автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка теоретических и технологических основ повышения стойкости режущего и штампового инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов

08-1 3446

На правах рукописи

Соколов Александр Григорьевич

Разработка теоретических и технологических основ повышения стойкости режущего и штампового инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидко-металлических растворов

Специальность 05.02.01 - материаловедение (в машиностроении)

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Краснодар - 2008

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете на кафедре материаловедения и автосервиса

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Артемьев Владимир Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Крапошин Валентин Сидорович

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей»

Защита состоится 20 июня 2008г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.02 КубГТУ по адресу: 350072 г.Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. А-229

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КубГТУ Автореферат разослан «_» апреля 2008 г.

Ученый секретарь

доктор технических наук, профессор Скотникова Маргарита Александровна

доктор технических наук, профессор Гасанов Бадрундин Гасанович

диссертационного совета

А.В. Пунтус

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Интенсификация производства, применение новых технологий обработки и автоматизированных систем предъявляют все более высокие требования к стойкости и надежности инструмента, поэтому проблема повышения стойкости инструмента является актуальной практически для всех сфер производства, начиная от машиностроения (металлообработка) и кончая пищевой промышленностью. В соответствии с этим, проблема повышения стойкости режущего и штампово-го инструмента в целом и, в частности, наиболее распространенного стального инструмента является, актуальной.

Для создания идеального инструментального материала, обеспечивающего инструменту высокую стойкость, необходимо сочетание в нем несочетаемых, на первый взгляд, качеств. Так, повышение износостойкости инструмента требует повышения его твердости, а это вызывает увеличение склонности материала к хрулкому разрушению - сколу, выкрашиванию рабочих поверхностей и т.п. Повышение теплостойкости, требующее повышения степени легирования инструментальных сплавов, приводит, чаще всего, к снижению его теплопроводности, а это вызывает уменьшение интенсивности отвода тепла от рабочих поверхностей и их перегрев. От материала инструмента, применяемого при горячей обработке давлением, требуется и высокая твердость, и высокая разгаростойкость - стойкость к образованию и развитию трещин при термоциклировании и т.д.

Выйти из возникающего тупика позволяет то, что работоспособность инструментального и других материалов очень часто определяется свойствами поверхностных слоев, которые можно изменять с помощью их легирования за счет применения хим1[ко-термической обработки (ХТО), а также нанесением соответствующих покрытии методами химического и физического осаждения. В соответствии с этим в настоящее время основным

направлением, обеспечивающим повышение работоспособности инструмента, является развитие и применение данных технологий.

Используемые на данный момент технологии ХТО, химического и физического осаждения в основном направлены на повышение износостойкости инструмента, которое достигается созданием на его поверхности слоев с очень высокой твердостью. С этой целью инструмент подвергается цементации, азотированию, нитроцементации, сульфоцианированию, бо-рированию, оксидированию, диффузионному хромированию, либо на поверхность инструмента осаждают карбидные, нитридные соединения металлов и т.д. Однако более широкое и эффективное повышение работоспособности инструмента может обеспечить практически не применяемая в настоящее время (за исключением хромирования) диффузионная металлизация, позволяющая создавать на поверхности инструмента и регламентировано твердые износостойкие слои, и слои, обладающие высокой вязкостью, теплопроводностью, слои, защищающие инструмент от агрессивного воздействия рабочей среды и т.д.

Среди способов диффузионной металлизации наиболее эффективным для повышения стойкости инструмента является способ нанесения покрытий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов (ЛЖМР). Данная технология, заключающаяся в выдержке изделия в ванне с легкоплавким металлическим расплавом, в котором растворен элемент или элементы покрытия, позволяет получать покрытия одновременно на партии изделий, на инструментах самой сложной конфигурации, при наличии на нем острых кромок, малых отверстий, глубоких полостей, а также совмещать процесс металлизации с термической обработкой. При этом образующиеся покрытия характеризуются равномерностью по толщине, стабильностью состава, свойств и высоким качеством.

