автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка и внедрение способов цементации для тяжелонагруженных изделий из коррозионностойких сталей мартенситного класса

государственна кошкс рсзср по' наш и висяему образованию толъяггинский голиташиесюй институт

ОСИПОВ Школай Мчтр'офановяч

удк 621.785

разработка и внедрение способов цемзнта1щ для тяжшагруйеншх издзлий из коррозионностоЯких сталей мартенситюго класса

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Для служебного пользования /У

Экз. й 7

Тольятти 19 91

Работа выполнена в Самарском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. В.В.Ку.Чбишева на кафедре " Материаловедение в магаиностроении " и Куйбышевском ордена Ленина, орденов Боевого и Трудового Красного Знсмеки авиационном производственном объединении

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, профессор, лауреат Ленинской премии Матвеев Ю.М.

- доктор технических наук, профессор Кенис М.С.

- доктор технических наук,профессор, академик И,А.СССР Криштал ''.А. кандидат технических наук, доцент Морозов Н.П.

- Научно-производственное объединение " Всесоюзный ордена Ленина, ордена Октябрьской революции институт авиационных материалов" г. Москва

Защита состоится

гау

час.

на заседании специализированного совета К.064.43.01 Тольяттинского политехнического института по адресу: 445667, г. Тольятти, ГСП, ул.Белорусская,14.

Отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направить по указанному адресу ученому секретарю института С диссертацией можно ознакомиться в ^библиотеке института

Автореферат разослан

Учений секретарь специализированного Совета,

кандидат технических неук доцент

.Краснопевцев

0Б1ДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Современное авиастроение предъявляет постоянно возрастачзцгася требования к выбору материалов для изготовления тягелояагружештах элементов и конструкций, в решающей мере определявши работоспособность и безотказность летательных аппаратов. На фоне неуклонно услоототцнхся условий работы особо ответственных детале? и узлов ( всеклкматичеекке воздействия, значи-тельше контактные нагрзаения и др.) существенно распаяется интерес к применении коррозионнос-го^ких стале" в варианте поверхностного упрочнения методами ди^фузкоттого насыщения. Положительное влияние методов ХТО ( особеюю цекенгщя) на работоспособность тяжлонагруяенных объектов установлено однозначно.

Многие вопросы У.Т0 успешно решены в работах Б.М. Дрзаиасова, С.З.БокотеЛпэ, Я.Д. Когана, М.А.Криштала, Ю.1Г.Лшст:гнс,Л.С.1яховнча, А.Н.Мянкевича а др.

Вместе с тем, проблема оптимизации процесса цементацта деталей из коррозионностоЗких сталеГ; до настоящего времени репена не полностью. Особенно это относится к разработке научных рекомендаций по ренинам цементации, учитывающих специфику формирования поверхностного слоя я возможность интенсификации диффузионного насыщения в условиях изменения параметров до - и послецекентационкоЯ тепловой обработки. До сих пор не решен стервдевоЯ вопрос в практике ХТО высокохромистых сталей: обеспечение равнотолщигшого' трещиностойкого слоя, из-за чего бракуются от 50 до 10055 деталей. С учетом увеличивающейся доля тякегожагрукенньве элементов в летательных аппаратах вопрос обеспечения их работоспособности приобретает все большее значение я актуальность,

В работе указанная проблема решается в материаловедческом аспекте путем разработки высокоэффективных, энергосберегающих тех-' нологических рэиений да стадиях ггредцеыентационноЯ тепловой обработки, собственно диффузионного насыщения и послацементационноЯ предварительной термической обработки.

Цель работы. Разработка режимов и способов до - я послецэ-ментационной обработки, диффузионного накщения углеродом для по-вшения служебных свойств и интенсификация процесса газовой цементации изделий из коррозиониостойких сталей.

Научая новизна.

1. Исследована и установлены закономерности влияния предшествующей обработки ( Формообразующей и предварительно?! термической) на способность материала к диффузионному насыщении. Обоснован принцип разработки элективного способа подготовки материала перед цементацией, основанного на получении особого структурного состояния с повышенной дисперсностью и возможностью его наследования при дальнейшее тепловых воздействиях.

2. Путем применен!« методов светового, электронно-микроскопического , рентгеновского и микрорентгеноспектрального анализов установлен механизм разрушения стойкой пассивной пленки,препятствующей дч*фуош углерода в поверхность упрочняемых объектов. На основании анализа уравнений термодинамического равновесия определены условия для прохождения углерода через барьерный слой при цементации.

