автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Повышение эксплуатационных свойств мелкоразмерного инструмента и технологической оснастки карбонитрированием в порошковых активированных древесноугольных смесях

КОЛИНА ТАМАРА ПЕТРОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ МЕЛКОРАЗМЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ КАРБОНИТРИРОВАНИЕМ В ПОРОШКОВЫХ АКТИВИРОВАННЫХ ДРЕВЕСНОУГОЛЬНЫХ СМЕСЯХ

Специальность 05.16.01 - металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

АВТОР ЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАЙ 2011

Калининград - 2011

4845415

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор физико-математических наук, профессор

Брюханов Валерий Вениаминович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Кальнер Вениамин Давидович кандидат технических наук, профессор Канев Владимир Павлович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Открытое акционерное общество «Прибалтийский

судостроительный завод «Янтарь», г. Калининград

Защита диссертации состоится «26» мая 2011 года в 15 часов на заседании специализированного совета Д 212.132.08 Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в ауд. 2-Б, по адресу: Ленинский пр-кт,4

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 119049, г. Москва, Ленинский пр-кт, 4, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», ученому секретарю. Факс (495) 638-45-06. e-mail: samoshina@list.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»

Автореферат разослан « 26 » апреля 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета ^ / / профессор, доктор физико-математических наук-

Мухин С.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эксплуатационных свойств мелкоразмерного тонколезвийного и специального режущего инструмента, формообразующей оснастки при изготовлении прецизионных деталей в приборостроении, электронике в значительной мере определяются технологией упрочнения. Изучение и разработка технологии карбонитрирования с учетом металловедческих аспектов и особенностей диффузионных процессов, выбор оптимальных составов порошковых смесей и соответствующего оборудования является в этой связи важным направлением исследования.

Необходимо решить задачу поверхностного упрочнения инструмента химико-термической обработкой, так как покупной стандартизованный и специальный инструменты из высоколегированных сталей подвержены износу и преждевременному разрушению при незначительном времени наработки в условиях контактного трения в процессе изготовления деталей сложной конфигурации из прецизионных сплавов, лент, термостойких керамик.

Широко известные технологии упрочнения (ионно-плазменное азотирование, напыление нитридных слоев нитрида титана, карбонитридных карбидов хрома) требуют применения специального дорогостоящего оборудования, создания специальных участков обработки и экономически целесообразны при массовом, крупносерийном производстве.

Нами предлагаются новые технологии химико-термической обработки мелкоразмерных деталей, инструмента, оснастки из легированных сталей с суммой легирующих элементов от 78% до 20-25%, содержащих от 4 до 13% Сг, в активированных древесноугольных смесях с целью повышения износостойкости, сопоставимой с дефицитными твердыми сплавами вольфрамо-кобальтовой и титанокобальтовой групп. Разработанные технологии могут быть осуществимы в условиях малых термических участков единичного и мелкосерийного производств опытных и ремонтных предприятий при минимальных затратах на термическое оборудование и вспомогательные материалы, при небольших энергозатратах, простоте их осуществления и максимальной эффективности обработки.

Цель исследования. Научное обоснование и разработка технологии карбонитрирования тонколезвийного инструмента и оснастки из высоколегированных сталей различных классов методом диффузионного насыщения поверхности в порошковых древесноугольных смесях и составах, в том числе с последующей лазерной закалкой, с целью повышения их эксплуатационных свойств до уровня близкого к свойствам твердых сплавов.

Задачи исследования:

- провести сравнительный анализ существующих жидких и твердых карбюризаторов, исследовать и разработать составы новых порошковых смесей, установить оптимальное соотношение активаторов и наполнителей, а также расход компонентов для высоколегированных, хромсо-держагцих сталей на единицу упрочняемых площадей изделий;

- изучить особенности формирования диффузионных карбидных и карбонитридных слоев при высокотемпературном карбонитрировании (карбидизации) в интервалах 900 - 1000°С и низкотемпературном карбонитрировании при 560-620°С в средах с высоким углеродным и азотным потенциалом применительно к быстрорежущим сталям карбидного класса типа Р6М5, теплостойким перлитного или мартенситного класса типа 4Х5МФС и высокохромистым мартенситным типа 20X13, применяемым для изготовления специального режущего и формообразующего инструмента и оснастки; оценить коэффициенты диффузии углерода и азота и условия формирования слоев с содержанием 60 - 80% карбидов;

- исследовать влияние режимов химико-термической обработки на структуру, фазовый состав и свойства диффузионных слоев, определить толщины слоев на сталях после закалки в зависимости от температуры карбонитрирования, а также при проведении низкотемпературных процессов при температурах в пределах температур отпуска. Изучить влияние режимов карбонитрирования на поверхностную твердость, ударную вязкость, хрупкость, износостойкость, коррозионную стойкость, контактную прочность;

- определить рациональные режимы высокотемпературного и низкотемпературного карбо-нитрирования специального мелкоразмерного режущего, штампового, формообразующего инструмента и оснастки с использованием активных древесноугольных смесей в малоэнергоемком оборудовании, применяемом в мелкосерийном и единичном производстве предприятий приборостроения, электротехники, электроники;

- исследовать упрочнение инструмента, прошедшего карбонитрирование дополнительным лазерным излучением;

- реализовать разработанные технологии карбонитрирования в условиях опытного производственного предприятия спсцтехники ОКБ «Факел» и малых предприятиях ремонта двигателей в регионе особой экономической зоны «Янтарь» - Калининградской области.

Основные защищаемые положения и технические решения:

- теоретические модели прогнозирования структуры и свойств диффузионных слоев при низкотемпературных и высокотемпературных процессах карбонитрирования, в том числе совмещенных с закалкой и последующим дополнительным лазерным упрочнением;

- составы новых активированных порошковых древесноугольных смесей с введением азо-тоуглесодержащих (карбамид, триэтаноламин, моноэтаноламин) и азотоуглеродонатрийсодержа-щих активаторов (трилон-Б), а также их расходов на единицу упрочняемых поверхностей;

- технологические схемы осуществления способов карбонитрирования с загрузкой «контейнер в контейнер» в окислительных камерных электропечах, в том числе в вакуумных электропечах с «горячей ретортой».

Научная новизна:

- теоретически и экспериментально обоснованы и показаны возможности интенсификации упрочнения высоколегированных сталей различных классов - карбидного, быстрорежущих вольфрамомолибденовых, теплостойких мартенситного класса и высокохромистых мартенситных при проведении процессов в разработанных порошковых древесноугольных смесях с активизирующими добавками;

- обнаружено ускорение процессов диффузии и возможность формирования карбидных слоев с содержанием выше 50%-вес карбидов и карбонитридов, что позволяет при высокотемпературных процессах достигать износостойкости, сопоставимой с характеристиками твердых сплавов;

- впервые экспериментально установлены оптимальные условия упрочнения специальных тонколезвийных мелкоразмерных инструментов, оснастки сложной конфигурации для получения высоких механических и эксплуатационных свойств инструмента применительно к специальному приборостроению;

- определены оптимальные режимы скоростного диффузионного насыщения слоев высокохромистых сталей в разработанных нами карбюризаторах с высоким углеродным потенциалом, и впервые установлено явление укрупнения, сращивания глобулярных и ветвистых карбидов при низко- и высокотемпературном карбонитрировании;

-впервые показано, что лазерная обработка карбонитрированных слоев, содержащих до 0,6% азота позволяет формировать на сталях 4Х5МФС, Р6М5, Р6М5-П слои с высокой твердостью при значительных количествах азотного аустенита, что повышает износостойкость инструмента в 1,8-2.2 раза.

Практическая значимость и ценность работы:

- получены исходные данные для разработки новых технологий химико-термической обработки и осуществлены процессы карбонитрирования инструмента из сталей Р6М5 и Р6МЗ, из сталей типа 4Х5МФС и 4ХЗВМФ, оснастки из сталей 20X13 и 30X13, в новых порошковых смесях, активированных углеродоазотонатрийсодержащими компонентами, позволяющими повысить механические свойства основного металла и глубину диффузионных слоев в 2 - 2,5 раза, достигнуть износостойкости на уровне твердых сплавов.

- разработаны процессы ускоренной, малоэнергоемкой обработки специального инструмента и оснастки в условиях опытных, мелкосерийных и ремонтных цехов предприятий с сокращени-

ем трудоемкости, энергоемкости, затрат на вспомогательные материалы в 1,4-1,5 раза при увеличении выхода годного инструмента и улучшения качества химико-термической обработки;

- экономическая целесообразность разработанных технологических процессов подтверждена повышением эксплуатационных свойств упрочненного мелкоразмерного инструмента и оснастки на различных предприятиях Калининградской области. Акты внедрения прилагаются.

- результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс по курсу «Основы электротехнологий» для студентов дневной и заочной форм обучения высших учебных заведений по специальностям 180404.65 (240600) - Эксплуатация электрооборудования и автоматика судов, 150207.65 (072100) - Реновация средств материального производства в ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Достоверность результатов подтверждается:

- использованием современных методов определения фазового и химического рентгепос-пектрального анализа структуры, состава диффузионных слоев, изменения размеров и характера карбидных слоев, содержащих выше 60% карбидов;

- высокой воспроизводимостью результатов при экспериментальном исследовании структур карбидных и карбонитридных слоев, размеров и типа карбидов в сталях трех классов в зависимости от температурно-временных параметров процессов диффузионного насыщения, состава и расхода порошковых смесей;

- высокими результатами производственных испытаний упрочненных карбонизированием инструментов и деталей оснастки при изготовлении прецизионных деталей из специальных сплавов и керамик.

Реализация работы. Разработанные технологии химико-термической обработки апробированы и освоены в опытно-промышленном производстве ЭРДМТ (электрических реактивных двигателей малой тяги) в ОКБ «Факел» г.Калининграда, в фирме «Дизель», на Янтарном комбинате Калининградской области и в фирме «Метупак».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на конференциях:

- на всероссийском собрании металловедов, г. Пенза, 1999г.; Межвузовской конференции в Калининградском военном институте федеральной пограничной службы, г.Калининград, 1999 г.; Междисциплинарном семинаре «Фрактальная и прикладная синергетика (стендовый доклад), г.Москва, 1999 г.; конференциях «Балтехмаш» 1999, 2000г., г.Калининград; Совещании Балтийской ассоциации производителей, г.Калининград, 2001г.; VIII конференции КВИПС, 2001; XXII Российской школе науки и техники, 2001 г., 2010г., г. Екатеринбург; конференции «Технологии третьего тысячелетия», 2001г., г. Санкт-Петербург; Инновации в науке и образовании 2010 г., г. Калининград, XXX Российская школа по проблемам науки и технологий. - Миасс, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ в центральных журналах по списку ВАК РФ, 11 тезисов докладов, 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, заключения, списка использованных источников (96 наименований), приложений; содержит 139 страниц, 35 рисунков, 32 таблицы, а также 2 акта внедрения.

Личный вклад автора.

Соискатель ученой степени принимал личное участие в постановке задач исследований, проведении экспериментов в лабораторных и промышленных условиях, моделировании изучаемых процессов, обработке результатов и их анализе, а также в подготовке материлов к публикации в открытой печати и представлению результатов диссертационного исследования на конференциях. Основные исследования автор диссертации выполнила в творческих коллективах, что отражено в опубликованных печатных работах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана и обосновывается актуальность темы диссертации. На базе известных изученных процессов карбонитрирования, карбидизации, нитроцементации в порошковых смесях и твердых карбюризаторах поставлены основные задачи исследования для достижения цели работы; изложены основные положения, выносимые на защиту, обоснованы новизна диссертационной работы и практическая ценность исследования.

В первой главе в литературном обзоре приведен критический анализ проблем упрочнения инструмента из высоколегированных сталей, связанных с задачей одновременного насыщения диффузионных слоев углеродом и азотом в замкнутых объемах контейнеров и реторт, в засылках из порошковых древесных смесей с активаторами. Приведена схема массопереноса диффундирующих элементов в средах - продуктах пиролиза азотоуглеродосодержащих компонентов в присутствии щелочных металлов. Проанализировано влияние повышенного содержания углерода на структуру и свойства легированных сталей, влияние температуры нагрева на протекающие процессы. На основании проведенного автором анализа выбрана методика анализа и определены направления по выбору оптимальных составов и расходов порошковых смесей для высокотемпературного и низкотемпературного карбонитрирования высоколегированных хромсодержащих сталей.

Во второй главе описана методика экспериментов, оборудование для нагрева сталей, е. также представлены критерии выбора состава порошковых смесей для карбонитрирования. Приведены составы карбюризаторов с введением предложенных активаторов: карбамида, трилона-Б, триэтаноламина, моноэтаноламина, карбоната натрия, - обеспечивающих повышение углеродного и азотного потенциала при температурах изотермического нагрева от 560-700°С до 900-1000°С в неизотермической области прогрева мелкоразмерного инструмента и деталей технологической оснастки. Для проведения исследований использовали прутки и полосу сталей Р6М5, Р6М5-П, Р6М5-МП, 4Х5МФС, 4ХЗВМФ,20X13 все стали промышленных плавок с карбидной неоднородностью не выше 2 баллов. Исследован их химический состав.

