагаются способы и технологии увеличения трибологических свойств, коррозионной стойкости, жаростойкости изделий методом многокомпонентного диффузионного насыщения (МДН), описанные в литературных источниках, определяющие выбор направления получения материала.

По литературным источникам, патентным удостоверениям, научным публикациям рассмотрены особенности многокомпонентного диффузионного насыщения компактных и порошковых материалов, методы интенсификации процессов при проведении МДН.

Метод многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем порошковых материалов на основе железа при печном нагреве позволяет получать диффузионные слои толщиной 600-850 мкм, функциональный

приповерхностный слой при этом составляет около 200 мкм. Показания эксплуатационных свойств изделий из порошковых материалов после проведения МДН хромом, кремнием и марганцем возрастают в несколько раз.

Метод многокомпонентного диффузионного насыщения порошковых материалов (ПМ) изучен в меньшей степени, чем компактных материалов. Тем не менее, ПМ обладают некоторыми преимуществами перед компактными материалами. Это такие факторы, как пористость, повышенная концентрация вакансий, большая протяжённость границ зёрен. И это способствует более благоприятному протеканию процесса диффузии по сравнению с компактными материалами. И, соответственно, раз процесс диффузии протекает более активно, это способствует образованию диффузионного слоя большей ширины.

По результатам анализа литературных источников показана актуальность использования новых видов ХТО. Особый интерес представляет многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем в порошковой засыпке с печным нагревом с целью получения функционального покрытия, обладающего высоким комплексом свойств порошковых изделий на основе железа.

Во второй главе даны характеристики исследуемых материалов, описание оборудования для проведения МДН, описание оборудования для исследования и анализа полученных результатов, а также приведены методики проведения экспериментов.

В качестве объекта исследования были взяты плоские образцы размером

3x30x30 мм и прямоугольные размером 55x10x10 мм из распыленного железного

порошка ПЖР 2.200.28 ГОСТ 9849-86 производства Сулинского

металлургического завода и образцы из порошковой стали 80 аналогичных

размеров. Размер частиц порошков находился в пределах 100-200 мкм. Углерод

вводился в шихту в составе ГИСМ (графит искусственный специальный

малозольный) ТУ 48-20-54-84. Порошок железа и ГИСМ использовались в

состоянии поставки, их взвешивание проводили на весах

ВЛКТ-500-М, а смешивание в конусном смесителе. В качестве компонентов для

многокомпонентного диффузионного насыщения были выбраны следующие

8

материалы: хром металлический марки Х99 ГОСТ 5905-2004 (ИСО 10387:1994), феррохром марки ФХ001А ГОСТ 4757-91 (ИСО 5448-81), ферросилиций марки ФС 75 ГОСТ 1415-93 (ИСО 5445-80), ферромарганец марки ФМн90 ГОСТ 4755-91 (ИСО 5446-80), ферросиликохром марки ФСХ26 ГОСТ 11861-91 (ИСО 5449-80), ферросиликомарганец марки МнС17 ГОСТ 4756-91 (5447-80) производства Челябинского электрометаллургического комбината.

В качестве инертной добавки для предотвращения налипания смеси на поверхность образцов использовали оксид алюминия A1¡03 (ГОСТ 6912.1-93).

Хлорид аммония (ГОСТ 2210-73), фторид натрия (ГОСТ 4463-76), фторид алюминия ТУ6-09-1122-76 и хлорид натрия (ГОСТ 13830-91)-активаторы, применяемые для увеличения скорости процесса диффузионного насыщения.

Многокомпонентное диффузионное насыщение (МДН) в порошковой смеси проводили в контейнере из жаропрочной стали 12Х18Н9Т с плавким затвором, помещённом в электропечь.

МДН проводили по следующим технологическим схемам:

1) Статическое Холодное Прессование (СХП) —> Многокомпонентное Диффузионное Насыщение (МДН) + Спекание (СП) —> Горячее Прессование (ГП);

2) Горячее Прессование (ГП) —> Многокомпонентное Диффузионное Насыщение (МДН).

Статическое холодное прессование проводили на гидравлическом прессе модели 2ПГ-125.

Горячее прессование проводили на гидравлическом прессе для горячего прессования марки ПА-803 усилием 400 кН.

Микроструктурный анализ проводили на оптическом металлографическом микроскопе NEOPHOT-21 фирмы «Karl Zeiss», микрорентгеноспектральный анализ проводили на сканирующем электронном микроскопе CamScan-4, оборудованном приставкой для проведения энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа Inca Energy 300. Изображения получали в режиме отражённых электронов. Микроанализ проводили при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе зонда 1 нА.

Трибологические испытания проводили на автоматизированной машине трения TRIBOMETR, CSM Instr. по схеме «стержень-диск».

Строение бороздок изнашивания (на дисках) и диаметр пятен изнашивания (на шариках) изучали на оптическом микроскопе AXIOVERT СА25 («Karl Zeiss») и стереомикроскопе МБС-10 (JI30C). Измерения вертикального сечения бороздок износа проводили на профилометре SURFTEST SJ-402 (Mitutoyo).

Коррозионную стойкость исследовали в 7 средах с различным уровнем РН: а) 20 %-ном растворе HCl; б) 50 %-ном растворе H2S04; в) 20 %-ном растворе HN03; г) 20 %-ном растворе Н3Р04; д) 20 %-ном растворе КОН; е) 10 %-ном растворе NaOH; ж) 3 %-ном растворе NaCl (имитирующем атмосферную коррозию и морскую воду). Для количественной оценки коррозионной стойкости образцов использовали весовой метод измерения уменьшения массы по ГОСТ Р 9.905-2007 (ИСО 7384:2001, ИСО 11845:1995). Для чего использовали весы типа WA31 польской фирмы «В АРИМЭКС» с точностью до 0,0001 г.

Испытания на ударную вязкость проводили на маятниковом копре модели КМ-30 А с максимальной энергией удара 294 Дж.

Плотность порошковых материалов определяли методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 18898-89.

Микротвёрдость определяли на микротвердомере ПМТ-3.

Испытания на растяжение и сжатие проводили в соответствии с ГОСТ 1497-84 на электрогидравлической разрывной машине HUS-2010Z системы MFL.

Для количественной оценки жаростойкости образцов использовали весовой метод измерения уменьшения массы по ГОСТ 6130-71. Испытания проводили в электрической печи при температурах 900,1000 и 1100 °С. Для определения массы образцов использовали аналитические весы типа WA-31 (Польша) с точностью до ОД мг.