3. Исследованы и выявлены закономерности формирования цементованного слоя на коррозионкостойких сталях при различных томпера-турно-временных параметрах ХТО с учетом способов устранения пассивной пленки, особенностей до - и послецементационной обработки. Установлены основные пути получения трегциностойкого цементованного слоя с необходимым уровнем служебных характеристик.

4. На базе математического моделирования оптимизирован процесс цементации изделий из высокохромистьк сталей как в плане обеспечения его быстродействия, гак и по критерию максимального приближения к заданно^ распределению углерода б материале,

В указанном ключе разработана сквозная технологическая схема обработок упрочняемых издали:! из коррозионностойких сталей,' приоритетность которой закреплена авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая ценность и внедрение.

I. Разработаны новые технологические схемы изге юпения упрочняема игделий из кпррозуонностчПких сталей, включающие в качестве стртетурсподготовительной операции перед диффузионным насыщением форсированное схлакдение после пластической деформации и проведение терыоулучшэния о сокращениям времени при нагреве'под

закалку ( вместо медленного охлаждения и нормализации с отпуском); способы устранения стопкой пассивно?? пленки либо путем использования комплексного шдкого карбюризатора, либо применением предварительного окисления поверхности в печах иекечтацш; поолецемента-ционнуга предварительную термическую обработку с утилизацией теплота цементационного нагрева. В результате использования предложенных технологических разработок повышается как обядай уровень служебных свойств изделий, так и заметным образом интенсифицируется процесс газовой цекенгации. Новизна и полезность предложенных технологических решений подтвертядена а.с. ?.Т 1238414,1302721,1307872 и положительным решением о ввдаче авторского свидетельства на изобретение по заявке ?? 4784632/02 от 30.10.80г.

2. В ходе исследования получены многочисленные уравнения регрессии, связывающие технологические параметры обработки с конечными свойствами металлоизделия, которые могут быть использованы для прогнозирования и оптимизации свойств материалов при хшико-терш-ческой обработке.

3. Предложенные схемы изготовления упрочняемых изделий апробированы с 'положитежьникя результатами на различных коррозиокнос-тойких сталях в лабораторных и производственных условиях. Основные. • результаты работы внедрена на ряде предприятий отрасли ( КуМ),

з-д " Гидроавтокагяха", РС<В " Арматурпроект" и др.) о эконошмес-ким эффектом более 285 оыс.руб.

Основтае результаты и положения диссертации, шностздне

на защиту;

1. Основные принципа, схемы и параметры реализации способов термической обработки, включающих подготовительную перед цемента-» цией стадию ( формирует особое структурное состояние с повышенной дисперсностью и способностью его наследования при последующих тепловых воздействиях) и предварительную до окончательной термической обработки ( предотвращает карбидоввделекке» устраняет крупнозернистую зону в цементованном слое и нарушение целостности изделий) .

2. Представления о механизме диффузионного насыщения и особенностях строения цементованного слоя коррозионностойккх сталей в зависимости от применяемых методов устранения барьерной пассивной пленки и текпаратурко-времекшх параметров ХТО.

3. Разработанные на основе много$акторнюс экспериментов «

миогокритериаг'.ных оценок конечных свойств способы цементации, составы карбюризаторов и релашк до - и послецеиентационтгой обработки, из которых четыре защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

4. Методика расчета кинетических закономерностей диффузии углерода для сталей с различной степенью подготовки к ХТО. Оптимальные параметры процесса цементация.

5. Результаты сравнительных исследований механических и специальных овоГств норрозионностоЯкюс сталей после типовой и предложенной обработок.

Апробация работа.

Основные положения диссертации и отдельные ее результаты были доложены и обсуждены на:

1. Областной научно-техничеекоН конференции " Повышение стойкости инструментов, оснастки и приспособлений за счет широкого внедрения прогрессивных методов изготовления и последующего нанесения износостойких покрытий. Метода и приборы контроля".г. Куйбышев ,1987г.

2. Отраслевой научно-технической конференции " Пути интенсификации процессов абразивно-алмазной и упрочняющей обработки деталей двигателей и агрзгатов", г. Ку^ботев,1288г.

3. Отраслевой научно-технической конференции " Новые метода контроля и испытаний материалов, деталей и узлов газотурбинных двигателей и агрегатов",г.КуЯбышев,1989г.

4. Всесоюзной научно-технической конференции " Металло - и энергосберегающая технология термической и.химико-термической обработки", г. Москва,1290г.