В таблице 1 приведены характеристики разработанных в диссертации активирующих компонентов для добавки в активированные древесные угли и отработанные древесноугольные карбюризаторы, позволившие достигнуть углеродного потенциала среды до 2,7 - 2,9% и потенциала по азоту до 0,5% по данным качественного химического анализа образцов из ленты низкоуглеродистой стали 10. Основу смесей составляли древесные угли - активированный (ГОСТ 6217-74) и гранулированный (ГОСТ 20464-73 и ГОСТ 23998-80), или карбюризатор древесноугольный отработанный (ГОСТ 2407-83). Азотосодержащие карбамид добавки (ГОСТ 6691-77): химически чистый или технический, азотнатрийсодержащий трилон-Б (ГОСТ 10652 -73), а также углекислый натрий, сода техническая.

Таблица 1- Состав и соотношение компонентов для добавки в активированные древесные

Компонент Содержание элементов,% Соотношение Количество добавки, вес% *)

С Н О N С/О ад

Карбамид (Ш2)СО 20,0 6,6 26,7 46,7 0,75 1,74 10-20в.т. 8-10 н.т.

Трилон-Б С10Н8О!0ВД\Га2 33,6 2,2 44,8 11,б' 0,75 0,17 8-10 14-15

Моноэтаноламин (С2Н4ОН)1ЧН2 39,2 11,4 26,2 23,2 1,50 0,88 2-3 2-5

Триэтаноламин (С2Н40Н)3Ы 48,3 10,1 32,2 9,4 1,50 0,30 2-3 2-5

*) - 11,6% N3 в трилоне-Б, основа древесный березовый уголь

На рисунке I показана одна из схем загрузки деталей и образцов по модели «контейнер в контейнере» при карбонитрировании в малоэнергоемких камерных электропечах типа СНОЛ-1,6.2,5.1/10И2, СШОЛ-ВНЦмощностью 2- 10 кВт и печах серии ПЛ- 1, ПЛ- 2.

' Для анализа микроструктуры диффузионных слоев использовали микроскопы «Неофот» и

ММР-4. Мифотвердость измеряли на микротвердомерах ПМТ-3 и переносном МИТ-2. Фазовый рентгеноструктурный анализ проводили на установках УРС-50 и ДРОН-УМ1 в отфильтрованном Си-К„ излучении. Съемки от поверхности образцов велись при 1)=40 кВ; 1=20-35мА; Уп =720-1800мм'ч. Фрактограммы изломов слоев и основного металла изучали на образцах после измерения ударной вязкости на копрах КМ-25 с использованием растрового микроскопа «Тесла-2А» электрофизической вырезкой образцов в заданные размеры. Коэффициенты трещиностойкости слоев рассчитывали после измерения твердости на твердомере «СуперВиисерс».

а. б. в.

Рисунок 1 - Упаковка деталей при карбонитрировании: а - с закалкой от температуры химико-термической обработки - 900-1000°С, б - при 680-700°С с выгрузкой на воздух, в - низко! температурв:ое 360-600°С охлаждение с контейнером; 1 - внутренний балластный контейнер, 2 -I наружный контейнер, 3 - детали, 4 - древесноугольный. активированный состав, 5 - под печи)

Химический состав при послойном шлифовании слоев измеряли на анализаторах «Спек-троскан». Компьютерное послойное сканирование в поперечных микрошлифах карбинитрирован-I ных сталей Р6М5,4Х5МФС, 20X13 проходили по схемам, показанным на рисунке 2.

(а) (б)

Рисунок 2 - Микроструктура и схема компьютерного сканирования карбидных слоев карбонизированной стали 4Х5МФС при 960°С, 6 часов (а), х2000 и стали 20X13,980°С, 8 ч (б), хЗОО

В третьей главе представлены разработанные технологии поверхностного упрочнения теплостойких шгамповых и инструментальных сталей.

В разделе 3.1 описаны особенности формирования среды азотонауглероживания и процес-j сы диффузионного массопереноса атомарного углерода и азота к поверхности легированных сталей, позволяющих получать карбидные и карбонитридные слои высокой твердости и износостой-- кости.

-| Как показал опыт, активные соединения СО, СН4,NH3, Na20 - продукты диссоциации и пи-

ролиза карбамида, трилона-Б, моно- и триэтаноламина в присутствии избыточного углерода в

I 7

замкнутых объемах упаковочных контейнеров обеспечивают высокий углеродный и азотный потенциалы насыщающей среды в широких интервалах температур 560-620, 700-860, 900-1000 С. Основные реакции, протекающие в этих условиях представлены на схеме: (NH^CO NH3 + СО + 0,5Н2 + 0,5N2; (Ci0H8O]0)Na2N2 9СО + N2 + Na20 + 2H2 +CH4; (C2H40H)3N ЗСО + 2CH4 +0,5N2 +1,5H2; NH3 Nat +1,5H2 и 2CO Cat + C02 Нами установлено, что повышение плотности потока углерода и азота при карбонтрирова-нии в замкнутых объемах в порошковых смесях обеспечивается лучшими условиями депассива-ции, адсорбции и десорбции газовых компонентов при классическом соотношении внутреннего и внешнего массопереноса:

J = Р(Са - Сн.п.) = -£>(—) (1)

dx

Q_

D = Ае Rr, (2)

где J - плотность потока углерода, г/см2.с; р - коэффициент массопереноса углерода из газовой атмосферы к поверхности металла, см/с; С0 - углеродный потенциал образуемой в вакууме атмосферы; Снл1. - концентрация углерода на насыщаемой поверхности; D - коэффициент диффузии, см2/с, зависящий от природы основного металла А насыщаемого элемента, температуры Т и

работы разрыхления Q; R - универсальная газовая постоянная; — - градиент концентрации угле-

dx

рода в насыщенном слое.

Было установлено, что определяющими реакциями при высокотемпературном карбонит-рировании высоколегированных сталей в атмосфере пиролиза выбранных активированных дре-весноугольных смесей, приводящих к активному карбидообразованию, являются: 2СО Сат (легир. yFe) + СО2 СН4 Са1(легир. yFe) + 2Н2 2С + 2С0.+ 7(Fe, Cr) (Fe, Сг)7 + 2С02 ЗСН4 + 7(Fe, Сг) (Fe, Сг)?Сз + 6Н2 СН4 С + 2Н2; 2СО С + С02.

Для интервалов температур 900-980°С степень науглероживания и последующего роста карбидов в любой момент времени определяется: dtn , .

— *К-(а0-т), (3)

где m - концентрация атомарного углерода, а<, - начальная концентрация расщепляющих молекул, К - константа скорости распада компонентов углеродоазотосодержащей смеси при недостатке кислорода в присутствии углерода и азота к поверхности стали.

При вакуумном карбонитрировании повышается как плотность потока углерода и азота из газовой атмосферы к поверхности деталей, так и плотность потока диффундирующих углерода и азота от поверхности в глубину диффузионного слоя. При этом немаловажную роль в теплостойких легированных и быстрорежущих сталях играет хром, способствующий коагуляции и сращиванию карбидов в диффузионных слоях при избытке аморфного и атомарного углерода в переходном слое Гиббса.

На рисунке 3 показана схема образования карбидного слоя при высокотемпературном карбонитрировании, а также изменение коэффициентов диффузии, рассчитанных автором по методике профессора М.М. Замятина.

(а) (б)

Рисунок 3 - Схема массообмена диффундирующих элементов при карбонитрировании хромсодержащих сталей с 4-13% хрома при 900-1000°С ; 1- внутреннее окисление Fe, Cr204, Fe-Сг04, a-Fe; 2 -карбидизация (Fe,Cr),C3, (Fe,Cr)aC6, a-Fe, ветвистые сросшиеся карбиды; 3 - дисперсные карбонитриды и карбиды; 4 - переходная зона и сердцевина - (а); зависимость коэффициента диффузии углерода в a-железе при цементации (1), карбонитрировании (2), углеродистой (3) и хромистой стали (4) при этих же температурах - (б).

Таким образом, экспериментально подтверждена возможность ускоренного, стабильного насыщения диффузионных слоев при температуре 940 - 1000°С в порошковых смесях на основе древесных углей и выбранных активированных добавок.

В разделе 3.2 рассмотрена кинетика образования, структура и свойства диффузионных слоев, образующихся на вольфрамомолибденовой быстрорежущей стали и теплостойких сталях. Показано, что при высокотемпературном карбонитрировании быстрорежущих сталей в древесно-угольных смесях с активирующими добавками, в интервале температур 940-980'С происходит образование диффузионных слоев с содержанием углерода выше 2,8% в зависимости от состава и расхода карбюризатора. Образование слоя происходит со скоростью 0,12-0,13 мм/час для стали Р6М5. При этом образование слоя типа карбидно-эвтектического с содержанием 1,8-2,3% С и 0,05-0,07% N происходит со скоростью 0,05-0,06 мм/час и 0,06-0,07 мм/час соответственно. Размер карбидов в диффузионных слоях изменяется в широких пределах - от 0,2 до 14-16мкм в поперечном сечении. Карбиды можно подразделить: на ветвистые, с ветвями длиной до 18 мкм и толщиной 3,3 мкм.

На примере сталей Р6М5 с содержанием до 4,4% Сг и 4Х5МФС с содержанием 5,2% Сг представлены (рисунок 4) результаты микрорентгеноспектрального анализа состава, типа и размеров карбидов. Установлено, что формирование карбидноаустенитного слоя в интервале температур 900-1000°С протекает со скоростью 0,06-0,08 мм/ч при суммарной скорости науглероживания до 0,12 мм/ч. Металлографическим анализом и компьютерным сканированием установлено, что при обработке в порошковых активированных смесях наблюдается частичная ориентация «ветвистых», «древовидных» карбидов к фронту диффузии. При этом содержание углерода в карбидном слое достигает 2,4 - 2,7% и азота не выше 0,1 %.

Рентгеноструктурный анализ показал при послойном сканировании наличие на поверхности линий соединений типа шпинелей (внутреннее окисление) Ре20з.Сг20з. На стали Р6М5 линии карбидов М6С (333) и М7Сэ(42)) имеют малую интенсивность. Одновременно на дифрактограм-мах четко проявляются линии (311), (220) и других окислов типа шпинелей и отдельные линии Fe203 и СггОз. Начиная с глубины 0,10 мм, снижается ширина линий мартенсита, интенсивность линии М7Сз(422) резко возрастает, увеличивается ширина и интенсивность линий аустенита (111). Линии карбида М23Сь (420), (422), (333), (511) и других не обнаруживаются.

Кроме карбидов М7С3 (МзС), МбС, МС в диффузионных слоях быстрорежущих сталей присутствуют карбиды (WMо)2С и (WMo)C, что подтверждено химическим и рентгеноструктурным анализом карбидных осадков, выделенных электрохимическим способом. Развитие реакций превращения карбидов с образованием карбида М2С (WMo)2C происходит при длительном процессе выдержки вследствие взаимодействия карбида МбС с аустенитом. Как известно, аналогичный

процесс превращения МбС в стабильный карбид М2С имеет место при длительном отжиге быстрорежущей стали при температурах выше 900°С. Доля цементитных карбидов и соотношение выдержки, при этом уменьшается соотношение суммарного количества М/С.

В таблице 2. представлены размеры и количество карбидов в быстрорежущих сталях после карбонитрирования.

В работе было установлено, что железо, хром, молибден в пограничной зоне образуют вокруг карбидов МбС кайму нового карбида, а обогащенный вольфрамом карбид МбС актизно может взаимодействовать с у - твердым раствором лишь при более высокой температуре 960-1000*С или же при очень длительной выдержке при 920-940°С. Определен химический анализ состава карбидных осадков и количества легирующих элементов из общего их содержания в стали.

Таблица 2 - Размеры и количество карбидов в быстрорежущих сталях после карбонитрирования

Сталь '' Содержание элементов, % через 0,1мм Количество карбидов в % Размер карбидов в поперечном сечении, мкм Твердость слоя по Вик-керсу, НУ5

С N по массе по площади ветвистых равноосных

длина толщина средний диаметр

Р6М5 2,07 0,06 57,6 52,0 9-12 1,1-2,3 0,2-1,0 901-907

2,25 0,03 53,2 50,0 7-10 1,2-2,0 0,3-1,2 912-937

2,12 0,03 52,1 48,0 9-10 1,0-2,4 0,3-0,8 931-949

Размерные характеристики на расстоянии 0,2мм от поверхности Значения размерных характеристик *)

Сталь Р6М5 СтальР6М5-П

среднее выборочное среднее квадратичное отклонение среднее выборочное среднее квадратичное отклонение

Количество карбидов, шт 1330 18,716 1307 18,673

Суммарная протяженность, Ь,мкм 40312 2,899 51547 4,064

Суммарная площадь, Р,мкм2 60757 0,331 94001 0,916

Средняя длина, Сер, мкм 7,45 3,330 9,49 5,268

Средняя ширина, Ьср.мкм 5,06 1,359 6,04 1,647

Средний диаметр(толщина)0ср,мкм 1,28 0,290 1,83 0,602

*' - карбонитрирование 960"С, 6 час, расход порошковой смеси 5г/см2, обрабатываемой поверхности

(а) (б)

Рисунок 4 - Рентгеновские дифрактограммы от диффузионного слоя стали Р6М5 после закалки от температуры карбонитрирования 940°С, (на глубине 0,20мм, карбидов в слое -58 вес %) (а), сросшиеся карбиды на глубине 0,6 мм, 75 вес % (б) х800.