В третьей главе представлены результаты исследования влияния параметров режима МДН хромом, кремнием и марганцем при печном нагреве в порошковой засыпке на формирование диффузионного слоя в приповерхностной зоне изделий

из порошковых материалов на основе железа.

10

Рассмотрены различные технологические схемы получения порошковых материалов на основе железа. Показано, что наиболее приемлемой с точки зрения практического использования являются схемы: ГП —> МДН,

СХП —* (МДН+СП) —* ГП. Установлено, что схема ГП —» МДН в отличие от схемы СХП —> (МДН+СП) —» ГП обеспечивает получение равномерных по толщине сплошных диффузионных зон. При этом остаточная пористость горячепрессованных образцов из порошковых материалов на основе железа, полученных по схеме ГП —> МДН составляет 0,5 %, а по схеме СХП —> (МДН+СП) —» ГП составляет 7-10%. Отмечено, что толщина диффузионного слоя при МДН после горячего прессования составляет 400-700 мкм. При МДН образцов из порошковых материалов на основе железа по схеме СХП —> (МДН+СП) —* ГП толщина диффузионного слоя достигает 850 мкм. Толщина приповерхностного карбидного слоя при любой схеме проведения насыщения составляет около 200 мкм.

Металлографические исследования образцов из порошковых материалов на основе железа, подвергнутых насыщению хромом, кремнием и марганцем показали, что диффузионный слой состоит из карбида типа Сг7С3, представленного в виде дисперсных включений в приповерхностной зоне образца и феррита, легированного хромом, кремнием и марганцем (рис.1).

•-'/л , . т

•V /:-ц\ - ..-Л:

5 ■. ; • Г. • •• тхл

^J .- N "*. • .....• -w i.

^ Ч-. - * - - ' ^

^ V ''Чг"*' . л

^ ^ - чЧ- 4

1 500мкт 1

Рис.1 Микроструктура диффузионного слоя после насыщения хромом, кремнием и марганцем образца из стали 80п. Насыщение в порошковой засыпке состава 30 % Х99 + 20 % ФМн90 + 20 % ФС75 + 28 % А1203 + 2 % ]МН4С1. Режим насыщения: 1;МдН = 1100°С, X = 3 часа. Схема: ГП —> МДН.

На рис.2 показаны зависимости толщины диффузионного слоя от температуры и времени проведения МДН образцов из стали 80п.

температура насыщения, С

а)

4ПЛЛ

1 2 3

время насыщения, ч

б)

Рис.2 Зависимость толщины диффузионного слоя образцов из стали 80п от а)температуры (1 - 1 час; 2-2 часа; 3-3 часа; 4-4 часа.) и б) времени проведения МДН (1 - 900 °С; 2 - 1000 °С;3 -1100 °С; 4- 1200 °С.).

Из представленных зависимостей видно, что при температуре насыщения 1100 °С и времени процесса 3 часа достигнуты наиболее высокие результаты по достижению толщины диффузионного слоя.

При дальнейшем повышении температуры до 1200 °С происходит торможение роста диффузионного слоя. Это можно объяснить тем, что при увеличении температуры насыщения выше 1200 °С происходит существенный рост зерна, приводящий к уменьшению вклада граничной диффузии в общий диффузионный поток.

При проведении экспериментов на образцах из порошка железа ПЖР 2.200.28 были получены аналогичные результаты, а именно, режим насыщения, при котором получаем максимальную толщину диффузионного слоя: температура 1100 °С и время 3 часа, дальнейшее увеличение параметров процесса не обеспечивает получение лучших результатов по толщине слоя.

Таким образом, рекомендуемая температура проведения многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем изделий из порошковых материалов на основе железа составляет 1100°С в течение 3 часов.

С целью определения рационального состава насыщающей среды было проведено насыщение из 3-х составов порошковой засыпки, % масс.: 1.30 % Х99 + 20 % ФМн90 + 20 % ФС75 + 28 % А1203 + 2 % активатор 2.30 % ФХ001А + 20 % ФМн90 + 20 % ФС75 + 28 % А1203 + 2 % активатор 3.35 % МнС17 + 35 % ФСХ26 + 28 % А1203 + 2 % активатор В качестве активатора применяли А1Р3, ЫН4С1, ШБ, ЫаС1.

Составляющие брали эмпирически, т.к. данные по выбору компонентов засыпки для проведения МДН предложенными элементами в литературных источниках отсутствуют. Однако, при анализе литературы, было установлено, что подобные компоненты чаще всего применяют для однокомпонентного и двухкомпонентного насыщения.

В результате исследования толщины и равномерности образования

диффузионного слоя было выявлено, что при использовании состава 1 получались

диффузионные слои толщиной 600-850 мкм в зависимости от схемы насыщения.

Функциональный карбидный слой при этом составляет примерно 200 мкм. При

использовании состава 2 диффузионные слои получались значительно меньше по

толщине - 200 - 450 мкм. Толщина диффузионных слоев полученных при

13

использовании состава 3 составляла 400 - 600 мкм. Функциональный карбидный слой при этом составляет примерно 150 мкм Рассмотрев зависимости толщины диффузионного слоя от состава насыщающей смеси и температуры процесса, наиболее подходящим для достижения заданных результатов является состав 1 и температура 1100 °С.

Необходимо отметить, что при использовании насыщающей смеси независимо от её состава, не рекомендуется применять одну и ту же засыпку несколько раз. Это связано с понижением содержания активных атомов легирующих элементов, что может привести к получению наименьшей толщины функционального карбидного слоя и неравномерному распределению элементов в структуре. При этом элементы, выбранные для проведения насыщения не дорогостоящие и вполне доступны для любого промышленного предприятия.

Середина образца из стали 80п после МДН вместе с картой распределения элементов в рентгеновских лучах представлена на рис.3. Режим МДН: 1100°С, время 3 часа, ГП —> МДН.

По результатам рентгеноспектрального анализа можно сделать вывод, что в порах содержатся сложные оксиды типа А1203 - МпО.

Рис.3 Середина образца из стали 80п вместе с картой распределения элементов в рентгеновских лучах: а) изображение в отражённых электронах; б) карта распределения в рентгеновских лучах О-Ка; в) карта распределения в рентгеновских лучах А1-Ка; г) карта распределения в рентгеновских лучах Fe -Ka; д) карта распределения в рентгеновских лучах С-Ка.

В работе также было определено влияние типа и количества активаторов на толщину диффузионного слоя. Активатор применяли для создания газовой фазы в контейнере под плавким затвором. Введение активаторов в порошкообразную насыщающую смесь позволяет резко повысить активность насыщающей смеси. Количество активатора необходимое для получения максимальных результатов рекомендуется не более 2 %, так как более высокое его содержание ухудшает процесс адсорбции, что приводит к замедлению процесса диффузии.