5. Международной научно-техническо!! конференции " Перспективные направления авиационного материаловедения", г. Москва,1990г.

6. П Всесоюзной научно- технической конференции с участием иностранных специалистов " Совершенствование металлургической технологии в машиностроении", г. Волгоград,1991".

* Публикации, По результатам выполненных исследований опубликовало 14 работ,

Объем ■работа. Диссертация состоит из введения, пяти тематических глав, основных выводов по работе, библиографии литературных источников ( 130 наименования), приложения и актов внед-ретшя. Содержит 159 страниц машинописного текста; 24 таблицы, 52 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЗРПШ РАБОТЫ

В петао"; гляве по материалам литературного обзора обоснована актуальность проблем формирования качественного цементованного слоя на изделиях из коррозионностоЯких сталей мартенелтиого ( мартенсито-феррктного) класса. Покагэкн особенности диффузионного наенцения углеродом сталей данного типа, связанные прежде всего со спецификой легирования последних. Выделена основные но них: повышенная температура процесса. ( до 1000°С), получение значительных концентраций углерода в поверхностно-упрочняемом слое ( до 4%), опасность трещянообразования на различных этапах технологической обработки и эксплуатационных нагрукениях, малая скорость роста цементованного слоя, образование ( при определенных условиях) разнозернистос.ти в зоне упрочнения.

Освещены вопросы влиянжг легирования ( в первую очеред хромом) на способность материала к диффузионному насыщении и механизма образования на поверхности корррозионностойких сталей пассивной пленки в воде хромита Сг % 0 3 препятствующей насыщения углеродом.

Достаточно подробно проанализировано современное состояние .вопроса по способам, видак, режимам, параметрам цементации висо-кохромисгах сталэ;1 с учетом особенностей до-и последлффузионной» обработки, технологических приемов устранения барьерной пленки. Отмечено, что. существующие споссбц и реяишг исчерпали себя как в части дальнейшего повшения служебных характеристик изделия, так и в плане возмокностеП интенсификации процесса диффузионного насыщения.

Показано,что обеспечение качественного диффузионного слоя при заметном узя ореняи поверхностного насыщения необхс^нмо искать в максимальном использованга возмониосте" структурного состояния

на стадиях до - и послецеыентационноЯ тепловой обработки, a Taitas в разработке элективных и простых в исполнения технологических приемов устранена барьерной? пленки с целенаправленным регламентированном воздействием на поверхность упрочняемых объектов.Особое внимание уделяется анализу возможностей термоциклической обра- • ботки ( пли ее отдельных элементов) и реализации последней, как структ;-роподготовительной операции перед диффузионным насыщением.

Сообразно поставленной цели сфорьулированы основные задачи:

- определение основных критериев для оценки качества цементованного слоя и работоспособности упрочняемых изделий из корро-зионностойких сталей;

- исследование раздельного и совместного влияния интенсивности поеледеформационного охлаждения и параметров предварительной термообработки на структуру и конечные свойства упрочняемых изделий;

- критический анализ известных приемов устранения барьерной пленки; обоснование принципов разработки и реализации высокоэффективных, простых в исполнении, методов удаления пленки;

- сравнительное исследование структурного состояния и механических характеристик высокохромистых сталей на этало послецемен-тационной обработки.по традиционным и предложенным режимам;

- многокритериальный анализ многофакторшх экспериментов по совершенствованию технологии обработки изделий из коррозионностой-ких сталей и разработка на их основе оптимальных режимов собственно термической и химико-термической обработок;

- математическая постановка задач по оценке кинетических закономерностей диффузии углерода для сталей с различной структурной подготовкой и оптимальному управлении процессом газовой цементации;

- апробация и внедрение основных результатов работы.

Во второй главе рассмотрены методические аспекты работы.

Исходя "з поставленных цели и "адач, ос-эцени вопросы выбора марок сталсй, кр-териев оценки качества цементованного слоя, типа образцов и заготовок, условий их последеформг^ионного охлаждения и последутацей обработки, методов исследования структур! и математической обработки данных.

На основе литературных данных по особенностям строения цемен-

?

тованного слоя и повреждаемости насыщаемых изделий на различных ' этапах технологической обработки и эксплуатации определены основные критерии для оценки его качества:

1. Структурно-фазовые и геометрические характеристики, включающие равнотогаданность диффузионного упрочнения по всему контуру образцов и деталей,сохранение целостности изделий, однородность

и равномерность распределения карбидов без образования грубой скелетообразной сетки, отсутствие крупнозернистой прослойки мегду ак-_ тивной зоной слоя :: сердцевиной.