Анализ результатов рентгеноструктурного анализа осадков, металлографического анализа фольги и данные химического анализа карбидов показал, что формирование диффузионного слоя при карбонитрировании стали Р6М5 в условиях ограниченного отвода углерода вглубь металла и при ограниченном азотном потенциале среды протекает по следующей схеме:

1. В начальный период протекает диффузия углерода и азота в легированном аустените. Предельное насыщение аустенита достигается при сквозной карбидизации фольги 0,4мм за 2 часа.

Предельное насыщение аустенита азотом не достигается даже при температуре 940°С даже при увеличении выдержки до 6-8 часов, поэтому количество образующихся нитридных (карбонитридных) фаз незначительно.

2. Реакционная диффузия, отставая по времени, во-первых, по причине уменьшения скоростей диффузии металлических атомов в твердом растворе (на 1-2 порядка ниже, чем углерода) и, во-вторых, недостатка в твердом растворе хрома, молибдена, вольфрама и ванадия, активно развивается через 2 часа после начала карбонитрирования.

3. Образование в результате взаимодействия карбидов М3С, М7Сз с аустенитом и между собой сложных комплексов-конгломерата трехфазной зоны происходит на следующем этапе.

4. Формирование диффузионной эвтектики происходит из карбидно-аустенитной смеси главным образом по границам зерен и вблизи центров кристаллизации.

5. При длительных выдержках кроме карбидных превращений М3С —>М7С3 и формирования трехфазной зоны происходит реакция взаимодействия избыточных карбидов МбС с аустенитом, в результате которой образуется карбид М2С (\УМо)2С. Это карбидное превращение сопровождается уменьшением количества МбС и аустенита и увеличением М3С и М7С3.

6. При длительных выдержках кроме карбидных превращений М3С ->М7С3 и формирования трехфазной зоны происходит реакция взаимодействия избыточных карбидов МбС с аустенитом, в результате которой образуется карбид М2С (\УМо)2С. Это карбидное превращение сопровождается уменьшением количества МбС и аустенита и увеличением М3С и М7СЭ.

7. Содержание углерода в аустените в начальный момент диффузии увеличивается, достигает максимума при пределе насыщения, а затем уменьшается, то есть, образуют-

ся участки аустенига, обедненные углеродом наряду с участками, обогащенными углеродом. Об этих изменениях можно судить по изменению содержания углерода в а-твердом растворе.

Таким образом, применяя рентгеноструктурный, химический и металлографический анализ, в работе удалось изучить особенности формирования диффузионных слоев на быстрорежущих сталях Р6М5 и Р6М5-П. Была показана возможность получения глубоких карбидных слоев путем проведения высокотемпературной химико-термической обработки - карбонитрирования в разработанных нами активированных древесноугольных смесях.

В работе при изучении свойств диффузионных слоев установлено, что повышение количества карбидов в структуре слоя приводит к повышению твердости после карбонитрирования и охлаждения в масле или на воздухе до величин НЯС =67-70 для сталей Р6М5 и Р6М5-П. Получены крайние значение чисел твердости карбонитрированной стали Р6М5 и числовые характеристики выборного распределения твердости, рассчитанные с использованием метода математической статистики, приведенные в таблице 3 .

Были проведены испытания на абразивный износ стали Р6М5, содержащей в поверхностном слое 2,21 %С и 0,05%Ы было установлено, что потеря веса при скорости трения образцов о средне-мягкие круги СМ1 не превышает 1,4-10" г/см2 мин, или в 2,4раза выше, чем у стали Р6М5 после закалки и отпуска на твердость }ЩС 62-64 при содержании углерода в стали 0,87%.. Было установлено, что шлифование, полирование, доводка тонколезвийного инструмента и оснастки из карбонитрированных и закаленных сталей Р6М5, Р6М5-П необходимо проводить кругами из синтетических алмазов и алмазных паст.

Таким образом, в работе были установлены особенности формирования диффузионных слоев на быстрорежущих сталях Р6М5, Р6М5-П, изменение ее структуры и свойств после закалки и отпуска. Получены данные для разработки технологических процессов карбонитрирования, закалки, отпуска, для выбора способа измерения твердости и условий последующей окончательной механической обработки

Таблица 3 - Таблица доверительных величин твердости при измерении по Роквеллу (НЯС) и Виккерсу (НУ5)

Числа твердости Числа твердости Числа твердости

НУзоКгс/мм НИС НУзокгс/мм'! нис НУзокгс/мм'1 НИС

1145-160 71,5-71,0 847-867 63,0-64,0 715-725 58,5-59,5

1097-1107 69,5-70,5 . 837-850 62,5-63,0 675-681 58,0-58,5

1032-1070 68,5-69,0 803-827 62,0-62,5 656-670 57,5-58,0

1005-1017 67,5-68,5 785-795 61,5-62,0 640-655 57,0-57,5

973-997 67,0-67,5 755-775 61,0-61,5 630-636 56,5-57,0

943-965 66,5-67,0 729-741 60,0-61,0 620-635 56,0-57,0

907-920 65,0-66,0 720-733 59,5-61,0 618-623 56,0-56,5

В разделах 3.3-3.4. диссертационной работы рассматриваются особенности высокотемпературного и низкотемпературного карбонитрирования закаленных от оптимальных температур сталей Р6М5, 4Х5МФС, 4ХЗВМФ, 20X13, 30X13 при температурах отпуска 560-620 С. Здесь же приводятся данные по изменению физико-механических свойств трех сталей: твердости, прочностных характеристик, трещиностойкости при статических нагрузках и контактном трении. Определены исходные данные по выбору температурных условий нагрева, длительности и типа карбонитрирования (карбидизации) высокотемпературного и низкотемпературного. Выбраны оптимальные толщины упрочненных слоев, а также удельные расходы порошковых смесей. Обоснован выбор объективных способов и условий измерения и контроля твердости различных тонкостенных и мелкоразмерных инструментов и оснастки из исследованных сталей.

Так, для образования диффузионного слоя стали Р6М5 при высокотемпературном карбонитрировании с максимальной твердостью ЖС = 66,5 - 68,0 (Н50 = 1005 - 1180 кгс/мм") при величине среднеквадратического отклонения:

5 =

——

(4)

не превышающего ±НКС=0,60 (Н5а~28кгс/мм2), необходимо формирование в слое трехфазной зоны с размером ветвистых карбидов средней выборочной протяженностью 78, шириной 5-6 и толщиной 1,6 мкм. Средний выборочный диаметр равновесных карбидов при этом должен быть 1,2-1,3 мкм. Для этого необходимо в слое на глубине 0,4 - 0,6 мм получить количество карбидов до 52 - 58% площади слоя, при содержании углерода до 2,4, азота до 0,67%.

Было изучено влияние условий карбонитрирования теплостойких сталей типа 4Х5МФС, 4ХЗВМФ на структуру, свойства слоев при различных расходах активированных, в том числе при низком вакууме в «горячих ретортах», определены оптимальные технологии химико-термической обработки инструмента и оснастки из высоколегированных сталей. На рисунке 5 а) и б) показан характер диффузионных слоев на теплостойких сталях. С характерным срастанием ветвистых карбидов.

■0 Доля ма-фицы Ш Доля карбидов

(а) (б)

Рисунок 5 - Микроструктура «сросшиеся карбиды» (а) и гистограммы распределения карбидов в матрице (б) стали 4Х5МФС при карбонитрировании 960°С, 6ч при компьютерном сканировании микрошлифа на 550мкм от поверхности.

Установлено, что при карбонитрировании сталей 4Х5МФС и 20X13 в малых герметичных контейнерах при температурах 940 - 960°С и сверхвысоком углеродном потенциале смеси, контролируемом по науглероживанию ленты 0,2 мм и проволоки диаметром 0,6 мм из стали 15 и составляющим в течение всего процесса выше 2,4 - 2,6% углерода, формируется трехзонный карбидный слой. Зона поверхностного «внутреннего» окисления, содержащая включения окислов типа шпинелей (Ие Сг)г04 , пористая, с прожилками неметаллических окисленных включений достигает на стали 4Х5МФС 10-15 мкм и на

стали 20X13 - 12 - 20 мкм. Далее располагается зона сплошных сросшихся толстоветвистых и крупноглобулярных карбидов толщиной более 300 - 400 мкм. Доля карбидов в зоне сращивания по данным компьютерного сканирования достигает 70 - 96% для стали 20X13 и 55 - 65% для стали 4Х5МФС. Скорость формирования слоя срастания карбидов составляет 30 мкм/ч для стали 4Х5МФС и достигает 50 мкм/ч дл стали 20X13, при двухсторонней встречной диффузии углерода на остроугольных режущих кромках инструмента.

Слой карбидов за зоной сращивания отличается большей глобулярностью для стали 4Х5МФС и большей ветвистостью для стали 20X13. Доля карбидов и матрицы постепенно выравнивается, возрастает дисперсность, снижается ветвистость карбидов. В целом металлография и компьютерная обработка результатов анализа микроструктуры наглядно подтвердили смоделированные условии и картину роста карбидных диффузионных слоев при

дислокационной схеме науглероживания высокохромистых сталей в атмосферах с повышенным углеродным потенциалом. Для стали 20X13 механизм и последовательность формирования высококарбидных слоев, содержащих в основном карбиды (Ре,Сг)7 Сз идентичен полученным для твердых карбюризаторов на базе древесных углей с добавками карбоната натрия, но более эффективно с введением для интенсификации процессов в состав трилона-Б и карбамида.

Во всех исследованных сталях преобладающая карбидная фаза - легированный цементит. Его частицы глобулярной формы и размеров 5-10 мкм занимают все поле карбидной зоны. Специальные карбиды МС, (УС, WC и МоС) характеризуются высокой дисперсностью. В карбидной фазе сосредоточено основное количество легирующих элементов. Переход легирующих элементов в карбидную фазу сопровождается обеднением твердого раствора. Эта тенденция проявляется тем сильнее, чем больше общее количество карбидной фазы, объемная доля которой растет пропорционально концентрации углерода в карбидном слое.

В работе разработана модель науглероживания, учитывающая процесс образования легированного карбида М7С3 - основной карбидной фазы слоя - предполагает совместное решение уравнений, описывающих:

- диффузионное перераспределение углерода, поступающего из науглероживающей среды, в объеме металла с учетом его стоков в карбиды;

- скорость зарождения частиц, зависящую от степени пересыщения твердого раствора углеродом и от концентрации хрома от 4 до 13%;

- диффузионный рост образования частиц.

Распределение углерода в диффузионном слое описывается кинетическим уравнением диффузии:

т>0,0<т<оо,С>Се,

где С - концентрация углерода в текущий момент времени г в точке на расстоянии х от поверхности; Сс - концентрация углерода, связанного в карбиды; О - коэффициент диффузии углерода в аустените, зависящий от концентрации в нем углерода С и темпера-

с йСс

туры процесса Т; Се - пределы растворимости углерода в аустените;--скорость стока

<1т

углерода в карбиды, учитывающая скорость зарождения и роста частиц избыточной фазы.

¡¡т аЕе

0<х£оо,С£С';

(5)

Таблица 4 - Изменение характеристик слоя и основного металла после высокотемпературного карбонитрирования в зависимости от температуры и времени выдержки для двух высокохромистых сталей

Сталь, режим химико-термической обработки ^ Толщина карбидного слоя, мкм Содержание карбидов в слое,% Тип карбидов, форма**) Твердость, HV Прочность на изгиб, МПа Ударная вяз-кость„Д ж/см2

4Х5МФС 920°С, 6ч 940°С,8ч 950°С,8ч 340-350 450-470 440-500 60-62 68-70 70-73 (Ие.СфСз УС,М06С Сг23С6 790-804 770-837 790-837 2200-2360 2150-2400 1800-1920 12-14 9-10 8-9

20X13 920°С, 6ч 940°С, 8ч 950°С,8ч 290-300 320-330 380-390 40-44 52-55 56-60 (Ре,Сг)7С3 (Ре,СтУ/С 690-712 707-750 770-801 1700-1850 1750-1870 1730-1800 15-18 10-11 8-12

*) расход смеси во всех садках 4-6 г/см"1 упрочняемой поверхности; **) в стали 4Х5МФС - неравноосные, ветвистые к фронту диффузии, в стали 20X13 - неправильной формы, крупноглобулярные

Как видно из таблицы 4 количество карбидов в поверхностном слое может превышать 60-70%, что обеспечивает повышенную износостойкость при абразивном и контактном износе, например, в фильтрах обмазки сварочных электродов и матрицах волочения тонких проволок. Установлено, что в диффузионном слое стали 20X13 преобладают древовидные разветвленные карбиды, в стали 4Х5МФС более массивные глобулярные карбиды

Результаты металлографического анализа показали, что при карбонитрировании сталей 4Х5МФС и 20X13 в малых контейнерах при температурах 940-960°С и углеродном потенциале смеси 2,4-2,6 % углерода на поверхности формируется трехзонный карбидный слой. Зона поверхностного «внутреннего» окисления пористая, с прожилками неметаллических окисных включений достигает на стали 4Х5МФС 10-15 мкм, на стали 20X13 - 12-20 мкм. Вторая зона сплошных сросшихся карбидов с долей карбидов в зоне сращивания до 70 - 96% в стали 20X13 (рисунок 5) и 55 -65% для стали 4Х5МФС. Скорость формирования слоя сросшихся карбидов не превышает 30 мкм/ч для стали 4Х5МФС и достигает 50 мкм/ч для стали 20X13, за ней следует зона с постепенно снижающейся долей крупных карбидов, переходящих к точечным в основе.