Анализ результатов свидетельствует о том, что наличие активатора в насыщающей смеси и его вид оказывается значимым фактором. Следует также учитывать, что активатор NaF в процессе МДН расходуется полностью, a NH4C1 и NaCl-лишь частично. В связи с этим при регенерировании смеси, NaF надо вводить заново.

Хлорид аммония и хлорид натрия дают максимальную глубину диффузионного слоя порядка 700-850 мкм. При применении фторида алюминия и фторида натрия толщина диффузионного слоя гораздо меньше 600-400 мкм в зависимости от технологической схемы проведения насыщения. Функциональный карбидный слой при использовании хлорида аммония и натрия составляет примерно 200 мкм, толщина которого достаточна для повышения необходимых эксплуатационных свойств. При использовании фторида алюминия и фторида натрия карбидный слой несколько меньше, примерно 150 мкм.

Кроме того, следует отметить, что при насыщении хромом, марганцем и кремнием с использованием фторида натрия или фторида алюминия происходит прилипание смеси к образцам и ее спекание, в то время как при использовании хлорида аммония этого не наблюдается.

Таким образом, самой технологичной для достижения максимальных результатов по свойствам изделий из порошковых материалов следует считать порошковую засыпку следующего состава, %масс.:

30 % Х99 + 20 % ФМн 90 + 20 % ФС 75 + 28 % А1203 + 2 % NH4C1

В четвёртой главе представлены результаты исследования на механические и эксплуатационные свойства изделий из порошковых материалов на основе железа, подвергнутых многокомпонентному диффузионному насыщению хромом, кремнием и марганцем. С целью изучения возможности применения метода МДН для порошковых сталей с другим содержанием углерода, рассматривали влияние содержания углерода на механические свойства образцов после насыщения.

Анализ зависимостей твердости поверхности насыщенного слоя от содержания углерода, полученные по схемам ГП —►МДН и СХП —> (МДН+СП) —> ГП показывает, что твердость поверхностного слоя с увеличением содержания углерода увеличивается до 30-40 НЯС. Однако, твердость материала полученного по схеме ГП —> МДН несколько выше материала, полученного по схеме СХП —> (МДН+СП) —> ГП.

Из полученных зависимостей прочности при изгибе от содержания углерода, полученных по схемам ГП —»МДН и СХП —> (МДН+СП) —> ГП. видно, что с повышением содержания углерода прочность на изгиб повышается в 1,2-1,8 раза по сравнению с прочностью образцов без насыщения, при этом самую высокую прочность имеют образцы, полученные по схеме СХП —»(МДН+СП) —»ГП. Это можно объяснить более активным процессом диффузии легирующих элементов.

После проведения диффузионного насыщения ударная вязкость образцов, полученных по различным схемам снижается примерно в 1,2 раза при увеличении содержания углерода, при этом, минимальные значения ударной вязкости имеют образцы после диффузионного насыщения по схеме ГП —> МДН.

Испытания на усталостную долговечность в условиях малоциклового нагружения показали, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем снижает усталостную долговечность изделий из порошковых материалов на 15 %.

Таким образом, многокомпонентное диффузионное насыщение хромом,

кремнием и марганцем порошковых материалов на основе железа повышает

твердость, прочность, но при этом снижает ударную вязкость и усталостную

долговечность. Это можно объяснить более высокой прочностью и хрупкостью,

как самого материала, так и диффузионного слоя, а также образованием в

17

карбидном слое остаточных напряжений. Необходимо отметить, что технологическая схема получения образцов существенного влияния на характер зависимости механических свойств от содержания углерода не оказывает.

В работе также проводились испытания на трибологические свойства, коррозионную стойкость, жаростойкость.

При испытаниях на износостойкость было получено, что коэффициент трения образцов после проведения МДН по сравнению с образцами без насыщения уменьшился в 2,5 раза. Коэффициенты трения порошковых материалов, не подвергнутых МДН составляют 0,46-0,58, а коэффициенты трения материалов после проведения МДН (сталь 80п) имеют меньшие (0,25-0,35) значения коэффициента трения Исследование пятна износа шарика из закаленной стали 18Х8СТ также показали, уменьшение изнашивания на теле трения.

Изнашивание контртела также уменьшился в 2-3 раза, что позволяет сделать вывод, что проведение МДН снижает не только коэффициент трения, но и значительно уменьшает изнашивание трущихся тел. 1

На рис. 4 представлены фотографии дорожек трения образцов без

„ I

насыщения и после проведения МДН.

Рис.4 Исследование дорожек трения: а) материал сталь 80п б) сталь 80п, ГП —> МДН (1100 °С, 3 ч).

а)

б)

Исследования дорожек трения показало, что материал без нанесения покрытия сильно изнашивается и износ образца достигает 67 мкм. после проведения МДН износ материала уменьшился до 33 мкм. Из рис.4 видно, что поверхность образца из стали 80п сильно изношена, в то время как поверхность образца из стали 80л после МДН, практически не изношена.

Исследование кривых шероховатостей исследуемых образцов показало, что у образцов без нанесения покрытий после проведения трибологических испытаний образуется значительный профиль износа порядка 0,745 мм, у образцов с МДН профиль износа был получен порядка 0,15 мм.

Таким образом, МДН хромом, кремнием и марганцем позволяет существенно повысить износостойкость изделий из порошковых материалов (в 2-3 раза) за счёт образования функционального карбидного слоя в приповерхностной зоне. Более высокой износостойкостью обладают насыщенные диффузионные слои образцов из стали 80п, полученной по схеме ГП —»МДН. Образцы из других материалы несколько уступают ей.

Испытания на коррозионную стойкость проводили в 7 средах с различным уровнем РН: а) 20 %-ный раствор НС1; б) 50 %-ный раствор Н2504; в) 20 %-ный раствор НШ3; г) 20 %-ный раствор Н3Р04; д) 20 %-ный раствор КОН; е) 10 %-ный раствор ИаОН, ж) 3 % раствор соли ЫаС1 (имитирующей атмосферную среду и морскую воду).

Приведём для сравнения некоторые зависимости коррозионной стойкости образцов из порошковых материалов в: а) 50 %-ном растворе Н2504; б) 20 %-ном растворе НЫ03; в) 20 %-ном растворе Н3Р04.

Am, мг/см2

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

время, ч

а)

Am, мг/см2

i

О 50 100 150 200 250 10 350 400

время, ч

б)

Дт, мг/см2

1 5

время, ч

в)

Рис.5. Коррозионная стойкость образцов из стали 80п в растворах кислот и щелочей: а) 50 %-ный раствор Н2В04; б) 20 %-ный раствор НЖ)3; в) 20 %-ный раствор Н3Р04.