2. Механические и специальные характеристики, ответственные за преждевременный выход из строя упрочняемых объектов ( пределы . прочности Ge и текучести , твердость, ударная вязкость КС , сопротивление износу, предел выносливости , долговечность tJ , коррозионная стойкость.

Исследование структурного состояния сталей на различиях стадиях обработки выполняли микроскопическим, рентгенографически.?, м:гароренгеноспектральн1к методами с использованием современного отечественного и импортного аппаратурного оснащения С 1ЛМ-10, "deaphot- 21", "Д?С'7-2", "Canskan " ). Кеханшеские характеристики определяли в работе при статических н динамических испытаниях на универсальных и специализированных малинах типа " Дмслер", н T3PATEST", ЖИ-6Ш, 2130 И 0,3 и др.

Количественную л качественною оценку коррозионной стойкости упрочняемых изделийтроводнли методом, климатических воздействий в камерах тропической влажности и соляного тумана в установке " Feutra п. " я сульфатно-медной пробой.

Разработана методгка расчета кинетических закономерностей диффузии углерода с возможностью выполнения исследований для » сталей с различной структурной подготовкой.

В третьей главе анализируются данные по разработке и реализации новых способов предцкффузионной обработки, направленных на повышение служебных характеристик упрочняемых изделий из высокохромистых сталей и интенсификацию процесса газовой цементации.

Для сталей с различной исходной структурной подготовкой разработана методика расчета кинетических закономерностей диф^усии углерода. Отмечено, что предложенная программа имеет хоропу» сходимость в экспериментальных а расчетных данных и мохзт быть использована для описания диффузионных явлетпй как при постоянном,

так и переменном углеродном потенциале печи.

Показано,что разработка эффективных схем преддкффузионяоЧ тепловой обработки применительно к коррозиочностойккм сталям ыар-тенситного класса должна базироваться на принципах обеспечения максимальной дисперсности структурного состояния с избытком дефектов кристаллического строения и реализации последующей структурной наследственности при ХТО и окончательной термической обработке.

Сформулированы основные методологические положения по реализации новых схем доцементационной обработки, заключающиеся в ускоренном последеформационном охлаждении, предотвращающем промежуточное перлитное превращение ( на стадии формообразования изделий) и последующем термоулучшении ( режга 2В) при заметном уменьшении длительности нагрева под закалку С на этапе предварительной термической обработки). 3 ряде схем при неизменности условия ускоренного последеформационного охлаждения оценивалось влияние некоторых других видов термической обработки на структуру и свойства высоко"; чистых сталей, в частности, отжигов I ( режим 2В) и П рода ( режим 2Г).

Эффективность предложенных технологических решений оценивалась по отношению к результатам трад-.щионной доцементационной обработки, направленной на формирование равновесного структурного состояния путем медленного ( в песке) охлаждения от температур деформации и проведения нормализации с отжигом I рода ( режим 1А).

На примере стали 12X13 установлено, что реализация новых схем преддга*фузионной обработки обеспечивает по сравнению с типовыми рехимеми ряд существенных отличий в структуре:

- на стадии деформационной обработки при ускоренном охлаждении форчируется дисперсная структура феррита с особым фрагменти-рованнш.1 строением, без заметных признаков распада матричного раствора. При медленном охлаждении происходит интенсивный распад мстр;г:-".: с выделением карбидов как в объеме зерен, тш и по их границам, а тайге слияние и укрупнение ферритных участков. Для обоих рассматриваемых случаев при анализе внутреннего фазового состава просматривается характерный рельеф деформированной структуры в виде извилистых линий скольжения с прямыми участки,га;

- на этапе предварительной термической обработки для схемы 2Б сохраняется й>агмеятированное строение феррита с особенностями

ранее виявленной деформчфозснной структуры. Дисперсное, достаточно разветвленное строение феррита наследуется сердцевиной упрочняемых изделий и на стадии завершавшей термической обработки. При других вариантах предварительной термической обработки, вследствие развития реклисталлизационннх явлений происходит огрубление структуры и приведение системы в более равновесное состояние. После проведения окончательной термической обработки выделения феррита представляют собой весьма крупные разрозненные образования . со скругленными углами, расположенными по границам зерен или прежних дендритных ячеек.