Коэффициент трещиностойкости карбидных слоев закаленных нитроцементован-ных сталей 4Х5МФС и 20X13, как показали эксперименты, растет с повышением температуры и продолжительности отпуска составляет от 16.0 до 19.0 МПа. М1й, рассчитан

по формуле ( 6 ) (рисунок 6)

= (б)

Где 2а - диагональ отпечатка; 2р = 136°, угол пирамиды; С = а + 1 1 - протяженность трещины; Рс - критическая нагрузка зарождения трещины

Схема образования трещины при локальном нагружении пирамидой Виккерса приведена на рисунке 6

Рисунок 6- Измерение и расчет коэффициента трещиностойкости вдавливанием пирамиды Виккерса, сталь 20X13, карбонитрирование 950°С, 8 часов, закалка в масле, отпуск 350°С, 2 часа, К1с = 16,4 - 19,7 МПа.м"1

Применительно к стали 20X13 кроме вышеприведенных исследований структуры, состава слоев нами проведены стендовые испытания пар трения, игл, корпусов плунжерных пар, корпусов топливных насосов, поршневых пальцев, оценена коррозионная стойкость и износостойкость слоев различной твердости и количества карбидов в слоях в зависимости от условий вакуумного высокотемпературного карбонитрирования. позволившего снизить толщину поверхностной зоны «внутреннего» окисления.

В таблице 5 приведены характеристики слоев и результаты испытаний деталей оснастки из карбонитрированной и закаленной от температур химико-термической обработки (ХТО) стали 20X13 с нагревом в вакуумной печи.

Таблица 5 - Характеристики диффузионных слоев на стали 20X13 при высокотемпературном карбонитрировании__

Условия ХТО Толщина слоя ветвистых, карбидов, мкм Микротвердость, Но,5Н слой/серд. Количество, тип карбидов Прочность на изгиб, Ударная вязкость, Дж/см2

940°С,8ч 330-350 819/430 50-65 вес% (Ре,Сг)7Сз (Ре,Сг)3С 182 17-18

950°С,10ч 405-410 803/440 165 14-15

960°С,12ч 520-530 799/450 179 12-14

Результаты определения эксплуатационных свойств

Сталь Глубина слоя,мкм ) Твердость ЖС слоя Припуск на шлифование и доводку, мм Коррозионная стойкость, г/см2ч") Износостойкость *••)

20X13,н/ц 960°С,6ч, закалка 660-680 62-63 0,03-0,05 54x10^ 4,8-4,9

20X13, цементация 920°С,10ч, закалка 770-790 59-60 0,18-0,20 1,6x10'' 1,0

*)-суммарная до переходной зоны; )- в атмосфере 98% влажности над раствором триосуль-фата натрия, 196 час; "") - относительная при сухом абразивном трении

Из таблицы 5 видно, что повышение износостойкости карбонитрированных сталей мартенситного класса возрастает за счет увеличения количества карбидов до 60-75 вес% в зоне сращивания ветвистых карбидов.

В диссертации были экспериментально изучены технические возможности универсального карбюризатора на основе древесного угля с разработанными активирующими добавками при проведении низкотемпературного карбонитрирования Р6М5, Р6М5-П, 4Х5МФС Установлено, что при низкотемпературном карбонитрировании в интервалах 560-620°С в созданных порошковых смесях удается получить диффузионные слои, не содержащие хрупкиех е-и у -фазы, типичные для азотирования количество карбидов РеСг (N0) достигает 25-30% веса. При этом слои прочно свя-

заны с основой и не склонны к выкрашиванию в условиях частых теплосмен и ударных нагрузок, например, в прессформах литья под давлением алюминиевых сплавов.

Как видно из данных таблицы 6, в результате низкотемпературного карбонитриро-вания в предложенных порошковых смесях на часовых вышлифованных сверлах малого диаметра из сталей Р6М5, 10Р6М5, получаются тонкие упрочненные слои повышенной микротвердости и износостойкости. Рост эффективного времени эксплуатации сверл при сверлении специальных керамик, стеклотекстолита и изделий ЭРД МТ и приборостроения составил 200-300 часов.

Таблица 6 - Изменение характеристик слоя и основного металла после низкотемпературного карбонитрирования в зависимости от температуры и времени выдержки

Состав смеси Сталь, условия ХТО Толщина слоя, мм Содержание, % Микротвердость, Н0,5Н **) Рнзг, кгс

С N

Уголь древесный, активированный и гранулированный по ГОСТ 62-17-77, ГОСТ 20464-73 - основа; Карбамид (мочевина) технический, ГОСТ 6691-7710-12%; Трилон-Б по ГОСТ 1065273 - 8-9% Сверла из Р6М5,0О,8мм -560°С, 6 ч - 580°С, 4 ч 65-70 58-60 1,47 1,32 0,34 0,24 1100-1160 1040 - 1070 2,10 2,45

Сверла из 10Р6М5, 01,0мм - 560°С,4 ч - 580°С,6 ч 48-55 74-78 1,52 1,27 0,43 0,25 1120-1150 1010-1090 3,85 3,05

Опытным путем установлено, что при низкотемпературном карбонитрировании сталей Р6М5, 4Х5МФС при 560-620°С азотный потенциал среды может быть повышен введением дополнительного 3 -5% триэтапонамина в смесь, содержащего в качестве активаторов карбамид и трилон-Б (рисунок 7, кривые 2). Количество карбидов (РеСг) (СЫ) в диффузионном слое составляет 30-35% вес.

с,%

N1,%

60 120 180 74С мм

(а) (б)

Рисунок 7 - Микроструктура слоя (а) и изменение содержания углерода и азота (б) в стали 4Х5МФС, карбонитрирование 620°С, 6 ч.

При этом одновременно с развитием диффузии углерода вглубь стали, на поверхности также образуется плотная пленка окислов Рез04 (магнетит) и ИегОз (гематит). Это приводит в дальнейшем к улучшению условий нагружения в зоне инструмента контактирующей с деформируемым металлом и влияет на условия смазки и стойкость штампового

инструмента. На рисунке 8 показано распределение микротвердости по глубине диффузионного слоя.

^МН И. мкм

900

500

100

2 А Г . N

ч • * ч1' Ч

«V _ к \ N 4 »• ■

г' N

4

-У о-""

2-, ■у -

г*—3

/ ✓ Т

// . * I = 620 'С

(а)

(б)

Рисунок 8 - Распределение микротвердости по глубине диффузионного слоя кар-бонитрированного при 620°С в течение 6 часов стали 4Х5МФС (а). Изменение глубины слоя на стали 4Х5МФС (закалка, высокий отпуск) в зависимости от времени выдержки (б).

Полученные данные исследований позволили выбрать оптимальные условия для эффективного «мягкого» карбонитрирования быстрорежущих и теплостойких штамповых сталей и рекомендовать к использованию на производстве опытно-конструкторского бюро «ФАКЕЛ».

Таким образом, разработанный в работе новый процесс высокотемпературнеогс и низкотемпературного карбонитрирования в среде с высоким азотоуглеродным потенциалом, достигаемом за счет введения в составы на основе древесных углей азотосодержа-щих карбамида и трилона-Б, позволяют получить диффузионные слои повышенной износостойкости на тонколезвийном инструменте.

В разделе 3.5 приведены результаты экспериментов по карбонитрированию сталей Р6М5, Р6М5-П взамен стандартного и покупного твердосплавного из сплавов типа ВК10,ВК8, ВК20, а также инструмента из высокохромистых сталей Х12М, Х12Ф1(матрицы, пуансоны); выбраны рациональные режимы обработки матриц и пуансонов, автоматных дисковых резцов, ножей, фильер из сталей Р6М5, Р6М5-П. Карбонкт-рирование проводили по методикам, описанным выше. Следует отметить, что перед кар-бонитрированием инструмент и контрольные образцы были отшлифованы до Иа =0,63-0,74мкм.

Результаты диссертационного исследования показали, что по твердости и треши-ностойкости карбонитрированная быстрорежущая сталь не уступает, а по сопротивлению изгибу даже превосходит твердые сплавы группы ВК. Износостойкость при контактном и микроабразивном износе карбонитрированной быстрорежущей стали, в зависимости от условий последующей закалки и отпуска, достигает уровня, характерного для вольфрамо-кобапьтовых и безвольфрамовых твердых сплавов.

Таким образом, выбранные составы новых активированных древесноугольных смесей оказались универсальными для проведения карбонитрирования инструмента и оснастки в широких интервалах температур. Была изучена возможность упрочнения разработанным способом изделий 15 наименований из сталей Р6М5, Р6М5-МП, 10Р6М5, Р6МЗ, 4Х5МФС, 4ХЗМФА, 20X13.

На базе полученных результатов исследований, экспериментов были получены исходные данные для определения возможных направлений практического использования новых технологий для упрочнения изделий нескольких наименований в различных отраслях техники.

В четвертой главе показано, что одним из перспективных направлений создания высокопрочных поверхностных слоев на тонколезвийном инструменте является лазерная обработка по режущим граням и кромкам карбонитрированного инструмента из трех испытанных в работе сталей. Лазерную обработку с оплавлением инструмента по режущим граням и кромкам при различных скоростях сканирования и удельных мощностях 60 -120 Мвт/см2 проводили на установках «Квант-15» и «Квант-16» (1=1,06 мкм), оснащенных механизмами вращения и крепления обрабатываемых деталей в цанговых кулачковых патронах. Кроме того, впервые был применен для лазерного упрочнения карбонитрирован-ных сталей двухканальный квазинепрерывный твердотельный лазер ТУЛО-О! мощностью 400-500Вг с длиной волны излучения 1,064 мкм и системой управления ЧПУ типа ШМ РС. Класс чистоты карбонитрированного инструмента перед лазерной обработкой был в пределах Ка =0,70-0,85 мкм.

Схема облучения при продольном упрочнении с различной степенью перекрытия и диаметром пятен воздействия, а также профилограмма от упрочненной лазером поверхности приведены на рисунке 9.

Рисунок 9 - а) схема облучения; б) профилограмма оплавленных лазером образцов карбонитрированной стали 4Х5МФС.

В таблице 7 приведены режимы обработки и микротвердость упрочненных слоев карбонитрированной стали 4Х5МФС. На рисунке 10 показана микроструктура в зоне лазерного воздействия на диффузионный слой с распределением микротвердости по толщине зоны лазерного оплавления для стали Р6М5,10Р6М5.

Таблица 7 - Режимы лазерной обработки и микротвердосгь упрочненных слоев с высокотемпературным карбонитрированием.

Режим и глубина оплавления Потеря веса при оплавлении 10*3 ,мг Состав карбидного слоя, толщиной 0,15 мм после упрочнения, вес% Микротвердость, Но,5Н Ударная вязкость, Дж/см2

Лазер: Ц„,р=800В, У<у5р~0,03 мм/мин, 5=150-160мкм, сталь 4Х5МФС 4,4-5,2 Карбонитрирование 940°С, 4ч, охл. 180°С/мин Ре-50-55; Сг-19-22; Мо -0,3-0,4; -0,40,5 ;У- 0,1-0,2 1200-1210 80-95

Лазер: июр=620В, Уобр=0,02мм/мин, 5=130-140мкм, сталь 4Х5МФС 4,8-5,0 Карбонитрирование 940°С, 6ч, охл. 200°С/мин Ре-68-69; Сг-18-20; Мо - 0,1-0,2; -0,10,15 ;У- 0,05-0,1 1000-1100 110-120

*- после низкотемпературного отпуска 180-200 °С, 2ч, после закалки с оплавлением с наддувом инертным газом.

Установлено, что лазерная обработка карбонитрированных слоев, содержащих до 0,6% N позволяет формировать на сталях 4Х5МФС, Р6М5, Р6М5-П слои с высокой твердостью при значительных количествах азотного аустенита. При микротвердости слоев НУо,5н выше 900-990 износостойкость инструмента повышается в 1,8 - 2,2 раза.