1 - образцы из стали 80п без насыщения; 2 - образцы из стали 80п, полученные по схеме СХП ~> (МДН+СП) ГП (Режим МДН: 1100 °С, 3 ч); 3 - образцы из стали 80п, полученные по схеме ГП -» МДН (Режим МДН: 1100 °С, 3 ч);

4 - образцы из стали 12Х18Н10Т

5 - образцы из стали 80п, полученные по схеме ДХС + ГП (Режим: 1200 °С, 3 часа; ДХС - диффузионное хромоснлицирование)

Анализ результатов исследований свидетельствует о том, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем повышает коррозионную стойкость порошковых материалов на основе железа в 20 %-ном водном растворе соляной кислоты, 50 %-ном водном растворе серной кислоты, в 20 %-ном водном растворе азотной кислоты, в 20 %-ном водном растворе фосфорной кислоты, 3 % растворе соли №С1 (имитирующей атмосферную коррозию и морскую воду); повышение коррозионной стойкости в 10 %-ном растворе ЫаОН и в 3 %-ном КОН незначительно. При этом скорость коррозии материалов подвергнутых насыщению хромом, кремнием и марганцем соответствует 3 баллу стойкости по десятибалльной шкале. Коррозионная

стойкость изделий после насыщения хромом, кремнием и марганцем обеспечивается за счёт образования оксидных плёнок хрома и кремния на поверхности образцов.

Также следует отметить, что при сравнении результатов коррозионной стойкости образцов после МДН хромом, кремнием и марганцем с результатами коррозионной стойкости образцов после диффузионного хромосилицирования (ДХС), выявлено, что коррозионная стойкость образцов, подвергнутых трёхкомпонентному насыщению имеет более высокие значения по сравнению с ДХС в 1,2-1,5 раза. Из рис.5б) видно, что коррозионная стойкость образцов из стали 80п после проведения МДН (при различных схемах) превосходит коррозионную стойкость стали 12Х18Н10Т в 1,8-2,0 раза.

Таким образом, МДН хромом, кремнием и марганцем целесообразно применять для повышения коррозионной стойкости деталей из порошковых материалов, работающих в таких агрессивных средах как растворы соляной, серной, азотной, фосфорной кислот, щелочи №ОН и КОН и растворе соли ЫаС1.

Анализ результатов испытаний на жаростойкость образцов при температурах 900,1000 и 1100 °С свидетельствует о том, что проведение многокомпонентного диффузионного насыщения повышает жаростойкость порошковых материалов на основе железа в 3-10 раз. Наибольшей жаростойкостью среди них обладает сталь 80п, режим ГП —»МДН. Образцы из порошка железа ПЖР 2.200.28, подвергнутые МДН обладают меньшими значениями жаростойкости, чем сталь 80п.

Таким образом, изделия из порошковых материалов на основе железа, подвергнутые многокомпонентному диффузионному насыщению хромом, кремнием и марганцем, могут использоваться, как жаростойкие материалы при температурах 900, 1000, 1100°С. Их жаростойкость приближается к жаростойкости стали 12Х18Н10Т. При сравнении результатов на жаростойкость образцов после МДН хромом, кремнием и марганцем с жаростойкостью образцов, подвергнутых диффузионному хромосилицированию, установлено, что насыщение хромом, кремнием и марганцем даёт лучшие результаты в 1,2 раза.

Заметим, что повторное насыщение изношенных деталей, подвергнутых

22

МДН хромом, кремнием и марганцем невозможно, так как в процессе насыщения не происходит восстановление их исходных геометрических размеров.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработан процесс многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем порошковых материалов на основе железа в порошковой засыпке состава:

30 % Х99 + 20 % ФМн 90 + 20 % ФС 75 + 28 % А1203 + 2 % NH4C1;

2. Методом рентгеноспектрального анализа в интервале температур 900 - 1200°С и времени 1-4 часа определены кинетические зависимости изменения ширины диффузионного слоя в процессе многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем; Установлено, что толщина диффузионного слоя достигает 600-850 мкм, а толщина функционального карбидного слоя составляет примерно 200 мкм;

3. Металлографическими исследованиями изделий порошковых материалов на основе железа, подвергнутых насыщению хромом, кремнием и марганцем показано, что диффузионный слой состоит из карбида типа СГ7С3, представленного в виде дисперсных включений в приповерхностной зоне образца и феррита, легированного хромом, кремнием и марганцем;

4. Установлено, что введение в насыщающую смесь марганца приводит к увеличению скорости диффузии хрома и кремния;

5. Выявлено, что предел прочности на сжатие образцов после насыщения повышается на 15%, ударная вязкость снижается на 5%, усталостная долговечность снижается на 15 %, твердость поверхностного слоя с увеличением содержания углерода увеличивается до 30 - 40 HRC;

6. Установлено, что увеличение содержания углерода в порошковых материалах на основе железа повышает механические свойства функционального поверхностного слоя: повышается прочность, твердость, усталостная долговечность;

7. Показано, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом,

кремнием и марганцем повышает коррозионную стойкость изделий из

23

порошковых материалов на основе железа в 20 %-ном водном растворе соляной кислоты, 50 %-ном водном растворе серной кислоты, в 20 %-ном водном растворе азотной кислоты, в 20 %-ном водном растворе фосфорной кислоты, 3 % растворе соли КаС1 (имитирующей атмосферную коррозию и морскую воду), в 10 %-ном растворе КаОН и в 3 %-ном КОН. Установлено, что скорость коррозии материалов подвергнутых насыщению хромом, кремнием и марганцем соответствует 3 баллу стойкости по десятибалльной шкале;

8. Установлено, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем повышает трибологические свойства изделий из порошковых материалов на основе железа в 2-3 раза. Коэффициенты трения образцов без проведения насыщения составляют 0,46-0,58, а после проведения МДН хромом, кремнием и марганцем их значения снижаются до 0,25-0,35; Исследование дорожек трения показало, что износ образцов, не подвергнутых МДН достигает 67 мкм, после МДН износ уменьшается до 33 мкм. Профиль износа образцов без МДН составляет порядка 0,745 мм, после насыщения 0,15 мм;

9. Выявлено, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем повышает жаростойкость изделий из порошковых материалов на основе железа при температурах 900, 1000, 1100°С в 3-10 раз.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в работах:

1. А.Б. Коростелёв, Д.А. Чумак-Жунь, Ж.В.Еремеева Повышение эксплуатационных свойств порошковых стальных деталей путём многокомпонентного насыщения рабочих поверхностей.// Металлург № 4, 2008, с. 55-56

2. В.И. Костиков, В.Ю. Дорофеев, Д.А. Чумак-Жунь, А. Д. Ульяновский, Ж.В. Еремеева, Д.Л. Яицкий Восстановление оксидных плёнок в процессе консолидации шихты порошковых заготовок.// Металлург №7,2008, с.55-57

3. А.Б. Коростелёв, Д.А. Чумак-Жунь и др. Термическая обработка порошковых сталей после многокомпонентного диффузионного насыщения.// Технология металлов № 9,2008, с.15-18.