В настоящее время препятствием для широкого использования рассматриваемой технологии является то, что многие »опросы, касающиеся

диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, недостаточно изучены. Это вопросы выбора состава среды насыщения (транспортного расплава), элемента покрытия, кинетики и механизма формирования покрытий. Нерешенными остаются задачи, связанные с характером взаимодействия элементов покрытия и элементов покрываемого материала, а также связанные с влиянием покрытий на геометрические размеры изделий, шероховатость покрытых поверхностей. Требуют дополнительного изучения вопросы влияния термического воздействия металлизационного нагрева и последующих термических обработок на материал изделия и на работоспособность изделия в целом. Должны быть решены задачи оптимизации режимов диффузионной металлизации и термической обработки, и создано эффективное технологическое оборудования для практической реализации данной технологии.

В связи с изложенным представляется весьма актуальным научно обоснованное решение перечисленных вопросов и материаповедческих задач, разработка технологий, позволяющих изменять свойства поверхностных слоев инструмента в направлении повышения его стойкости, а также научная оценка влияния поверхностного легирования, происходящего после металлизации инструмента, на его свойства.

Исследования проводились в соответствии с координационным планом Минвуза СССР по теме: «Создание естественных композиционных материалов для летательных аппаратов за счет нового метода ХТО и разработка сплавов на основе интерметаллидов» и Министерства образования и науки РФ по г/б НИР 4.2.06 - 05 и 4.02.06 - 010 «Разработка и освоение новых технологических процессоп получения и производства деталей с особыми физико-механическими свойствами.

В 2005г. на конкурсной основе получен гранд государственного фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на проведение НИОКР " Разработка технологии изготовления накатных роликов, применяемых в оборудовании для перфорации нефтяных скважин "

Цель работы и основные задачи исследования. Цель настоящей работы заключается в создании теоретических и технологических основ процесса и механизмов диффузионной металлизации инструментальных сталей из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, и разработка на этой основе способов и технологий повышения стойкости инструмента различного назначения.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научно-технические задачи.

1. На основании анализа причин потери работоспособности инструмента различного назначения определить возможные пути и технологии повышения стойкости материала режущего, штампового и специального инструмента методами его диффузионной металлизации.

2. Изучить и дать теоретическое обоснование механизма и особенностей формирования покрытий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, а также выявить факторы, влияющие на состав, структуру, параметры и свойства диффузионных покрытий, получаемых после диффузионной металлизации инструментальных сталей.

3. Установить влияние насыщающей среды, режимов процесса металлизации, элементов покрытия, состава покрываемых сталей на состав, структуру и свойства покрытий, а также на размеры покрываемых изделий и шероховатость покрываемой поверхности.

4. Выявить и оценить влияние диффузионной металлизации, термического воздействия, возникающего з процессе нанесения покрытий, а

также последующей термической обработки на структуру, свойства материала инструмента и на работоспособность инструмента в целом.

5. Разработать состав покрытий, технологии их нанесения и окончательной термической обработки инструмента, обеспечивающие повышение его стойкости, а также оборудование для проведения полного технологического цикла металлизации инструмента на уровне промышленного производства.

6. Разработать рекомендации по рациональному использованию диффузионной металлизации для повышения работоспособности инструмента различного назначения.

7. Создать программы, обеспечивающие возможность компьютерного прогнозирования .фазового и химического составов покрытий и кинетики их формирования, а также оптимизации режимов металлизации с учетом условий эксплуатации изделий и совмещения процесса металлизации с термической обработкой покрытых изделий.

Научная концепция. Разработка технологического решения повышения стойкости инструмента, имеющего общепромышленное и специальное применение, за счет диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, а также научное и экспериментальное обоснование этого решения. Научная новизна

1. Предложены и теоретически обоснованы возможные пути, а также составы диффузионных металлических покрытий и технология их нанесения из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, обеспечивающие повышение стойкости режущего, штампового инструмента, пресс-форм для литья под давлением и специального инструмента,, испытывающего агрессивное воздействие рабочей среды.