Благодаря внесению новых элементов и принципов подхода в вариант обработки 2Б стало возможным получение по сравнению с известной схемой меньшего размера действительного зерна ( на 1,5-2,0 номера на стадиях цреддкффузионноЯ и окончательной термической обработки) .Данное обстоятельство создает предпосылки для интенсификации диффузионного насыщения и повышения служебных характеристик упрочняеинх объектов.

По результатам анализа экспериментальной информации покаяго, что наилучший комплекс механических и структурных характеристик при одновременном ускорении процесса диффузионного насыщения углеродом достигается обработкой по схеме 2В.

С целью более детальной оценки значимости параметров доцемен-тациотпгой обработки , , на формирование характе-

ристик КСТ , толпрщу слоя Н были выполнены дополнитель-

ные исследования по методике многофгкторного эксперимента с получением уравнений регрессии:

Ч = Г,22 + С,04 Хх - 0,0С5л2 -< 0,02Х3 (I)

б_Т = 522 I.BXj -I 0,ЗХ2 + 0,8X3 (2)

КСТ = 0,057 + 0,004Xj + 0,001Х2 -1 0,002Х3 (3)

Установлено,что в ранках формированных реагагав преддиффузионной обработки наиболее целесообразно'использование максимально допусти, ш скоростей охлаждения от температур деформация и фазовой перекристаллизации. Возможность интенсификации охлалдзния определяется вопросами обеспечения целостности изделий.

Эффективность предложенной с"е;и обработки 2Е с использованием элементов форсированной структурной Подготовки дополнительно

подтверждена на других широко применяемых в авиастроении марках коррозионностойккх сталей с более сложным характером их легирова-ваняя: I3XIIK2B2M5, I5XI6H2/LM и I4XI7H2. Для данной группы материалов также установлен факт интенсификации (<~ на 2С%) процесса диффузионного насыщения и заметного повышения уровня исследуемых характеристик ( например, бе возгг.стаэт на ICC-IG0 МПа, на 4С-55 *!Па, КСТ - на 0,02-0,03 î^c/i.t2 и т.д.).

В четвертой главе совещается вопросы подготовки поверхности иэдели", являющиеся оеновопояагвюцига в практике -7Г0 вксокохро-мистых стале,'5, так как они в решающей степени предопределяют формирование равномерного дк'фузионного слоя со стабильно" твердость» и яелаемоЗ микроструктурой.

Произведена практическая оце«ка наиболее часто применяемых технологически приемов устранения барьерной пленки как с использованием веществ-депассиваторов va этапе диффузионного насыщения углеродом, так и применением теплового окисления поверхности в сочетании с опеекоструиванием и химическим воздействием на стадии доцементационно* обработки. Полученные отрицательные ( или недостаточно высокие) результаты экспериментов связываются с переменной активностью применяемых депассиваторов в точение процесса цементации ( интенсивно истощаются во времени), отсутствием научных и прикладных рекомендаций по их целенаправленным регламентированным воздействием на поверхность упрочняемых объектов, неполным разрушением барьерной пленки при существующих режимах окисления, а также образованием вторичных пассивных зон после механического удвття ранее окисленных поверхностных слоев интенсивным опоско-струиванием.

С учетом вышеизложенных недостатков определены главные принципы активизации поверхности насыщаемых изделий: для хга.ятческих методов обработки - сохранение постоянной депассинирующей способности касыщагмоЯ среды в течение процесса цементации: возможность регулирования ее активности; для способов направленного эплового окяслени.: - нарушение барьерной пле: ,ки при повышенных температурах, сохранение -¿новь'образующая рыхлой пленки с наличием хромо-воП шпинели Fe , т.е. процесса цементации через тонкий

слой окалины.

Сформулированы основные подходы в реализации ноьлх технологических репениЯ по устранению пассивной пленки. Применительно к

химической' обработке поверхности - это использование комплексных жидких карбюризаторов на базе высокоактивных яескщатацнх сред (например, скнтина) с небольшими добавками хорояо растворимых в тспс вецеств - депассиваторов ( например, чегкреххлористого углерода ССбч ). Для случаев направленного теплового окисления поверхности практические приемы сводятся к разрушению барьерной пленки и образованию взамен нее ново?? непосредственно в печах цементации ( без подачи карбюризатора) при температурах диффузионного насыщения углеродом ( 950- Ю00°С).