4. А.Б. Короетелёв, Д.А. Чумак-Жунь Повышение трибологических свойств изделий из порошковых сталей после многокомпонентного диффузионного насыщения. // Металлург№9,2008, с.60-61.

5. А.Б. Короетелёв, Д.А. Чумак-Жунь Повышение коррозионной стойкости и жаростойкости изделий из порошковых материалов на основе железа методом многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем. // Электрометаллургия (в печати)

6. А.Б. Короетелёв, Д.А. Чумак-Жунь Легирование рабочих поверхностей порошковых стальных изделий методом многокомпонентного насыщения. // Тезисы доклада 4-й Международной конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» М., 2008, с.20-21

7. А.Б. Короетелёв, Д.А. Чумак-Жунь, Ж.В. Еремеева Легирование рабочих поверхностей порошковых стальных изделий методом многокомпонентного насыщения. // Сборник трудов 4-й международной конференции молодых специалистов «Металлургия XXI века» М., 2008 г., с. 86-89

8. Д.А. Чумак-Жунь, Ж.В. Еремеева Изучение влияния режимов многокомпонентного диффузионного насыщения рабочих поверхностей порошковых стальных деталей на их структуру и свойства.//Тезисы доклада конференции «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных металлов» М., Московский государственный вечерний металлургический институт, июнь 2008 г., с.108-109

9. В.И. Костиков, Д.А. Чумак-Жунь, Ж.В. Еремеева, Г.Х. Шарипзянова Механические свойства хромосилицированных порошковых материалов. // Тезисы доклада второго международного научно-практического семинара «Новые материалы и изделия из металлических порошков. Технология. Производство. Применение» (ТПП-ПМ 2008) г. Йошкар-Ола, июнь 2008 г.

10. Д.А. Чумак-Жунь, Г.Х. Шарипзянова, Ж.В.Еремеева Диффузионное многокомпонентное насыщение горячедеформированных порошковых сталей.// Тезисы доклада Международной конференции «Материаловедение тугоплавких соединений. Достижения и проблемы», г. Киев, 2008 г.

11. А.Б. Коростелёв, Д.А. Чумак-Жунь Повышение трибологических и коррозионных свойств изделий из порошковых материалов на основе железа после многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем. // Сборник трудов конференции. Неделя металлов в Москве, ноябрь 2008 г. (в печати)

Подписано в печать 25.09.2008 г.

Печать трафаретная

Заказ № 883 Тираж: 100 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Хром, кремний и марганец как легирующие элементы компактных материалов на основе железа.

1.2 Особенности многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем изделий из порошковых материалов на основе железа.

1.3 Основные способы изменения свойств поверхности.

1.4 Методы интенсификации химико-термической обработки металлов и их влияния на диффузионные процессы.

1.5 Выводы, цели и задачи исследования.

2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Характеристики исходных материалов.

2.2 Оборудование, оснастка и технология изготовления образцов.

2.3 Описание технологических процессов изготовления образцов.

2.4 Оборудование и методики исследования структуры материалов.

2.4.1 Микроструктурный анализ.

2.4.2 Определение микротвёрдости.

2.4.3 Микрорентгеноспектральный анализ.

2.5 Оборудование и методики исследования характеристик и свойств материала.

2.5.1 Определение общей пористости.

2.5.2 Испытания на изгиб.

2.5.3 Испытания на ударную вязкость.

2.5.4 Испытания на усталостную долговечность.

2.5.5 Трибологические испытания.

2.5.6 Испытания на коррозионную стойкость.

2.5.7 Испытания на жаростойкость.

3 ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ МДН ХРОМОМ, КРЕМНИЕМ И МАРГАНЦЕМ НА МИКРОСТРУКТУРУ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА.

3.1 Структура образцов из порошковых материалов после проведения многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем.

3.2 Изучение микроструктуры образцов из порошковых материалов на основе железа после проведения многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем методом рентгеноспектрального анализа.

3.3 Влияние различных факторов многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем на строение приповерхностного слоя.

3.3.1 Формирование диффузионного слоя в зависимости от состава насыщающей смеси.

3.3.2 Влияние температуры и времени насыщения на формирование приповерхностного слоя.

3.3.3 Влияние вида активатора на формирование диффузионного слоя.

3.3.4 Влияние количества активаторов на толщину диффузионного слоя.

3.3.5 Определение микротвёрдости образцов после проведения многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем.

3.4 Выводы.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ МДН ХРОМОМ, КРЕМНИЕМ И МАРГАНЦЕМ.

4.1 Механические свойства изделий из порошковых материалов, подвергнутых МДН хромом, кремнием и марганцем.

4.2 Трибологические свойства изделий из порошковых материалов, подвергнутых МДН хромом, кремнием и марганцем.

4.3 Исследование коррозионной стойкости изделий из порошковых материалов, подвергнутых МДН хромом, кремнием и марганцем.

4.4 Жаростойкость изделий из порошковых материалов, подвергнутых МДН хромом, кремнием и марганцем.

4.5 Выводы.

5 ВОЗМОЖНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ МДН ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ.

Прогресс науки и техники, повышение эффективности научных исследований, ускорение использования их результатов в народном хозяйстве, быстрейшее внедрение в производство новых материалов и технологических процессов является главным рычагом создания материально-технической базы страны.

Одной из важнейших задач машиностроительной промышленности на современном этапе является повышение надёжности и долговечности деталей машин и инструмента в условиях воздействия высоких температур и давлений, агрессивных сред, переменных нагрузок, вакуума и т.д. Такой комплекс требований удовлетворить созданием новых сплавов методом объёмного легирования не всегда возможно или нецелесообразно с экономической или технологической точки зрения. Помимо этого, из-за дефицита никеля, хрома, молибдена производство коррозионностойких сталей составляет 1% от всей металлопродукции [1,2].