Рисунок 10 -Микроструктура зоны лазерного упрочнения сверла из стали Р6М5 (а) и дисковой фрезы из стали 10Р6М5 (б) предварительно карбонитрированных при 560 С,з часа, х 150

Режимы лазерной обработки инструмента и оснастки из сталей 20X13 и 4Х5МФС после высокотемпературного карбонитрировання при 940-960 °С и инструмента из сталей Р6М5, 10Р6М5 после низкотемпературного карбонитрировання практически не отличались, но исключали глубокое оплавление с образованием вторичного.остаточного аустенита в зоне оплавления лазером. На рисунке 11 показан внешний вид резцовых насадок из стали 4Х5МФС в исходном состоянии после карбонитрировання (слева) и после лазерного упрочнения за два прохода (справа).

Рисунок 11 - Насадки из карбонитрированной стали 4Х5МФС для резания керамики борнитридкремниевой (БГП), упрочненные лазером «Квант-16» (а), х1,2 и эскиз шлифовальной насадки из стали 20X13 для шлифования втулок из бора с лазерным упрочнением по резьбовой части (б).

При анализе работы упрочненных лазером резцов, сверл, фрез установлено, что выбор схемы упрочнения должен учитывать особенности конструкции инструмента. Зоны упрочнения и дополнительной закалки лазером преимущественно должны касаться задних режущих поверхностей, кромок и граней для равномерного износа всех рабочих, режущих кромок. После отпуска и алмазной доводки упрочненные лазером слои имеют высокую твердость по Виккерсу до 1470 единиц при высоком коэффициенте трещиностойкости Кс = 13,8 -16,1 МПа/м1®. Это позволяет при содержании карбидов в сталях 20X13, 4Х5МФС в слоях до 55-60% вес, расположенных в энергетически стойком междендритном азотистом аустените иметь износостойкость при контактном трении о керамические материалы

на уровне твердых сплавов. При точении мягких электроизоляционных керамик, камер разрядных для ЭРД МТ, изготовляемых из стандартизованных борнитридных керамик БГП, БГП-10- (борнитридкремниевых) достигается повышение износостойкости в 1,51,9 раза.

Проведенные исследования структуры, свойств карбонитридных слоев показали, что лазерная обработка предварительно закаленных и карбонитрированных сталей Р6М5-МП, Р6М5-П позволяет формировать структуру с повышенной энергетической устойчивостью при поверхностном воздействии ионно-плазменных потоков высокой удельной мощности, а также при контактно-абразивном воздействии, например при резании керамических и огнеупорных термостойких материалов.

Промышленные испытания и применение на практике

В реальной эксплуатации в условиях приборного производства ЭРД МТ, в ремонтном автодизельном производстве, в ювелирном производстве янтарных изделий применены карбонитрированные в порошковых активированных смесях следующие изделия, например:

- фильеры, волоки изготовления капиллярных трубок из сталей 09Х18Н10Т, 12Х18Н12Н10С4ТЮ.нихрома ВХ-4А, изготовленные из стали Р6М5-МП, они позволили достичь износостойкости на уровне твердосплавных из ВК-б, ВК-10;

- резцы, фрезы, сверла часовые из быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5 для обработки пластмасс, керамик, янтаря карбонитрированные по двум схемам позволили повысить износостойкость инструмента в 1,7-2 раза;

- литформы, штампы из стали 4Х5МФС закаленные от температур карбонитриро-вания имели износостойкость и ресурс работы выше аналогичных при литье под давлением алюминиевых сплавов в 1,5-2 раза выше серийных из штамповых сталей;

- иглы топливных насосов, плунжера, корпуса, закаточные ролики из сталей 20X13, карбонитрированные при 960-980°С позволили повысить межремонтный срок двигателей при экономии ресурсов;

- дорны специальные шестигранные, карбонитрированные в процессе нагрева дл закалки стали 4Х5МФС имели износостойкость в 2,5 раза выше обычных их стали XI2.

Акты испытаний представлены в приложениях к диссертационной работе.

Основные результаты и выводы

Решены задачи процесса карбонитрирования с целью упрочнения высоколегированных сталей различных классов - карбидного, быстрорежущих вольфрамомолибдено-вых, теплостойких маргенситного класса и высокохромистых мартенситных:

1. Исследованы предложенные нами новые активированные порошковые и гранулированные смеси на основе древесного активированного угля с введением в качестве активаторов карбамида (МН2)гСО и натрийсодержащего трилона -Б (СшИбОю)^^ , а также триэтаноламина (СгШОН^!4) и моноэтаноламина. Впервые показано влияние активизирующих добавок на возможность формирования карбидных и карбонитридных слоев на высоколегированных сталях с содержанием хрома 4-13%.Установлено влияние натрийсодержащего компонента на диффузионное насыщение углеродом и азотом высокохромистых сталей, в результате чего происходит сращивание карбидов в диффузионных слоях сталей Р6М5, 4Х5МФС, 20X13 при высокотемпературном карбонитрировании в интервалах температур 940 - 980°С.

2. Исследованы особенности формирования диффузионных карбонитридных слоев в низкотемпературной (560-700 °С) и высокотемпературной (900-980 °С) областях. Показано, что формирование слоев в высокотемпературной области с высоким углеродным потенциалом среды протекает с развитием реакционной диффузии с образованием на всех испытанных сталях трехфазной зоны 7+МзС3+МэС с содержанием карбидов в слое выше

. 60%.

3. Методом послойного анализа и компьютерным сканированием исследованы структуры диффузионных слоев при карбонитрировании сталей Р6М5, Р6М5-МП,

4Х5МФС, 20X13, с помощью методов рентгеноструктурного и масспектрометрического анализа определены типы карбидов и карбонитридов, химический состав карбидов, кар-бонитридов и вязкой основы. Смоделированы процессы науглероживания высоколегированных сталей при ограниченном азотном потенциале с высоким углеродным потенциалом, созданного нами карбюризатора.

4. Определены основные физико-механические свойства карбонитридных слоев (микротвердостъ, прочность при изгибе, трещиностойкость), а также эксплуатационные характеристики при различных технологических схемах обработки. Показано, что эффективность процессов карбонитрирования хромсодержащих сталей зависит не только от температурно-временных параметров процесса, но и от способов упаковки в контейнер и расхода смесей на единицу площади обрабатываемых деталей.

5. Разработаны и внедрены оптимальные технологии обработки инструмента, оснастки, деталей пар трения. Модернизировано малоэнергоемкое оборудование - электропечи потребляемой мощностью 2-5-10 кВт типов CHOJI -1,6-2,5-1/10И2:ПЛ-10, ПЛ-20 на опытно-конструкторском бюро «Факел», фирме «Дизель», позволяющие интенсифицировать процессы карбонитрирования.

6. Разработаны технологии и определены основные принципы лазерного упрочнения предварительно карбонитрированного в зависимости от его конструкции и назначения инструмента.

Основные положения диссертации изложены: в изданиях нз перечня журналов ВАК

1. Колина Т. П. Малоэнергоемкие электропечи для термической обработки и химико-термической обработки деталей и инструмента в приборостроении. / А. Н.Тарасов, Т. П. Колина //Технология металлов. -1999. -№1. -С.2-7.

2. Колина Т.П. Термическая обработка дисковых фрез. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина // СТИН. -2000. - №1. -С.38-40.

3. Колина Т. П. Технологические особенности применения нитроцементованных высокохромистых сталей при изготовлении инструмента ротационного формообразования и выглаживания. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, Е. Н. Евсина // Материаловедение. - 2000. -№4.-С. 51-55

4. Колина Т. П. Плазменное и лазерное упрочнение режущего инструмента для обработки конструкционных керамик. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, В. В. Томашевская, //Перспективные материалы. - 2000. - №6. -С. 81-86.

5. Колина Т. П. Вакуумная термическая и химико-термическая обработка инструмента для резания и обработки прецизионных деталей. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, А. Г. Нятит //Технология машиностроения . -2001. -Xs2(8). -С.27-32.

6. Колина Т. П. Из опыта применения нитроцементованных сталей 4ХЗВМФ, 4Х5МФС для инструмента пищевой, бумажной и деревообрабатывающей отраслей. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, E.H. Евсина //Инструмент Сибири. - 2001. - №2 (11). -С.45-50.

7. Колина Т. П. Вакуумная химико-термическая обработка инструмента в приборостроении, электронике, машиностроении, /А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, А. Г. Ня-тин//Технология машиностроения. - 2001. - №5.

-С. 12-21.

8. Колина Т.П. Использование нитроцементованных сталей для тонколезвийной обработки керамических и композиционных материалов. / А.Н. Тарасов, Т. П. Колина,Г. Д. Ткачевская // Инструмент и технологии. - 2001. - №5-6. -С.5-7.

9. Колина Т.П. Исследование режимов термической обработки сложнопрофильного инструмента/А.Н. Тарасов, Т.П. Колина, Е. Н. Евсина //Машиностроитель. -2001. -№11. - С.32-37.

Ю.Колина Т. П. Концевой шлифова льный инструмент с твердыми карбидными покрытиями. /А. Н. Тарасов, Т.П. Колина, Я. Стабрыл (Польша) //СТИН.~2002.-№11. -С. 12-13.

12. Колина Т.П. Структурам свойства нитроцементованных сталей 4Х5МФС и 20X13, использованных для изготовления режущего инструмента / А. Н. Тарасов, Колина Т.П. //МиТОМ. - 2003. -№5. - С.32-36.

13. Колина Т.П. Особенности формирования структур и коррозионные свойства азотоце-ментированных высокохромистых сталей[Текст] / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина, E.H. Ев-сина // Защита металлов., 2004. том 40., №1. - С 100-105.

14. Колина Т.П. Высокопрочный инструмент для дорнования и вырубки из нитроцементованной стали 5ХЗВМФ. / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина //Вестник машиностроения, № 3, 2004, - C.S7 - 59

15. Колина Т.П. Ресурсосберегающие технологии упрочнения деталей никотрированием в древесноугольных составах. / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина //Машиностроение, № 6,2004,

- С.19-23.

16. Колина Т. П. Влияние состава, структуры и состояния поверхности на с руктуру и свойства диффузионных слоев при высокотемпературной нитроцементации сталей в активированных древесноугольных смесях. / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина, В.В. Брюханов // Вестник ОГУ- 2010. - № 10. - С. 148-152.

17. Колина Т.П. Влияние исходной структуры и подготовки поверхности высоколегированных сталей на свойства диффузионных слоев при цементации в древесно-угольных смесях с активирующими добавками. / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина, В.В. Брюханов //Упрочняющие технологии ипокрытия.-2011.1.-С.41 -45.

В других изданиях:

1. Патент RU Ks 2205892 С1 Российская Федерация, МПК 7 С23С8/76, С23С8/80. Способ упрочнения режущего и формообразующего инструмента из теплостойких хромистых сталей / А.Н.Тарасов, E.H. Евсина, Т.П. Колина (РФ); заявитель и патентообладатель Калининградский государственный технический университет. - № 2001130078/02; заявл. 06.11.2001; опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16.-С. 12.

2. Патент RU № 2237744 Росийской Федерации, МПК7 С23С8/76, C21D1/74. Способ ни-котрирования стальных деталей и инструмента /А.Н.Тарасов, Г.П. Анастасиади, Т.П. Колина (РФ); заявитель и патентообладатель Калининградский государственный технический университет. - № 2003107315; заявл. 17.03.2003; опубл. 10.10.2004 г., Бюл. №28. - С. 14

3. Колина Т.П. Из опыта компьютерной обработки структуры и строения диффузионных слоев на высокохромистых сталях. Т.П. Колина, А.Н. Тарасов, E.H. Евсина //Балттехмаш

- 2002. Сборн. научн. статей .- Калининград, 2002. -С. 131-135

4. Колина Т.П. Структура и свойства нитроцементованной высокохромистой стали 20X13. / Т.П. Колина, А.Н.Тарасов, E.H. Евсина //Технологии третьего тысячелетия - науч. -техн. конф. -С.Пб.: 2002г. - С.5-7.

5. Колина Т.П. Применение нитроцементованных сталей 4ХЗВМФ и 4Х5МФС для инструмента переработки в пищевой и бумажной отраслях региона. / Т.П. Колина, А.Н.Тарасов, E.H. Евсина //Тезисы доклада. Сборник трудов Балтийской ассоциации машиностроителей. -Т. 1. -Калининград, 2001. -С. 52.

6. Колина Т.П. Износостойкий инструмент из нитроцементованных сталей 4Х5МФС и 20X13. / Т.П. Колина, А.Н.Тарасов, E.H. Евсина //ХХП Российская школа развития науки и технологий. -Екатеринбург, 2002.-С. 27-33.

7. Колина Т.П. Разработка технологии изготовления формообразующего и режущего инструмента из нитроцементованной высокохромистой стали. / Т.П. Колина //. Тезисы доклада. -Калининград, 1999. -С. 11.