Изучены основные закономерности влияния комплексного яркого карбюризатора на структурообразование и свойства изделий из внсокохрошстьгс стглей, описаны стадии разрушения барьерной пленки при целенаправленных воздействиях депассивирущих агаттов. На основе мяогофакторного планируемого эксперимента получены уравне-. ния регрессии для зависимости толщины слоя, содержания углерода и значений твердости ЖСэ от концентрации вецества-депвсеиватора СС£ ^ в синтяне, длительности и цикличности его воздействия. Показано, что наибольшее влияние на интенсификации) диффузионного насыщения коррозионносто,5ких стале?. оказывает коттцентрация вецест-ва - депассиватора и длительность его воздействия во времени. Цикличность подачи депассиватора при атом роли практически не играет. Проведена оптимизация состава жидкого кврбтзризатора. Выявлено,что наилучшие свойства поверхностно упрочняемого слоя форм:;ругтся при ■ соотношении четкреххлоркстого углерода и сннткна I : ЗС при постоянной подаче первого в процессе КТО.

Значительное внимание в работе уделяется разработке процесса цементации с реализацией предварительного окисления поверхности. Рассмотрены вопросы термодинамики окисления элементов при нагрове хромоникелевых сталей. Показаны еяояниЯ характер и многостодий-ность данного процесса, установлен механизм разрушения барьерной пленки. Выявлено, что с началом появления в тонком поверхностном слое хромовой шпинели Рс Сг^Оч создаются благоприятные предпосылки для диффузионного насыщения углеродом. Наилучшее прскевдение адсорбата отмечается поело реализация нагрева в области повышенных температур ( 950-1000°с) при полном отсутствии хромита Сг 2О3.

Выявлены основные закономерности и особенности отруктурооб-

разования диффузионного слоя шсокохромистых сталей в зависимости от параметров теплового окисления. Зафиксировано, что с повышением температур нагрева при образовании равнотолщкнного диффузионного слоя с необходимым соотношением активной и переходной его частей формируется поверхностная зона аномального строения с признаками меязерекного внутреннего окисления. Тонкими методами исследований установлено,что образование дефектных структур происходит на незначительной глубине ( до ЗС мкм), несоизмеримо меньшей ( в 6-8 раз) с величиной технологического припуска на шлифование. С использованием статистических методов исследований показаны целесообразность и пояснительное влияние интенсификации окислительного нагрева на образование ттеглептовачного слоя требуемой толсцины и морфологии. Возможности повышения температуры нагреве. ( > 1000°С) регламентируются, однако, опасностью огрубления структуры, снижением уровня служебных характеристик, образованием дефектных зон значительной протяженности.

Приведены денные, характеризующие изменение механических и специальных свойств по глубине диффузионного слоя коррозионностой-ких сталей. Отмечается максимальный уровень служебных характеристик на глубина технологического припуска под шлифование, связываемый со специфичной картиной распределения хрома от поверхности к сердцевина по механизму Конобеевского-Нтейнберга и снижением хрупкости цементованного слоя при данном съеме металла. ,

Констатируется, что разработанные способы удаления пассивной пленки обеспечивают по сравнению с известными технологическими решениями формирование равномерного трещиностойкого диффузионного слоя на изделиях из коррозионностойклх сталей.

На основе математического моделирования проведена оптимизация процесса газовой цементации как в плане обеспечения его быстродействия, так и по критерию мдксгшального приблпяеш-'я к заданному распределении углерода в материале. Установлено, что поставленным задачам наиболее полно отвечает процесс диффузионного насыщения углеродом при температурах 970-1000°С со соупенчатой подачей карбюризатора на различных этапах процесса.

В пятой главе рассматриваются вопросы дальнейшего повышения трссэтостойкосги и слу>::ебк!х характеристик изделий из высокохро-мястых сталей за счет еовэраенетвовяння рекшов последиффузконнкой

предварительно:"; термической обработки. Сформулированы и выделены главные принципы данной обработки: ускоренное охладел:® отцемен-тованник изделий в интервала": температур наиболее героятного и опасного карбкдовыделения и формирования крупнозернистой corar кегду активной частью диффузионного слоя и сердцевичо?. статей; сохранение вьгсокоплест:много состояния материала л целостности деталей на стадии окончания охлмаденш и переноса в печь отп:га, получение значений твердости цементованного слоя не более 35—10 НЖЗэ ( для случаев удаления припусков мехобработкой)» экономичность и простота исполнения технологического приема. Доказаны пути практического исполнения данного технологического решения: охлатдениа изделий на воздухе ( спокойном или скатом) до температур начала потери цветов каления ( 590-б2&°С) с последующим переносом в печь отжига, нагретую до 670-69G°C, и необходимой выдерите при данной температуре. В рамках указанных представлений и применяемых процедур постановки и обработки зксперимента получены уравнения регрессии для характеристик ЩЗэ, KCl/ . Анализ последних показал, что наиболее благоприятное влияние на указанные свойства оказывает скорость послецементационного охлаждения, несколько моныпее -температура окончания охлаждения, малозаметное - температура стаи-га.