2. Разработана металловедческая концепция диффузионной металлизации сталей в открытых легкоплавких жидкометаллических ваннах,

устанавливающая влияние состава насыщающей среды, режимов металлизации, природы элементов покрытия, а также состава покрываемой стали и природы ее легирующих элементов на кинетику формирования покрытий, а также на их состав, структуру и свойства. В частности:

- с формулированные основные положения позволяющие оценивать возможность формирования покрытий с заданными свойствами и проводить оптимизацию процесса;

- установлено влияние состава жидкометаллические ванны, а также введения в него лития и олова на процесс и кинетику формирования покрытий и их качество;

- установлено определяющее влияние характера взаимодействия элементов покрытия с углеродом стали и режимов диффузионной металлизации на кинетику формирования покрытий, их состав, структуру и свойства;

- определено влияние природы легирующих элементов покрываемой стали, в частности, их сродства с углеродом, и характера их взаимодействия с элементами покрытия и жидкометаллической ванной на кинетику формирования покрытий, на их параметры, состав, структуру и свойства, установлена селективность во взаимодействии элементов покрытия и легирующих элементов покрываемой стали. Установлена и теоретически обоснована возможность одновременного нанесения м н ого ком понентных покрытий из одной жидкометаллической ванны и влияние природы элементов покрытия, состава покрываемой стали, насыщающей среды и режимов металлизации на состав, структуру и свойства многокомпонентных покрытий. Установлено явление блокирования как объемной, так и поверхностной диффузии карбидообразующш элементов углеродом покрываемой стали, а при многокомпонентном насыщении - блокирование

диффузии и некарбидообразующих элементов покрытия, если хотя бы один из элементов покрытия является карбидообразутощим.

5. Выявлено наличие 3-х стадий в механизме формирования диффузионных покрытий на базе карбидообразующих элементов, и установлена зависимость длительности и полноты протекания двух последних стадий диффузионного взаимодействия, а также состава, структуры и свойств покрытий от соотношения величин диффузионных потоков углерода и элементов покрытия.

6. Оценено влияние диффузионной металлизации на состав, структуру и свойства приграничных с покрытием слоев покрываемой стали, а также на покрываемый материал в целом, и предложены пути устранения негативного влияния этих слоев изменений в структуре основы на работоспособность покрытых изделий.

7. Проведен анализ причин изменения геометрических размеров и шероховатость поверхности изделий после диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, и дана оценка влияния режимов диффузионной металлизации и природы элементов покрытия на эти параметры покрытых изделий.

8. Создана программно-математическая модель, обеспечивающая возможность компьютерного прогнозирования фазового и химического составов покрытий и кинетики го: формирования, а также оптимизации режимов металлизации с учетом условий эксплуатации изделий и совмещения процесса металлизации с термической обработкой покрытых изделий.

9. Установлено влияние типа инструментальных сталей на кинетику формирования покрытий, их состав, структуру и свойства. Оптимизированы, с учетом вида инструмента и условий его работы, составы покрытий, обеспечивающих повышение работоспособности инструмента.

10. Установлено влияние титановых и никельсодержащих покрытий на свойства инструментальных сталей и стойкость режущего, штампо-вого инструмента, пресс-форм для литья под давлением и специального инструмента, испытывающего агрессивное воздействие рабочей среды.

Практическая ценность работы

- создана концепция повышения стойкости режущего, штампового и специального инструмента диффузионной металлизацией инструмента в среде легкоплавких жидкометаллических растворов за счет изменения механических, физико-химических свойств его поверхностных слоев;

- предложена технология диффузионной металлизации инструмента и рекомендованы составы покрытий на базе карбида титана и никельсодер-жащих покрытий, обеспечивающие повышение износостойкости, теплостойкости, трещиностойкости, коррозионной стойкости в электролитах и расплавах металлов, жаростойкости;

- созданы компьютерные программы, обеспечивающие возможность прогнозирования состава покрытий и кинетики их формирования, а также оптимизации режимов металлизации с учетом условий эксплуатации изделий и совмещения процесса металлизации с термической обработкой покрытых изделий.

- даны рекомендации по выбору покрытий, материала инструмента, насыщающей среды, режимов металлизации и финишной обработки в соответствии с видом инструмента и условиями его работы;

- разработано оборудование и оптимизирован технологический процесс, обеспечивающий возможность использования технологии диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов в серийном и массовом производствах.

Реализация научно-технических результатов работы р промышленности

На заводе «Балтийский Машиностроительный Инструментальный завод» в г.Санкт-Петербурге организован участок диффузионной металлизации инструмента, на котором производится диффузионное титанирова-ние ручных ножовочных полотен и полотен для электролобзиков и пресс-форм для вулканизации резиновых изделий, а также нанесение диффузионных никель-медных и никель-хромовых покрытий на пресс-формы для литья под давлением алюминиевых сплавов. Использование диффузионной металлизации для. повышения работоспособности инструмента позволило повысить стойкость ножовочных полотен от 2 до 10 раз, стойкость пресс-форм - в 4,7 раза.