8. Колина Т.П. Применение нитроцементрванных сталей 4ХЗВМФ и 4Х5МФС для насадного инструмента переработки сельхозпродуктов и целлюлозы. / Т.П. Колина, А.Н. Тарасов, E.H. Евсина // Сборник трудов Балтийской ассоциации машиностроителей. -Т 1.-Калининград, 2001.-С. 131-135.

9. Колина Т.П. Высокотемпературное карбонитрирование концевого шлифовального инструмента из стали 20X13 в активированных древесно-угольных смесях. /Т. П. Колина //Инновации в науке и образовании 2010. - Калининград, 2010. - С.28-30.

10. Колина Т.П. Определение структуры и фазового состава карбонитрированной в порошковых древесноугольных смесях высокохромистой стали. /Т. П. Колина, В. В. Брюханов, А. Н. Тарасов, // Сборник «Новые технологии», труды 1 Межотраслевой конференции, М., - Москва: РАН, 2010. -С. 123-124.

11. Колина, Т.П. Технология комбинированного упрочнения мелкоразмерного инструмента лазерной и химико-термической обработкой. /Т. П. Колина, В. В. Брюханов, Д.С.Приданников // Сборник «Новые технологии», труды 1 Межотраслевой конференции, М„ - Москва: РАН, 2010. -С. 125-126.

Заказ № 248. Подписано в печать 11 апреля 2011года. Формат 60x84/16 Объем 1,0 усл. п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано Издательство ФГОУ ВПО «КГТУ». Калининград, Советский проспект,!.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА1.СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1Л Краткая характеристика способов химико-термической обработки инструментальных сталей.

1.2 Влияние повышенного содержания углерода на структуру и свойства легированных сталей.

ГЛАВА 2.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2 Л Выбор материалов и оборудования для проведения исследования.

2.2 Методы исследования, приборы для измерения, методика обработки экспериментальных результатов.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТЕПЛОСТОЙКИХ ШТАМПОВЫХ И

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ.

3.1 Исследование процессов диффузии, особенностей формирования структуры и изменения физико-химических свойств поверхностного слоя при карбонитрировании сталей для режущего, формообразующего инструмента и оснастки.

3.2 Кинетика образования, структура и свойства диффузионных слоев, образующихся на вольфрамомолибденовых быстрорежущих и теплостойких сталях.

3.3 Особенности формирования диффузионных слоев при высокотемпературном и низкотемпературном карбонитрировании

3.4 Структура и свойства быстрорежущей и штамповой стали при низкотемпературном карбонитрировании в порошковых смесях.

3.5 Оптимальная технология высокотемпературного карбонитрирования режущего и формообразующего инструмента, как альтернатива твердосплавному.

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ КАРБОНИТРИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ.

4.1 Лазерная закалка карбонитрированных сталей.

Актуальность темы. Повышение эксплуатационных свойств мелкоразмерного тонколезвийного и специального режущего инструмента, формообразующей оснастки при изготовлении прецизионных деталей в приборостроении, электронике в значительной^ мере определяются технологией упрочнения. Изучение и разработка технологии карбонитрирования с учетом металловедческих аспектов и особенностей диффузионных процессов, выбор оптимальных составов порошковых смесей и соответствующего оборудования является в этой связи важным направлением исследования.

Необходимо решить задачу поверхностного упрочнения инструмента химико-термической обработкой, так как покупной стандартизованный и специальный инструменты из высоколегированных сталей подвержены износу и преждевременному разрушению при незначительном времени наработки в условиях контактного трения в процессе изготовления деталей сложной конфигурации из прецизионных сплавов, лент, термостойких керамик.

Широко известные технологии упрочнения (ионно-плазменное азотирование, напыление нитридных слоев нитрида титана, карбонитридных карбидов хрома) требуют применения специального дорогостоящего оборудования, создания специальных участков обработки и экономически целесообразны при массовом, крупносерийном производстве.

Нами предлагаются новые технологии химико-термической обработки мелкоразмерных деталей, инструмента, оснастки из легированных сталей с суммой легирующих элементов от 7-8% до 20-25%, содержащих от 4 до 13% Сг, в активированных древесноугольных смесях с целью повышения износостойкости, сопоставимой с дефицитными твердыми сплавами вольфрамо-кобальтовой и титанокобальтовой групп. Разработанные технологии могут быть осуществимы в условиях малых термических участков единичного и мелкосерийного производств опытных и ремонтных предприятий при минимальных затратах на термическое оборудование и вспомогательные материалы, при небольших энергозатратах, простоте их осуществления и максимальной эффективности обработки.

Цель исследования. Научное обоснование и разработка технологии карбонитрирования тонколезвийного инструмента и оснастки из высоколегированных сталей различных классов методом диффузионного насыщения поверхности в порошковых древесноугольных смесях и составах, в том числе с последующей лазерной закалкой, с целью повышения их эксплуатационных свойств до уровня близкого к свойствам твердых сплавов.

Задачи исследования:

- провести сравнительный анализ существующих жидких и твердых карбюризаторов, исследовать и разработать составы новых порошковых смесей, установить оптимальное соотношение активаторов и наполнителей, а также расход компонентов для высоколегированных, хромсодержащих сталей на единицу упрочняемых площадей изделий; изучить особенности формирования диффузионных карбидных и карбонитридных слоев при высокотемпературном карбонитрировании (карбидизации) в интервалах 900 — 1000°С и низкотемпературном карбонитрировании при 560-620°С в средах с высоким углеродным и азотным потенциалом применительно к быстрорежущим сталям карбидного класса типа Р6М5, теплостойким перлитного или мартенситного класса типа 4Х5МФС и высокохромистым мартенситным типа 20X13, применяемым для изготовления специального режущего и формообразующего инструмента и оснастки; оценить коэффициенты диффузии углерода и азота и условия формирования слоев с содержанием 60 - 80% карбидов; исследовать влияние режимов химико-термической обработки на структуру, фазовый состав и свойства диффузионных слоев, определить толщины слоев на сталях после закалки в зависимости от температуры карбонитрирования, а также при проведении низкотемпературных процессов при температурах в пределах температур отпуска. Изучить влияние режимов карбонитрирования на поверхностную твердость, ударную вязкость, хрупкость, износостойкость, коррозионную стойкость, контактную прочность;

- определить рациональные режимы высокотемпературного и низкотемпературного карбонитрирования специального мелкоразмерного режущего, штампового, формообразующего инструмента и оснастки с использованием активных древесноугольных смесей в малоэнергоемком оборудовании, применяемом в мелкосерийном и единичном производстве предприятий приборостроения, электротехники, электроники; исследовать упрочнение инструмента, прошедшего карбонитрирование дополнительным лазерным излучением;

- реализовать разработанные технологии карбонитрирования в условиях опытного производственного предприятия спецтехники ОКБ «Факел» и малых предприятиях ремонта двигателей в регионе особой экономической зоны «Янтарь» - Калининградской области.

Основные защищаемые положения и технические решения:

- теоретические модели прогнозирования структуры и свойств диффузионных слоев при низкотемпературных и высокотемпературных процессах карбонитрирования, в том числе совмещенных с закалкой и последующим дополнительным лазерным упрочнением; составы новых активированных порошковых древесноугольных смесей с введением азотоуглесодержащих (карбамид, триэтаноламин, моноэтаноламин) и азотоуглеродонатрийсодержащих активаторов (трилон-Б), а также их расходов на единицу упрочняемых поверхностей; технологические схемы осуществления способов карбонитрирования с загрузкой «контейнер в контейнер» в окислительных камерных электропечах, в том числе в вакуумных электропечах с «горячей ретортой».

Научная новизна:

- теоретически и экспериментально обоснованы и показаны возможности интенсификации упрочнения высоколегированных сталей различных классов - карбидного, быстрорежущих вольфрамомолибденовых, теплостойких мартенситного класса и высокохромистых мартенситных при проведении процессов в разработанных порошковых древесноугольных смесях с активизирующими добавками;

- обнаружено ускорение процессов диффузии и возможность формирования карбидных слоев с содержанием выше 50%-вес карбидов и карбонитридов, что позволяет при высокотемпературных процессах достигать износостойкости, сопоставимой с характеристиками твердых сплавов; впервые экспериментально установлены оптимальные условия упрочнения специальных тонколезвийных мелкоразмерных инструментов, оснастки сложной конфигурации для получения высоких механических и эксплуатационных свойств инструмента применительно к специальному приборостроению; определены оптимальные режимы скоростного диффузионного насыщения слоев высокохромистых сталей в разработанных нами карбюризаторах с высоким углеродным потенциалом, и впервые установлено явление укрупнения, сращивания глобулярных и ветвистых карбидов при низко- и высокотемпературном карбонитрировании;

-впервые показано, что лазерная обработка карбонитрированных слоев, содержащих до 0,6% азота позволяет формировать на сталях 4Х5МФС, Р6М5, Р6М5-П слои с высокой твердостью при значительных количествах азотного аустенита, что повышает износостойкость инструмента в 1,8-2.2 раза. Практическая значимость и ценность работы: получены исходные данные для разработки новых технологий химико-термической обработки и осуществлены процессы карбонитрирования инструмента из сталей Р6М5 и Р6МЗ, из сталей типа 4Х5МФС и 4ХЗВМФ, оснастки из сталей 20X13 и 30X13, в новых порошковых смесях, активированных углеродоазотонатрийсодержащими компонентами, позволяющими повысить механические свойства основного металла и глубину диффузионных слоев в 2 — 2,5 раза, достигнуть износостойкости на уровне твердых сплавов. разработаны процессы ускоренной, малоэнергоемкой обработки специального инструмента и оснастки в условиях опытных, мелкосерийных и ремонтных цехов предприятий с сокращением трудоемкости, энергоемкости, затрат на вспомогательные материалы в 1,4-1,5 раза при увеличении выхода годного инструмента и улучшения качества химико-термической обработки; экономическая целесообразность разработанных технологических процессов подтверждена повышением эксплуатационных свойств упрочненного мелкоразмерного инструмента и оснастки на различных предприятиях Калининградской области. Акты внедрения прилагаются.

- результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс по курсу «Основы электротехнологий» для студентов дневной и заочной форм обучения высших учебных заведений по специальностям 180404.65 (240600) - Эксплуатация электрооборудования и автоматика судов, 150207.65 (072100) -Реновация средств материального производства в ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» Достоверность результатов подтверждается: использованием современных методов определения фазового и химического рентгеноспектрального анализа структуры, состава диффузионных слоев, изменения размеров и характера карбидных слоев, содержащих выше 60% карбидов; высокой воспроизводимостью результатов при экспериментальном исследовании структур карбидных и карбонитридных слоев, размеров и типа карбидов в сталях трех классов в зависимости от температурно-временных параметров процессов диффузионного насыщения, состава и расхода порошковых смесей; высокими результатами производственных испытаний упрочненных карбонитрированием инструментов и деталей оснастки при изготовлении прецизионных деталей из специальных сплавов и керамик.

Реализация работы. Разработанные технологии химико-термической обработки апробированы и освоены в опытно-промышленном производстве ЭРДМТ (электрических реактивных двигателей малой тяги) в ОКБ «Факел» г.Калининграда, в фирме «Дизель», на Янтарном комбинате Калининградской области и в фирме «Метулак».

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на конференциях:

- на всероссийском собрании металловедов, г. Пенза, 1999г.; Межвузовской конференции в Калининградском военном институте федеральной пограничной службы, г.Калининград, 1999 г.; Междисциплинарном семинаре «Фрактальная и прикладная синергетика (стендовый доклад), г.Москва, 1999 г.; конференциях «Балтехмаш» 1999, 2000г., г.Калининград; Совещании Балтийской ассоциации производителей, г.Калининград, 2001г.; VIII конференции КВИПС, 2001; XXII Российской школе науки и техники, 2001 г., 2010г., г. Екатеринбург; конференции «Технологии третьего тысячелетия», 2001г., г. Санкт-Петербург; Инновации в науке и образовании 2010 г., г. Калининград, XXX Российская школа по проблемам науки и технологий. — Миасс, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ в центральных журналах по списку ВАК РФ, 11 тезисов докладов, 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, заключения, списка использованных источников (96 наименований), приложений; содержит 136 страниц, 35 рисунков, 32 таблицы, а также 2 акта внедрения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Решены задачи процесса карбонитрирования с целью упрочнения высоколегированных сталей различных классов — карбидного, быстрорежущих вольфрамомолибденовых, теплостойких мартенситного класса и высокохромистых мартенситных

1. Исследованы предложенные нами новые активированные порошковые и гранулированные смеси на основе Древесного активированного угля с введением в качестве активаторов карбамида (КН2)2СО и натрийсодержащего трилона -Б (СюНвОю^аг^ , а также триэтаноламина (С2Н4ОН)з1чГ и моноэтаноламина. Впервые показано влияние активизирующих добавок на возможность формирования карбидных и карбонитридных слоев на высоколегированных сталях с содержанием хрома 4-13%. Установлено влияние натрийсодержащего компонента на диффузионное насыщение углеродом и азотом высокохромистых сталей, в результате чего происходит сращивание карбидов в диффузионных слоях сталей Р6М5, 4Х5МФС, 20X13 при высокотемпературном карбонитрировании в интервалах температур 940 - 980°С.