Поэтому представляется целесообразным использовать весь спектр приемов, направленных на совершенствование методов повышения прочностных характеристик деталей, позволяющих осуществлять экономию дефицитных материалов и увеличить ресурс работы узлов и агрегатов.

Одним из направлений современной химико-термической обработки изделий является многокомпонентное диффузионное насыщение порошковых материалов.

Большой вклад в разработку и внедрение в производство многокомпонентных диффузионных покрытий внесли Самсонов Г.В., Горбунов Н.С, Прокошкин Д.А., Дубинин Г.Н., Архаров В.И., Минкевич А.Н., Коломыцев П.Т., Земсков Г.В., Ляхович JI.C. и многие другие советские и зарубежные учёные [3].

Диффузионное насыщение поверхности одним элементом в ряде случаев не может удовлетворять требованиям практики, поскольку не обеспечивает получение изделий с комплексом требуемых эксплуатационных свойств. Поэтому все чаще проводится диффузионное насыщение поверхности металлов и сплавов одновременно несколькими элементами. Многокомпонентное диффузионное насыщение несколькими элементами приводит к существенному улучшению свойств поверхностного слоя по сравнению с однокомпонентным насыщением, позволяет упрочнять детали различной конфигурации, формируя качественно новый состав поверхностного слоя с заданными свойствами; обеспечивает сталям и сплавам повышенные физико-химические, механические и эксплуатационные свойства, что позволяет решать задачи замены дорогих высоколегированных сталей более дешёвыми углеродистыми с защитными покрытиями. Большинство исследований выполнено на высоколегированных и нержавеющих сталях и сплавах, а многокомпонентное диффузионное насыщение углеродистых сталей, как основных конструкционных материалов, не нашло широкого промышленного применения из-за недостаточной изученности кинетики формирования, фазового состава и строения диффузионных слоёв, а также из-за отсутствия исследований свойств углеродистых сталей с многокомпонентными покрытиями в условиях, приближённых к эксплуатационным.

Исследуемый метод многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем порошковых материалов на основе железа до настоящего времени не был изучен. Соответственно, сведения по выбору режимов насыщения, проведения последующей термической обработки в литературных источниках отсутствуют. Между тем этот способ представляется весьма перспективным.

Высказанные соображения определили необходимость специальных исследований по данному вопросу, которые были проведены на кафедре «Металловедение и термическая обработка металлов» Московского государственного вечернего металлургического института.

1 .ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработан процесс многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем порошковых материалов на основе железа в порошковой засыпке состава:

30 % Х99 + 20 % ФМн 90 + 20 % ФС 75 + 28 % А1203 + 2 % NH4C1;

2. Методом рентгеноспектрального анализа в интервале температур 900 - 1200°С и времени 1-4 часа определены кинетические зависимости изменения ширины диффузионного слоя в процессе многокомпонентного диффузионного насыщения хромом, кремнием и марганцем; Установлено, что толщина диффузионного слоя достигает 600-850 мкм, а толщина функционального карбидного слоя составляет примерно 200 мкм;

3. Металлографическими исследованиями изделий порошковых материалов на основе железа, подвергнутых насыщению хромом, кремнием и марганцем показано, что диффузионный слой состоит из карбида типа Сг7С3, представленного в виде дисперсных включений в приповерхностной зоне образца и феррита, легированного хромом, кремнием и марганцем;

4. Установлено, что введение в насыщающую смесь марганца приводит к увеличению скорости диффузии хрома и кремния;

5. Выявлено, что предел прочности на сжатие образцов после насыщения повышается на 15 %, ударная вязкость снижается на 5 %, усталостная долговечность снижается на 15 %, твердость поверхностного слоя с увеличением содержания углерода увеличивается до 30 - 40 HRC;

6. Установлено, что увеличение содержания углерода в порошковых материалах на основе железа повышает механические свойства функционального поверхностного слоя: повышается прочность, твердость, усталостная долговечность;

7. Показано, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем повышает коррозионную стойкость изделий из порошковых материалов на основе железа в 20 %-ном водном растворе соляной кислоты, 50 %-ном водном растворе серной кислоты, в 20 %-ном водном растворе азотной кислоты, в 20 %-ном водном растворе фосфорной кислоты, 3 % растворе соли NaCl (имитирующей атмосферную коррозию и морскую воду), в 10 %-ном растворе NaOH и в 3 %-ном КОН. Установлено, что скорость коррозии материалов подвергнутых насыщению хромом, кремнием и марганцем соответствует 3 баллу стойкости по десятибалльной шкале;

8. Установлено, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем повышает трибологические свойства изделий из порошковых материалов на основе железа в 2-3 раза. Коэффициенты трения образцов без проведения насыщения составляют 0,46-0,58, а после проведения МДН хромом, кремнием и марганцем их значения снижаются до 0,25-0,35; Исследование дорожек трения показало, что износ образцов, не подвергнутых МДН достигает 67 мкм, после МДН износ уменьшается до 33 мкм. Профиль износа образцов без МДН составляет порядка 0,745 мм, после насыщения 0,15 мм;

9. Выявлено, что многокомпонентное диффузионное насыщение хромом, кремнием и марганцем повышает жаростойкость изделий из порошковых материалов на основе железа при температурах 900, 1000, 1100°С в 3-10 раз.

1. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. -М.: Металлургия, 1978. -248с.

2. Гегузин Я.Е. Диффузионная зона. -М.: Наука, 1979. -344с.

3. Чалмерс Б. Физическое металловедение. -М.: Гос. науч. техн. Изд-во литературы по чёрной и цветной металлургии, 1963. -456с.

4. КришталМ.А. Диффузионные процессы в железных сплавах. -М.: Металлургия, 1963. -278с.

5. Дубинин Г.Н. О механизме формирования диффузионного слоя// Защитные покрытия на металлах. -1976. -Вып. 10. -с. 12-17.

6. Прогрессивные методы химико-термической обработки // Под ред. Г.Н. Дубинина, Я.Д. Когана. -М.: Машиностроение, 1979. -184с.

7. Структура и свойства металлов и сплавов. Диффузия в металлах и сплавах: Справ.// Под ред. Ларионова JI.H. Киев. Наукова думка. 1987.-510с.

8. Дубинин Г.Н. насыщение поверхности сплавов металлами и возникающие при этом свойства. Повышение долговечности машин. — М.: Машгиз, 1956.

9. Дубинин Г.Н. насыщение поверхности сплавов металлами и возникающие при этом свойства. Металловедение и термическая обработка. -М.: Машгиз, 1955.

10. Ю.Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. — М.: Машиностроение, 1965. -492с.