На предприятии ООО «Нефтемаш», производящем роликовые ножи, опорные оси, размывочные сопла, опоры для гидроперфораторов стволов нефтяных скважин, внедрены технологии диффузионной металлизации по технологиям, разработанным в данной диссертационной работе. Диффузионная металлизация роликовых ножей и опорных осей позволила значительно снизить вероятность аварийного разрушения этих изделий, повысить производительность процесса перфорации скважин в 2 - 3 раза и период стойкости роликовых ножей в среднем в 2,5 раза.

Результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, внедрены и используются на предприятии 00(3 «Екатеринодар Бизнес», занимающимся перфорацией стволов нефтяных скважин. Экономический эффект от внедрения разработок на данный момент составил один миллион пятьсот тысяч рублей. Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 10 конференциях, в том числе на 8 международных конференциях: - Коррознопно-механическая прочность материалов АЭС. СПб.: 1996.

- Инновации в машиностроении. Пенза. 2004. С. 12-15.

- World Automobile Congress FISITA. Barcelona, Spain, 2004.

- Proceeding of International Conference. Mechanika.2006

- The ninth international conference "Material in design,manufacturing and operation of nuclear power plantequipm ent" 6-8 June , 2006.

- 9-й Международной практической конференции - выставке «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». 2007

- «Прочность и долговечность сварных конструкций в тепловой и атомной энергетике» Санкт-Перетбург, 2007

- 5-th, Internñionale Tagung und Europaische Tagung fur Wärmebehandlung 2007

Публикации результатов работы

Общее количество публикаций 85. По материалам диссертации опубликовано 40 печатные работы, из них 7 работ опубликованы в реферируемых изданиях, 1 монография, 12 патентов, авторских свидетельств на изобретения, 4 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит и:; введения, девяти глав, рекомендаций, заключения, основных выводов, библиографического списка и приложений: Содержит 354 страниц основного текста, включая 85 рисунков и 8 таблиц. В приложениях помещены компьютерные программы и акты внедрения результатов работы. Библиографический список включает 227 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении рассмотрена актуальность и изученность проблемы использования диффузионной металлизации для повышения работоспособности инструмента различного назначения, а также сформулированы возможные

варианты изменения свойств поверхностных слоев инструмента, обеспечивающие повышение его стойкости. Приведены: перечень проведенных в работе исследований и работ, научная новизна, практические результаты исследований, положения, выносимые ни защиту.

В главе 1 проведен анализ путей и технологии повышения стойкости инструмента. Рассмотрены причины потери работоспособности режущего инструмента, штампового инструмента холодного и горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, а также инструмента, испытывающего агрессивное воздействие обрабатываемого материала и рабочей среды. Проанализированы свойства инструментальных лштериалов, непосредственно влияюгцах на стойкость инструмента и качество обработки, а также рассмотрены основные группы применяемых в настоящее время инструментальных сталей, особенности их легирования и применяемость. На основании проведенного анализа сформулированы требования к инструментальному материалу в целом и к механическим, физико-химическим свойствам поверхностных слоев инструмента.

Проведен анализ эффективности существующих способов повышения работоспособности стального инструмента за счет химико-термической обработки элементами внедрения, борироваиием, сульфоциа-нированием, сульфоазотированием и др. способами, а также методами химического и физического осаждения покрытий и диффузионной металлизации. Проведенный анализ показал, что диффузионная металлизация, обеспечивающая возможность не только повышать твердость поверхностных слоев, но и изменять в заданном направлении физико-химические и механические свойства инструмента - наиболее эффективный путь повышения его работоспособности. При этом наиболее рационально для повышения работоспособности инструмента применять диффузионную металлизацию из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. С целью прогнозирования возможности использования данной технологии для по-

вышения работоспособности инструментальных сталей был проведен анализ -имеющихся сведений о составе, структуре и свойствах диффузионных покрытий, получаемых при насыщении сталей такими металлическими элементами как: А1, Ве, В, ¡V, N1, Мо, 77, О.