2. Исследованы особенности формирования диффузионных карбонитридных слоев в низкотемпературной (560-700 °С) и высокотемпературной (900-980 °С) областях. Показано, что формирование слоев в высокотемпературной области с высоким углеродным потенциалом среды протекает с развитием реакционной диффузии с образованием на всех испытанных сталях трехфазной зоны у+М3С3+М3С с содержанием карбидов в слое выше 60%.

3. Методом послойного анализа и компьютерным сканированием исследованы структуры диффузионных слоев при карбонитрировании сталей Р6М5, Р6М5-МП, 4Х5МФС, 20X13, с помощью методов рентгеноструктурного и масспектрометрического анализа определены типы карбидов и карбонитридов, химический состав карбидов, карбонитридов и вязкой основы. Смоделированы процессы науглероживания высоколегированных сталей при ограниченном азотном потенциале с высоким углеродным потенциалом, созданного нами карбюризатора.

4. Определены основные физико-механические свойства карбонитридных слоев (микротвердость, прочность при изгибе, трещиностойкость), а также эксплуатационные характеристики при различных технологических схемах обработки. Показано, что эффективность процессов карбонитрирования хромсодержащих сталей зависит не только от температурно-временных параметров процесса, но и от способов упаковки в контейнер и расхода смесей на единицу площади обрабатываемых деталей.

5. Разработаны и внедрены оптимальные технологии обработки инструмента, оснастки, деталей пар трения. Модернизировано малоэнергоемкое оборудование — электропечи потребляемой мощностью 2-5-10 кВт типов СНОЛ 1,6'2,5'1/10И2:ПЛ-10, ПЛ-20 на опытно-конструкторском бюро «Факел», фирме «Дизель», позволяющие интенсифицировать процессы карбонитрирования.

6. Разработаны технологии и определены основные принципы лазерного упрочнения предварительно карбонитрированного в зависимости от его конструкции и назначения инструмента.

Основные положения диссертации изложены: в изданиях из перечня журналов ВАК

1. Колина Т. П. Малоэнергоемкие электропечи для термической обработки и химико-термической обработки деталей и инструмента в приборостроении. / А. Н.Тарасов, Т. П. Колина //Технология металлов. - 1999. -№1. -С.2-7.

2. Колина Т.П. Термическая обработка дисковых фрез. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина // СТИН. -2000. - №1. -С.38-40.

3. Колина Т. П. Технологические особенности применения нитроцементованных высокохромистых сталей при изготовлении инструмента ротационного формообразования и выглаживания. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, Е. Н. Евсина // Материаловедение. - 2000. -№ 4. -С. 51 -55

4. Колина Т. П. Плазменное и лазерное упрочнение режущего инструмента для обработки конструкционных керамик. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, В. В. Томашевская, //Перспективные материалы. - 2000. - №6. -С. 81-86.

5. Колина Т. П. Вакуумная термическая и химико-термическая обработка инструмента для резания и обработки прецизионных деталей. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, А. Г. Нятит //Технология машиностроения . - 2001. -№2(8). - С.27-32.

6. Колина Т. П. Из опыта применения нитроцементованных сталей 4ХЗВМФ, 4Х5МФС для инструмента пищевой, бумажной и деревообрабатывающей отраслей. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, E.H. Евсина //Инструмент Сибири. - 2001. - №2 (11). -С.45-50.

7. Колина Т. П. Вакуумная химико-термическая обработка инструмента в приборостроении, электронике, машиностроении. /А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, А. Г. Нятин//Технология машиностроения. - 2001. - №5.

-С.12-21.

8. Колина Т.П. Использование нитроцементованных сталей для тонколезвийной обработки керамических и композициоиных материалов. / А.Н. Тарасов, Т. П. Колина,Г. Д. Ткачевская // Инструмент и технологии. - 2001. - №5-6. -С.5-7.

9. Колина Т.П. Исследование режимов термической обработки сложнопрофильного инструмента. / А.Н. Тарасов, Т. П. Колина, Е. Н. Евсина //Машиностроитель. -2001. -№11. - С.32-37.

Ю.Колина Т. П. Концевой шлифова льный инструмент с твердыми карбидными покрытиями. / А. Н. Тарасов, Т. П. Колина, Я. Стабрыл (Польша) //СТИН. - 2002. -№11.-С. 12-13.

12. Колина Т. П. Структура и свойства нитроцементованных сталей 4Х5МФС и 20X13, использованных для изготовления режущего инструмента / А. Н. Тарасов, Колина Т.П. //МиТОМ. - 2003. - №5. - С.32-36.

13. Колина Т.П. Особенности формирования структур и коррозионные свойства азотоцементированных высокохромистых сталей / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина, E.H. Евсина // Защита металлов., 2004. том 40., №1. - С 100-105.

14. Колина Т.П. Высокопрочный инструмент для дорнования и вырубки из нитроцементованной стали 5ХЗВМФ. / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина //Вестник машиностроения, № 3, 2004, - С.57 - 59

15. Колина Т.П. Ресурсосберегающие технологии упрочнения деталей никотрированием в древесноугольных составах. / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина //Машиностроение, № 6, 2004, - С.19-23.

16. Колина Т. П. Влияние состава, структуры и состояния поверхности на с руктуру и свойства диффузионных слоев при высокотемпературной нитроцементации сталей в активированных древесноугольных смесях. / А. Н. Тарасов, Т.П. Колина, В.В. Брюханов // Вестник ОГУ- 2010. - № 10. - С. 148-152.

17. Колина Т.П. Влияние исходной структуры и подготовки поверхности высоколегированных сталей на свойства диффузионных слоев при цементации в древесно-угольных смесях с активирующими добавками. / А. II. Тарасов, Т.П. Колина, В.В. Брюханов //Упрочняющие технологии и покрытия. - 2011. - № 1. - С. 41 -45.

В других изданиях:

1. Патент RU № 2205892 С1 Российская Федерация, МПК 7 С23С8/76, С23С8/80. Способ упрочнения режущего и формообразующего инструмента из теплостойких хромистых сталей / А.Н.Тарасов, E.H. Евсина, Т.П. Колина (РФ); заявитель и патентообладатель Калининградский государственный технический университет. -№ 2001130078/02; заявл. 06.11.2001; опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16. - С. 12.

2. Патент RU № 2237744 Росийской Федерации, МПК7 C23C8/76, C21D1/74. Способ никотрирования стальных деталей и инструмента /А.Н.Тарасов, Г.П. Анастасиади, Т.П. Колина (РФ); заявитель и патентообладатель Калининградский государственный технический университет. - № 2003107315; заявл. 17.03.2003; опубл. 10.10.2004 г., Бюл. №28. - С. 14

3. Колина Т.П. Из опыта компьютерной обработки структуры и строения диффузионных слоев на высокохромистых сталях. Т.П. Колина, А.Н. Тарасов, E.H. Евсина //Балттехмаш - 2002. Сборн. научн. статей .- Калининград, 2002. -С. 131135

4. Колина Т.П. Структура и свойства нитроцементованной высокохромистой стали 20X13. / Т.П. Колина, А.Н.Тарасов, E.H. Евсина //Технологии третьего тысячелетия - науч. -техн. конф. -С.Пб.: 2002г. - С.5-7.

5. Колина Т.П. Применение шпроцементованных сталей 4ХЗВМФ и 4Х5МФС для инструмента переработки в пищевой и бумажной отраслях региона. / Т.П. Колина, А.Н.Тарасов, E.H. Евсина //Тезисы доклада. Сборник трудов Балтийской ассоциации машиностроителей. -Т. 1. -Калининград, 2001. -С. 52.

6. Колина Т.П. Износостойкий инструмент из шпроцементованных сталей 4Х5МФС и 20X13. / Т.П. Колина, А.Н.Тарасов, E.H. Евсина //ХХП Российская школа развития науки и технологий. -Екатеринбург, 2002.-С. 27-33.

7. Колина Т.П. Разработка технологии изготовления формообразующего и режущего инструмента из нитроцементованной высокохромистой стали. / Т.П. Колина //. Тезисы доклада. -Калининград, 1999. -С. 11.

8. Колина Т.П. Применение нитроцементованных сталей 4ХЗВМФ и 4Х5МФС для насадного инструмента переработки сельхозпродуктов и целлюлозы. / Т.П. Колина,

A.Н. Тарасов, E.H. Евсина // Сборник трудов Балтийской ассоциации машиностроителей. -Т 1 .-Калининград, 2001. -С. 131-135.

9. Колина Т.П. Высокотемпературное карбонитрирование концевого шлифовального инструмента из стали 20X13 в активированных древесно-угольных смесях. /Т. П. Колина //Инновации в науке и образовании 2010. - Калининград, 2010. - С.28-30.

10. Колина Т.П. Определение структуры и фазового состава карбонитрированной в порошковых древесноугольных смесях высокохромистой стали. /Т. П. Колина, В. В. Брюханов, А. Н. Тарасов, // Сборник «Новые технологии», труды 1 Межотраслевой конференции, М., - Москва: РАН, 2010. -С. 123-124.

11. Колина, Т.П. Технология комбинированного упрочнения мелкоразмерного инструмента лазерной и химико-термической обработкой. [Текст] /Т. П. Колина, В.

B. Брюханов, Д.С.Придашшков //Сборник «Новые технологии», труды 1 Межотраслевой конференции, М., - Москва: РАН, 2010. -С. 125-126.

1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1981. - 501 с.

2. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение, 1976. - 72 с.

3. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1968. - 405 с.

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

5. Лахтин Ю.М. Принципы математического моделирования процессов ХТО /Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, А.М.Васьковский //М и ТОМ. 1979, - №8. С. 43-47.

6. Rimmer К. Der Kohlenstoffübergang bei der Gasaufkohlung/ K.Rimmer //Techn.Zbl. prakt. Metallbearb. 1976. Bd. 70, № 11. S. 356-36 L.

7. Переверзев B.M. Диффузионная карбидизация стали. Воронеж, ВГУ, 1977. - 92 с.

8. Гуляев А.П. К вопросу о скорости охлаждения при закалке быстрорежущей стали /А.П. Гуляев // МиТОМ. 1991. №8. С.24 - 26.

9. Гуляев А.П. Влияние молибдена и ванадия на структуру и свойства порошковой безвольфрамовой быстрорежущей стали / А.П. Гуляев., Л.П. Сергиенко //МиТОМ. -1986. №2. С. 26-27.

10. Мовчан В.И., Педан Л.Г. Формирование карбидной составляющей при науглероживании быстрорежущей стали 02Р6М5. / В.И. Мовчан, Л.Г. Педан // Изв. АН СССР. Металлы. 1987. №3. С. 92-95.

11. Термомеханическая обработка порошковых сталей. / В.Н.Анциферов, В.Я. Буланов, С.И.Богодухов, Л.М. Гревнов Екатеринбург: УрО РАН. 1997. - 481 с.

12. Левитан В.Б. Исследование износостойкости цементованной стали Р6М5 и стойкости упрочненного инструмента/В.Б. Левитан // Металлургия: Сборник, 1976. Вып. 8

13. Ворошин Л.Г. Технология цементации высокохромистых сталей в твердом карбюризаторе/ Л.Г. Ворошин, А.П. Ростовцева // Материаловедение в машиностроении., Сб. тр. Минск., Наука. 1983, С. 18-20.

14. Переверзев В.М. Карбидизация высокохромистых сталей. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1977.-92 с.

15. Четтерджи Фишер Р., Эйзелл Ф. -В. Азотирование и карбонитрирование. Перевод с немецкого. Под ред. Супова A.B. - М.: Металлургия, 1990. - 280 с.

16. Колина, Т.П., Тарасов А.Н., Нятин А.Г. Из опыта применения нитроцементованных сталей 4ХЗВМФ, 4Х5МФС для инструмента пищевой, бумажной и деревообрабатывающей отраслей./A.I ГТарасов, Т.П.Колина, А.Г. Нятин // Инструмент Сибири. 2001, №2 (11). - С.45-50.

17. Keller.K. Beschihten von Umformwerkzeugen / К. Keller. //Werkst und Bearb/ 1988/Bd 22. №5, S. 371-374.

18. Betrachtungen zur Auswirkung von Oxiddeckschichten auf Wirkungsintensivitat bei Nitrieren und Nitrocarburiertn / P.Birk. //ZWF. -1980/ Bd 78.№3. s.147 -148.

19. Тарасов А.Н. Повышение износотойкости режущего инструмента для обработки платмассовых изделий/ А.Н. Тарасов //Пластические массы,- 1980. №9. С. 55-56.

20. Авторское свидетельство 1 434 802., Обмазка для цементации стальных изделий, М.К.И. С23, С6/66. БИ №5, 1987 (авт. А.Н.Тарасов и др.)