11. Самсонов Г.В., Жунковский Г.П. Некоторые закономерности начальной стадии реакционной диффузии//3ащитные покрытия на металлах. -1973.-Вып.1. -с.21-33.

12. Защитные покрытия на металлах. Вып. 7. -Киев: Наукова думка, 1973 (Институт проблем материаловедения АН УССР). 216с.

13. Лахтин Ю.М., Коган Г.Н. Азотирование стали. -М.: Машиностроение, 1976.

14. М.Ляхович JI.С., Ворошнин Л.Г., Щербаков Э.Д., Панин Г.Г. Силицирование сталей и сплавов. -Минск: Наука и техника, 1972. -280с.

15. Удовицкий В.П. Долговечность диффузионно-насыщенных кремнием деталей машин. -М.: Машиностроение, 1983. -240с.

16. Удовицкий В.П. Антифрикционное пористое силицирование углеродистых сталей. -М.: Машиностроение, 1977. -192с.

17. Дубинин Г.Н. Диффузионное хромирование сплавов. -М.: Машиностроение, 1964. -452с.

18. Глинка Н.Л. Общая химия. -Л.: Химия, 1975. -728с.

19. Анциферов В.Н., Акименко В.Б., Гревнов Л.М. Порошковые легированные стали. —М.: Металлургия, 1991. -318с.

20. Кубашевски Ортруд. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа. -М.: Металлургия, 1985 -183с.

21. Банных О.А. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. -М.: Металлургия, 1986. -462с.

22. Клинов И .Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы. -М.: Машгиз, 1950. -107с.

23. Воробьёва Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. -М.: Химия, 1975. -816с.

24. Авдеев Н.В. Технология и выбор способа материалопокрытия. — Ташкент: Мехнат, 1990. -272с.

25. Биронт B.C. Нанесение покрытий: Лекции/ТГАЦМиЗ.- Красноярск: ГАЦМиЗ, 1994. -160с.

26. Похмурский В.И., Далисов В.Б., Голубец В.М. Повышение долговечности деталей машин с помощью диффузионных покрытий. — Киев: Наукова думка, 1980. -188с.

27. Папшев Д.Д. Технологические основы повышения надёжности и долговечности деталей машин поверхностным упрочнением. -Самара: СамГТУ, 1993, -72с.

28. Бойцов А.Г., Машков В.Н., Смоленцев В.А. и др. -М.: Машиностроение, 1991.-144с.

29. Ворошин Л.Г. Антикоррозионные диффузионные покрытия. -Мн.: Наука и техника, 1981. -296с.

30. JI.C. Ляхович, Л.Г. Ворошнин, Г.Г. Панич, Э.Д. Щербаков Многокомпонентные диффузионные покрытия. -Минск, Наука и техника, 1974, с.288.

31. ЗГА. Салли Марганец: Под ред.Л.Д. Гордона — Москва. Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлургии. 1987.-510с.

32. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения. Справочник под ред. Л.Е. Бородянского и В.Я. Пекуровского.// Киев, Наукова думка, 1985, 621с.

33. Г.А. Либенсон, В.Ю. Лопатин, Г.В. Комарницкий Процессы порошковой металлургии. // Москва, МИСиС, 2002, том 1, том2

34. И.М. Федорченко, Р.А. Андриевский Основы порошковой металлургии.// Изд-во Института металлокерамики и специальных сплавов АН УССР, Киев, 1963, 417с.

35. Дж. Д. Фаст Взаимодействие металлов с газами. Т.2 Кинетика и механизм реакций. Пер с англ. М., «Металлургия», 1975, 352с.

36. Полевой С.Н. Упрочнение машиностроительных материалов: Справочник. —М.: Машиностроение, 1994. -496с.

37. Ковшиков Е.К., Маслов Г.А. Новое в технологии диффузионного соединения материалов. -М.: Машиностроение, 1990. -64с.

38. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. -М.: Металлургия, 1985. -256с.

39. Дуев Т.Я. Силицирование сталей // Вестник металлопромышленности.-1937. -№16/17. -с. 172-179.

40. Коган Я.Д., Кановский И.Я., Удовицкий И.Д. Механизм порообразования при диффузионном силицировании Fe-C сплавов в агрессивной среде // Известия высших учебных заведений. Чёрная металлургия. -1990.-№7.-с.82-84.

41. Дубинин Г.Н. Диффузионное хромирование сплавов. —М.: Машиностроение, 1964. -452с.

42. Криштал М.А. Многокомпонентная диффузия в металлах. -М.: Металлургия, 1985. -176с.

43. Ворошнин Л.Г., ХусидБ.М. Диффузионный массоперенос в многокомпонентных системах. -Минск: Наука и техника, 1979. -255с.

44. Карякина Н.В., Дубинин Г.Н. Рентгеновское исследование поверхности железа и стали после диффузионного хромирования методом порошков. // ФММ. -1960. -Т.9. с.49-51.

45. Лоскутков В.Ф., ХижнякВ.Г., КуницкийЮ.А. Диффузионные карбидные покрытия. -Киев.: Техника, 1991.,324с.

46. Салли А.Х., Брэндз Э.А. Хром. -М.: Металлургия, 1971. -360с.

47. Гуляев А.П. Металловедение.- М.: Металлургия, 1977 647 с.

48. Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия -Л.: Машиностроение, 1990. -319с.

49. Малахов А.И. Основы металловедения и теории коррозии. -М.:Высшая школа, 1978- 192 с.

50. Мельник П.И. Диффузионное насыщение железа и твердофазные превращения в сплавах. -М.: Металлургия, 1993. -128с.

51. Самсонов Г.В., УпадхаяГ.Ш., НепторовВ.С. Физическое материаловедение карбидов. —Киев: Наукова думка, 1974. -455с.

52. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых порошковых заготовок . — М.: Металлургия, 1977,- 216 с.

53. Дорофеев Ю.Г., ГасановБ.Г., Дорофеев В.Ю. и др. Промышленная технология горячего прессования порошковых изделий— М.: Металлургия. -1990.- С. 108 -110.

54. Дубинин Г.Н., Саперов В.П. Диффузионное хромирование листовых сталей// МиТОМ. -1972. -№6. -С.18-23.

55. Анциферов В.Н., Акименко В.Б. Спеченные легированные стали. М.: Металлургия, 1983. - 88 с.

56. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник /Г.В. Борисенок, JI.A. Васильев, Л.Г. Ворошнин и др. М.Металлургия, 1981.-424 с.

57. Ворошнин Л.Г Антикоррозионные диффузионные покрытия/ Под ред. К. В. Горева.- Минск: Наука и техника, 1981 .-296 с.