Приведены многочисленные сравнительные данш^свидетельствующиэ о разработке нового высокоэффективного технологического приема на этапе послецеиентационной предварительной термической обработки.

В заключительной часта работы анализируется результаты раздельного и совместного влияния предложенных схем обработки на качество конечного продукта и длительность диффузионного насыщения. Показано,что совокупность разработанных технологических решений ' обеспечивает по сравнению с традиционными cnoco6ai.ni воздействий более высокий уровень служебных свойств на IC-50J' о заметной т- ■ тенсификацией процесса газовой цементации ( ^ на 50-603>) и полным исключением трепртообразования на изделиях в процессе их изготовления.

основные вывода

I. На основе анализа литературных и практически получениях данных показано ,что проблемы формирования равномерного трещшго-стойкого цементованного слоя на коррозионностойкгсх отялях и достгт-

жения требуемого уровня служебных характеристик готовых изделий носят комплексный характер и должны учитывать особенности деформационных, термических, химических воздействий на различных этапах обработки.

2. Установлено, tiro разработка эффективных технологически решений на стадии ггредцкффузионной обработки додана базироваться на принципах обеспечения максимальной дисперсности структурного состояния с избытком дефектов кристаллического строения и реализации последующей структурной наследственности при ХТО и окончательной термической обработке. Показано, что замена традиционных схем обработки на способ форсированной подготовки структурного состоя-н.'ю с использованием элементов ТЦО позволяет существенно интенси-фиц:гровать ( г- на 2СЛ процесс газовой цементации и повысить уровень слутебннх характеристик готовых изделий С на 5-4C5Í).

Приоритет указанной схем-: обработки подтвержден пололгтель-нкм репонизм о выдаче авторского свидетельства на изобретение по заявке 4784632/02 от 30.IC.S9r.

3. Сформулированы главные принципы активации поверхности насыщаемых изделий при ренешл задач устранения барьерной пленки различным приемами.

!îa основе обобщения пргвдзтов и изучения закономерностей образования к разрушения барьерной пленки разработаны 2 технологических реаетгия по подготовке поверхности:

- применение комплексного кидкого карбюризатора на основе еинтина с добавками четыреххяористого углерода ( а.с. X" I2384I4);

- тепловое окисление поверхности непосредственно в печах цементации при температурах диффузионного насыщения, (а.с. ?? I3Q272I).

4. По результатам анализа регрессионных зависимостей " параметры обработки - геометрические и механические характеристики" . •установлены оптимальные рекимы ( или составы) предложенных способов активизации поверхности. Выяснено, что для случаев применения депассивирующих агентов наидучщее свойства поверхностноупрочняемо-го слоя формируются при соотношении четыреххлористого углерода и еинтина I : 30 при постоянной подаче первого в процессе ХТО; для способов теплового воздействия оптимальным является нагрев при 970-99û°C а длительностью 1ч.

5. На основе математического моделирования проаеденй оптимизация процесса газовой цементации. Отмечено, что задачам обеспечения быстродействия и максимального приближения к веданному распределению углерода в материале отвечают режимы диффузионного насыщения при S70-990°C со ступенчатой подачей карбюризатора на различных этапах процесса.

6. Разработана схема поеледиффузионной предварительной термической обработки.

В рамках используемых процедур постановки эксперимента и обработки данных установлены оптимальные параметр данной схемы: охла-ядение изделий на воздухе ( спокойном или сжатом) до температуры 590-620°С, откиг при G70-690°C с необходимой выдергссой. Приоритет указанной схемы обработки закреплен а.с. !*' I3C7S72.

7 Показано, что совокупность предложенных схем обработки при заметной интенсификации процесса газовой цементации обеспечивает решение стерясневнх задач ХГО коррозионностоЯких сталей: формирование равномерного диффузионного слоя, достижение требуемого уровня служебных характеристик готовых изделий и сохранение их целостности на отапах изготовления и эксплуатационных нагружениЯ.