21. Авторское свидетельство 1 47 777., Способ обработки стальных деталей, М.К.И. С23, С8/74. БИ №17, 1989 (авт. А.Н.Тарасов и др.)

22. Лахтин Ю.М., Цырлин Э.С. Азотирование мартенсито-стареющей стали/ Ю.М.Лахтин, Э.С.Цырлин // Физика и химия обработки материалов. 1973, - №1. С. 101 - 105

23. Тарасов А.Н. Нитроцементация штампового инструмента из стали 5ХНМ в процессе нагрева для закалки/ А.Н. Тарасов // МиТОМ 1974, - №9. С. 69 - 70

24. Тарасов А.Н., Шапиро Я. А. Повышение стойкости штампов высокотемпературной газовой нитроцементацией / А.Н. Тарасов, Я. А. Шапиро //Технология и организация производства. Киев -1977. №1. С. 51 — 53.

25. Попов B.C. Повышение однородности науглероженных высокохромистых сталей/ B.C. Попов //Изв. вузов. Черн. металл. -1990. №4. С.71 73.

26. Власов В.М., Зеленко В.К., Жигунов К.В., Иванькин И.С. Трибологические свойства никотрированных конструкционных сталей / В.М. Власов, В.К.Зеленко, К.В. Жигунов, И.С. Иванькин // Трение и износ. Труды Бел. АН. 2002. т.23. №1. С.93 - 99.

27. Тарасов А.Н. Низкотемпературная нитроцементация специального инструмента из 1 стали Р6М5 в продуктах пиролиза триэталонамина с нашатырным спиртом

28. А.Н.Тарасов//Производственно-технический опыт. -1975. №5. С. 18-24

29. Специальный инструмент из нитроцементованной стали и закаленной быстрорежущей стали / А.И. Тарасов // СТИН. 1998, №7, С. 24-26.

30. Тарасов А.Н. Структура и свойства диффузионных слоев, образующихся при вакуумной нитроцементации стали 20X13 в атмосфере пиролиза жидких углеводородов / А.Н.Тарасов // МиТОМ. 1998. №10. С. 26-29.

31. Колина Т.П., Тарасов А.Н. Малоэнергоемкие электропечи для термической и химико-термической обработки деталей и инструмента в приборостроении./ А.Н.Тарасов, Т.П.Колина // Технология металлов. 1999. №1. - С.2-7.

32. Бабул Т.Д., Кучариева Т.Г., Наконечный А. Влияние исходной структуры инструментальных сталей на толщину и твердость слоев, полученных в результате карбонитрирования / Т.Д. Бабул, Т.Г. Кучариева, А.Наконечный // МиТОМ. -2004. №7. С. 7-20.

33. Тарасов А.И. Вакуумная нитроцементация мелкоразмерного инструмента из порошковой быстрорежущей стали в муфельных малоэнергоемких печах / А.Н.Тарасов //МиТОМ. -1994. №4. С. 6 - 9.

34. Мовчан В.И., Воронкина J1.A., Педан Л.Г., Структура низкоуглеродистых быстрорежущих сталей после цементации/ В.И.Мовчан, Л.А.Воронкина, Л.Г.Педан // МиТОМ. 1987. №1.- С.36-38

35. Колина Т.П., Тарасов А.Н., Евсина Е.Н. Особенности формирования структур и коррозионные свойства азотоцементированных высокохромистых сталей

36. А.Н.Тарасов, Т.П.Колина, Е.Н.Евсина //Защита металлов.- 2004. том40, №1.- С 100105.

37. Переверзев В.М., Бартеньев В.М. Окисление хромистых сталей при цементации в твердом карбюризаторе/ В.М.Переверзев, В.М.Бартенбев //МиТОМ. 1976. №6. - С.25-27.

38. Гюлиханданов E.J1., Кузнецов Г.Г., Попова Е.И. Механизм роста нитроцементованного слоя при температуре выше эвтектоидной для системы Fe-N / E.JI. Гюлиханданов, Г.Г. Кузнецов, Е.И Попова// МиТОМ.- 1984. №4.- С.28-32.

39. Преженосил Б. Нитроцементация стали М.:Машиностроение.1969. - 212с.

40. Prenosil B.H.T.M.1973.Hf3,sl56

41. Природа ускорения газовой цементации стали карбонатно-сажевым активизатором / Переверзев В.М., Воротников В.А., Колмыков В.И., Росляков И.Н. Махачкала-Москва: ПТО Машпром , 1989.-104с.

42. Григорьев Е.Б., Мнацаканян В.У., Исследование влияния параметров процесса карбонитрации на толщину диффузионного слоя// Упрочняющие технологии покрытия., 2006., №1., С. 18-21.

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

44. Haberling Е,Rose A,Weigand H.Stahl und Eisen.97.1973.№14.s645

45. Bundardt K, Haberling E,Rose A.DEW-Techn.Ber:12Bd.l972.Hf2.slll

46. Кооп С.Г., Гуляев А.П. Термическая обработка быстрорежущей стали. М.: Металлургиздат, 1956. - 25 с.

47. Philip Т.V.,Steven G,Nehrenberg A.E.Transact. of the American Society for Metalls.1964.v57

48. Адаскин A.M. Материаловедение (металлообработка). М.: Академия, 2010. - 486 с.

49. Ворошин Л.Г., Ростовцева А.П., Технология цементации высокохромистых сталей в твердом карбюризаторе / Л.Г.Ворошин, А.П.Ростовцева// Материаловедение в машиностроении., Сб.тр. Минск., Наука., 1983. - С. 18-20.

50. Тарасов А.Н., Евсина E.H. Химико-термическая обработка деталей в новом карбюризаторе/ А.Н.Тарасов, Е.Н.Евсина//Машиностроитель, 1999, №5-6. С. 13-16.

51. Тарасов А.Н. Нитроцементация инструмента из стали Р6М5/ А.Н.Тарасов //МиТОМ -1976. №11.- С. 29-32.

52. Щербединский Г.В., Шумаков А.И.Диффузионное взаимодействие элементов при цементации высоколегированных сталей//Диффузионные процессы в металлах: Сборник.Тула.1974.С.44-46.

53. Мовчан В.И. и др.Морфологические особенности науглероживания хромистых сталей /В.И.Мовчан и др. //МиТОМ.- 1981.№1. С.16-18.

54. Замятин М.М. Кинетика процессов химико-термической обработки, Металлургиздат, 1961 12 с.

55. Геллер Ю.А., Мельниченко Е.В., Сталь, 1964,№12, el 1 23.

56. Геллер Ю.А., Артюхов В.Ф., МиТОМ, 1976,№11, с19.

57. Криштал М.А., Диффузионные процессы в железных сплавах М.: Металлургиздат. 1963,Ж.Т.Ф.,т23,1953,№7 С1175.

58. Кальнер В.Д., Цементация и нитроцементация стали. М.: Машиностроение., 1973. -23 с.

59. Патент РФ.№2 205 892.Способ упрочнения режущего и формообразующего инструмента из теплостойких хромистых сталей.М.К.И. С 23С 8/76, Бюл.2003. (автор А.Н.Тарасов и др.)

60. Grabke GJ.u.a.Aufkohlung von Crom-Nikel-Eisen Stahlen in Kohlenstoffpakung / GJ.Grabke u.a ///Werkst, und Korrosion.l976.Bd27.Hf5.,s291-296.

61. Зинченко В.М.Цементация в твердом карбюризаторе/ В.М.Зинченко //Технология металлов. 2002, №1. - С.2-6.

62. Тарасов А.Н., Панфилов В.А. Упрочнение мелкоразмерных метизов скоростной высокотемпературной нитроцементацией / А.Н.Тарасов, В.А.Панфилов //Машиностроитель. 2002.№5. - С.23-25.

63. Колина Т.П., Тарасов А.Н., Структура и свойства нитроцементованных сталей 4Х5МФС и 20X13, используемых при изготовлении режущего инструмента /А.Н.Тарасов, Т.П.Колина //МиТОМ. 2003., №5. - С. 32-36.

64. Тарасов А.Н. Структура и свойства диффузионных слоев, образующихся при вакуумной нитроцементации стали 20X13 в атмосфере пиролиза жидких углеводородов/

65. A.Н.Тарасов //МиТОМ 1998. - №9. - С.26 - 28.

66. Переверзев В.М. Кинетика и механизм карбидообразования в хромистых сталях/

67. B.М.Переверзев //М и ТОМ, 1985, № 11, С. 21-23.

68. Колина Т.П., Тарасов А.Н. Малоэнергоемкие электропечи для термической и химико-термической обработки деталей и инструмента в приборостроении /А.Н.Тарасов, Т.П.Колина // Электрометаллургия. 1999, №1. - С. 2-7.

69. Колина Т.П., Тарасов А.Н., Макарский В.А. Комплексная вакуумная и электроискровая обработка режущих элементов ротационного резания керамики и композитов / А.Н.Тарасов, Т.П.Колина, В.А.Макарский // Материаловедение 1998. №9. - С. 42-45.

70. Колина, Т.П., Тарасов А.Н. Вакуумная химико-термическая обработка инструмента в приборостроении, электронике, машиностроении./ А.Н.Тарасов, Т.П.Колина // Технология машиностроения. — 2001. №5. С. 12-21.

71. Раузин Я.Р. Термическая обработка хромистых сталей. М.: Машиностроение .- 1978.-342с.

72. Раузин Б.И., Михайлов JI.A. Определение оптимальной скорости циркуляции атмосферы при цементации / Б.И. Раузин, Л.А.Михайлов //Металловедение и термическая обработка металлов. -1971. № 11. С. 33 - 36.

73. Щербединский Г.В. Структура и свойства быстрорежущих сталей после ионного карбоазотирования в безводородной среде / Г.В. Щербеденский, Л.А. Желанова, C.B. Земский и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1992. №6.1. C.13-15.

74. Колина Т.П., Тарасов А.Н. Ресурсосберегающие технологии упрочнения деталей никотрированием в древесноугольных составах. /А.Н.Тарасов, Т.П.Колина //Машиностроение. 2004. №6. - С. 19-23.

75. Linn Elektronik// Spitzen Technologie für die Zukunft.- 1990.- S/2-17.

76. Vakuum-Kleinzimmeröfen "Turbojekt" Zür einl. Gute und Reproduktiebre Wärmebehandlungen// Solo. (Schw.)-1989.- s.3-25.

77. Bauer R-E, Vakuum- Wärmebehandlungsanlagen in der Metallindustrie// Fachber. Hüttprakt, Metallbearb.- 1984-Bd 22.-№9.-S.791-798.

78. Bauer R-E, Kostengünstige Wärmebehandlung von Werkzeugen in Vakuum// VDJ-Zeitschr.-1983.-№10.-S .397-398.

79. Колина, Т.П., Тарасов A.H. Термическая обработка дисковых фрез./ А.Н.Тарасов, Т.П.Колина // СТИН. 2000. №1. - С.38-40.

80. Колина, Т.П., Тарасов А.Н., Томашевская В.В. Плазменное и лазерное упрочнение режущего инструмента для обработки конструкционных керамик./ А.Н.Тарасов, Т.П.Колина, В.В.Томашевская // Перспективные материалы. 2000. №6. - С. 81-86.

81. Колина, Т.П., Тарасов А.Н., Нятин А.Г. Вакуумная термическая и химико-термическая обработка инструмента для резания и обработки прецизионных деталей./ А.Н.Тарасов, Т.П.Колина, А.Г. Нятин // Технология машиностроения. 2001. №2(8). - С.27-32.

82. Тарасов А.Н. Химико-термическая обработка деталей ЭРД МТ и ТИП/ А.Н.Тарасов// Вестник машиностроения. 1998. №3 -С. 27-29.

83. Тарасов А.Н. Анализ характера термического воздействия плазменного потока технологических источников плазмы и ЭРД МТ на металлические элементы и приспособления вакуумных камер и стендов. / А.Н.Тарасов // Перспективные материалы. 1998. №3. - С. 86-89.

84. Тарасов А.Н., Мурашко В.М., Приданников С.Ю. Вакуумная термическая обработка сварных и паяных магнитопроводов / А.Н.Тарасов, В.М.Мурашко, С.Ю.Приданников // Сварочное производство. — 1998. №4 С.26-29.

85. Григорьянц А, H,. Сафонов АН. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. М.: Высшая школа 1988. - 168 с.

86. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки. М.: Высшая школа. 1987. - 187с.

87. Колина Т.П., Тарасов А.Н. Высокопрочный инструмент для дорнования и вырубки из нитроцементованной стали 5X3 ВМФ / А.Н.Тарасов, Т.П.Колина //Вестник машиностроения. 2004. № 3. - С.57 - 59.

88. Выражаю искреннюю благодарность моему научному руководителю проректору по научной работе ФГОУ ВПО «КГТУ», доктору физико-математических наук, профессору Брюханову Валерию Вениаминовичу за ценные советы и помощь в работе.

89. Благодарна всем, кто содействовал или был причастен к данной работе.