58. Дьячкова Л.Н., Дечко М.М., Волчек А.Я., Звонарев Е.В. Исследование процесса получения порошковой стали, легированной кремнием и марганцем // Порошковая металлургия. — 1986. — № 10. — с. 49-51.

59. Самсонов Г.В., ЭпикА.П. Тугоплавкие покрытия на железе и стали. -М.: АН СССР, 1973.-399с.

60. Гегузин Я.Е. Очерки о диффузии в кристаллах -М.: Наука, 1970. -176с.

61. Гегузин Я.Е. Очерки о диффузии в кристаллах -М.: Наука, 1974. -253с.

62. Пугин B.C., Корниенко А.П., Павленко Н.П., Буссель О.Д. Диффузионное хромирование пористых проницаемых материалов из спеченного порошка железа// Порошковая металлургия. -1979. -№8. -с.32-34.

63. Хермель В., Кийбак О., ШаттВ. и др. Процессы массопереноса при спекании -Киев.: Наукова думка, 1987. -152с.

64. Е.И. Бельский, М.В. Ситкевич, Е.И. Понкратин и др. Химико-термическая обработка инструментальных материалов — Мн.: Наука и техника, 1986. 247 с.

65. А.Г. Бойцов, В.Н. Машков, В.А. Смоленцев и др. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами. — М.:

66. Машиностроение, 1991. 144 с.

67. Карпенко Г.В. Влияние диффузионных покрытий на прочность стальных изделий. -Киев.: Наукова думка, 1971. -56с.

68. Федорченко И.М., Иванова И.И., Фущич О.Н. Исследование влияния диффузионных процессов на спекание металлических порошков// Порошковая металлургия. -1970. -№1. -С.30-37.

69. Райченко А.И Математическая теория диффузии в приложениях. -Киев: Наукова думка, 1981. -396с.

70. Кулу Приит Износостойкость порошковых материалов и покрытий. — Таллин: Валгус, 1988. -120с.

71. Романов В.В. Методы исследования коррозии металлов. —М.: Металлургия, 1969, -496с.

72. Сарбаш Р.И. Усталостная долговечность образцов из порошковой стали в условиях малоциклового жёсткого нагружения // Порошковая металлургия. -1988. -№9.-с.78-83.

73. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твёрдой фазе. -М.: Физматгиз, 1960. -564с.

74. Кубашевский О., Олкокк С.Б. Металлургическая Термохимия. Пер. с англ. -М.: Металлургия, 1982. -390с.

75. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справ. изд.-М.: Металлургия, 1987. -208с.

76. Хермель В., Кийбак О., ШаттВ. И др. Процессы массопереноса при спекании. // -Киев.: Наукова думка, 1987. -152с.

77. Алексеенко Л.Е., Скибина Г.В., Шкретов Ю.П., Княжева В.М. Коррозионная стойкость сталей, хромированных циркуляционным методом. //МиТОМ №11, 1996, с.33-34.

78. Избранные методы исследования в материаловедении.// Под ред. Г.Й. Хунгера-М.: Металлургия, 1985. -416с.

79. Морозюк А.А., Фомичёва Н.Б., Рогов Н.В. Влияние толщины покрытия на упругие и неупругие характеристики стали. // Термическая обработка и физика металлов. -Свердловск, 1989. -с.131-134.

80. Горбач В.Г., Белякова А.В. Оценка прочности карбидных покрытий на металлах и сплавах по критериям разрушения. // Изв. АНН СССР. — Металлы. -1986. -№1. -с. 185-189.

81. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас. Справ. Изд./ Сокол И.Я., УльянинЕ.А., Фельдгандлер Э.Г. и др. -М.: Металлургия, 1989. -400с.

82. Мазуренко Е.А., Сердюк Г.Г., Забора Н. А. и др. Легирование порошковой железной матрицы хромом и его соединениями.// Порошковая металлургия. -1991. -№5. -с.23-27.

83. Алексеенко Л.Е., СкидинаГ.В., Шкретов Ю.П. и др. Коррозионная стойкость сталей, хромированных циркуляционным методом.// МиТОМ. -1996. №11. -с.33-34.

84. Павленко Ю.Б., Нечипоренко Е.П., Чишкала В.А., Литовченко С.В. Формирование эвтектических силицидных покрытий на молибдене // Порошковая металлургия. -1995. -№9/10. -с.48-50.

85. Осипов А.Д. Хрупкопластичный переход у силицидов тугоплавких металлов //Порошковая металлургия. -1992. -№9. -с.88-91.

86. Дзядыкевич Ю.В., Заблоцкая Н.И. Влияние гидратизированных сульфатов металлов 1 группы на процесс боросилицирования тугоплавких металлов // Порошковая металлургия. -1991. -№11. —с.13-18.

87. Бякова А.В., Горбач В.Г., Власов А.А. Определение вязкости разрушения структурно-неоднородных силицидных слоев // Порошковая металлургия. -1989. -№4. -с.58-63.

88. Акименко В.Б. Производство порошков железа и сплавов на его основе в СССР // Порошковая металлургия. -1992. -№1. -с. 1-6.

89. Гретченко В.Е., Чумаков А.Ф., Рославцов Н.А. Свойства железных и низколегированных порошков производства Сулинского металлургического завода // Порошковая металлургия. -1992. -№2. -с. 101-106.

90. Металлографические реактивы. Справочник / Под ред. В.С.Коваленко -М.: Металлургия, 1973. -121с.

91. Металлография железа: Справочник. Т.2 / Под ред. Ф.Н. Тавадзе -М.: Металлургия, 1977. -275с.

92. Русаков А.А. Рентгенография металлов. -М.: Атомиздат, 1977. -480с.

93. Миркин Л.И. рентгеноструктурный анализ. Индицирование рентгенограмм. Справочное руководство. -М.: Наука, 1981.-496с.

94. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов: Справочник. -М.: Машиностроение, 1979. -134с.

95. Сарбаш Р.И. Усталостная долговечность образцов из порошковой стали в условиях малоциклового жёсткого нагружения. // Порошковая металлургия. -1988. -№9. -с.78-83.

96. Практикум по неорганической химии / Под ред. В.П. Зломанова. -М.: МГУ, 1994. -320с.

97. Елисеев Ю.С., Абраимов Н.В., Крымов В.В. Химико-термическая обработка и защитные покрытия в авиадвигателестроении. -М.: Высшая школа, 1999, -525с.

98. Никитин В.И. Расчёт жаростойкости металлов. -М.: Металлургия, 1976. -207с.

99. ЮО.Де Бур Я. Динамический характер адсорбции. Пер. с франц. —М.: ИЛ.-1962. -434 с.