8. Суммарная годовал экономическая эффективность от внедрения новых способов обработки в производство составила более 285 тыс.руб. ( подтверждено актами внедрения).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. A.c. $> I2384I4 (СССР). Жидкий карбюризатор для цементации деталей из высокохромистых неряавегадих сталей/ Н.М.Осипов,Г.А.Качко, И.П.Банас и др.// Б.И.- 1936.- Л 22.

2. A.c. V 130272I (СССР). Способ газовой цементации деталей из высокохромисткх нержавеюща сталей / Я.Осипов ,ВЛ.Еелякова, Г.А.Качко и др.// Б.!!.- 1587,- 13.

3. A.c. 1"' I3C7872 (СССР). Способ гементаггии корроаионностой-ккх сталей мартенситного класса / H.H.Осипов,В.И.Еелякова,П.Е.Игнатов и др.// Б.П.- 1937,- у. 16.

4. Осипов Н.М. Усовершенствование технологии газовой цементации специального инструмента из сталей с содержанием хрома 12^. // Тезисы докладов областной научно-технической конференции

" Понижение стойкости инструмента, оснастки и приспособлений за счет широкого внедрения прогрессивных методов изготовления и лос-ледугцсго нанесения износостоек!« покрытий. Методы и прибери контроля".- Куйбьтаев, I957,0.41-42.

5. Осипов НЛ. .Кричевер ЕЛ.,Качко Г.А. Влияние предварительного окислительного нагрева на интенсификация и качество процесса газовой цементации деталей из коррозионностойких сталей.// Тезисы докладов отраслевой научно-технической конференции " Пути интенсификации процессов абразивно-алмазной и упрочняющей обработки деталей,двигателей и агрегатов",- Куйбышев,1988.С.75-76.

6. OcimoB H.H. Влияние послецементационной предварительной термической обработки на трэщинностойкость высокохромистых сталей// Вопросы авиационной науки и техтши.Сер.Технология авиационного двигателестроеник- Куйбыпев: НИИД,1988, внп.й.С.31-33.

7. Осипов H.H..Гольдбухт P.S. Влияние предварительной ТЦ0

и нового метода контроля на интенсификацию процесса газовой цементации Еысокохромисток сталей картенситного класса.// Тезисы докладов отраслевой научно-технической конференции " Новые методы контроля и испытаний материалов, деталей и узлов газотурбинных двигателей и агрегатов1'. - Куйбх?лев,1539.С.Е5-26.

8. Осипов Н.И.,Качко Г.Л. Разработка комплексного гшдного карбюризатора для газовой цементации шеокохрошетых сталей // Вопросы авиационной науки и техники. Сер.Технология авиационного двигателе с троения. Куйбыиез: ТЩЦ,1989. вып.2.С.22-2?.

S. Осипов Н.М.»Белякова В.И. Разработка комбинированной технологии для цементуемых деталей из ксррозионностойких сталей мартечеитного класса.// Тезисы докладов Всесоизной научно- технической конференции " Металле- и энергосберегающая технология термической и химико-термической обработки".- М. ,1990.С.92-95.

10. .Гольбухт ГЛ. ,Сирота Я.М.,Осипов Н.М.,Аниекяна В.И. Термоциклическая обработка алюминиевых сплавов и сталей // Доклад Г! 17 на международной научно-технической конференции " Перспективные направления авиационного материаловедения".М.,1990 ,

II. Осипов Н.М*»Белякова В.И.»Краков В.П.,Качко Г.А. Жидкий карбюризатор для цементации деталей из высокохромистых коррозион-ностойких статей // Авиационная -промышленность.- 1990.- 4,-С.64-65.

12. Положительное решение о выдаче авторского свидетельства на изобретение по заявке № 4784632/С2 от 30.10.89 " Способ обработки цементуемых деталей из коррозионностойких сталей мартенсит-ного класса" / Н.М.Осипов, М.С.Кенио,В.С.!.фратов и др.

13. Талонов Ю.Я.»Осипов Н.М. ,Игонина В.М. К вопросу упрочно-ния высокохромистах сталей цеметацией.// Порошковая металлургия и металловедение,- Куйбышев: !Су/Л,1590.- С.91-95.

14. Лившиц МД). »Осипов П.М.,Якубович Е.А. Автоматизированное проектирование оптимальных технологий поверхностного упрочнения на основе химико-термическоЯ обработки // Тезисы докладов П Всесоюзной научно-технической конференции " Совершенствование металлургической технологии в машиностроении".- Волгоград. 1991.С.2С7-2С8.

Подпись автора