На основании проведенного анализа сделаны выводы о возможности и эффективности использования диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, сформулированы цель и задачи исследований.

В главе 2 Рассмотрены технологии и оборудование, обеспечивающие реализацию способа диффузионной металлизации стальных изделий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. Представлена и описана разработанная автором установка (патент N.¡2293791) для диффузионной металлизации изделий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, обеспечивающая возможность совмещения диффузионной металлизации и термической обработки покрываемых изделий, а также установка для очистки изделий от. следов расплава и проведения отпуска (патент №2310699). Разработанный комплекс оборудования позволил организовать диффузионную металлизацию изделий в промышленном масштабе, решить вопросы экологии и экономии материальных и энергетических ресурсов. Схемы установок представлены на рисунках 1 и 2

Рисунок 1. Схема установки для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, 1- нижняя камера; 2 -верхняя камера для ТО; 3 -затвор; 4 - нагреватели; 5 - стол; б - ваггиа с расплавом; 7 - экраны; 8 -подвижный экран; 9 - вакуумная магистраль; 10 - вентиль; 11 -магистраль подачи инертного газа; 12 - вентиль; 13 - механизм привода затвора; 14 - подвижный шток; 15 -

покрываемые изделия; 16 - згцрузочный .шок; 17 - вакз'умная магистраль; 18 - вентиль; 19 - магистраль подачи инертного газа; 20 - вентиль; 21 - система циркуляции; 22 -

теплообменник; 23 - насос.

"i ' !

Рисунок 2 Установка для очистки покрытых изделий от следов расплава термо-химико-механическим способом. 1 - корпус; 2 - емкость; 3 -щелочной расплав; 4 - канал; 5 - емкость для сбора свинца; 6 - сливной канал; 7 - затвор; 8 - нагреватель основной; 9 - нагреватель емкости для свинца; 10 -крышка.; 11 - шток; 1:2 - очищаемое изделие.

4-

i

Материалы и образцы. Нанесе-" ние покрытий осуществлялось на стали с раз-

личным содержанием углерода и с различной степенью легирования. Покрытия наносились на армко-железо, углеродистые стали; сталь СтЗ -ГОСТ380, стали 10,45 - ГОСТ 1050, У8, У13А - ГОСТ 1435, на мало и-среднелегированные стали: ЗОХГСА, 50ХНМ, 12ХНЗМА - ГОСТ 4543, ШХ15 - ГОСТ 2590, высоколегированные .стали 4Х5МФС, Х6ВФ, Х12МФ - ГОСТ 5950, 12Х18Н10Т, 40X13 - ГОСТ 5949, быстрорежущие стали Р18, Р9, Р6М5 - ГОСТ 19265. Для нанесения покрытий использовались как образцы для определения механических характеристик на растяжение, удар, усталостную прочность и вязкость разрушения, так и инструменты: пресс-формы, штампы, фрезы, сверла, резцы, ножовочные полотна, метчики и др.

Методики исследования свойств покрытий и покрываемого материала, Исследование свойств покрытий после диффузионной металлизации проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ21905-74, предъявляемым к изделиям, прошедшим химико-термическую обработку. Исследования включали: металлографические исследования - определение толщины покрытий, их микротвердости (ГОСТ 9450 - 76) и характера ее из-

менения по покрытию, изучение структуры покрытия и покрываемого материала, микрорентгеноспектральный анализ, рентгенофазный структурный анализ. Микрорентгеноспектральный анализ (изучение концентрационного распределения элементов в покрытии) осуществлялся на микроанализаторе «Camebax micro», оснащенном энергодисперсионным спектрометром «INCA ENERGY 350», при энергии электронов зонда 15 кэВ. Локальность определения - 2 мкм. Фазовый состав по толщине диффузионного слоя определялся методом рентгенофазного структурного анализа на дифрактометре ДРОН - УМ2.

Оценка влияния, диффузионной металлизации на размеры изделий проводили на инструментальном микроскопе МИР-2, а на шероховатость их поверхностей - на профилографе-профилометре модели 201. Исследования механических свойств сталей с покрытиями и без покрытий осуществлялись по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТ9013, ГОСТ1497, ГОСТ9454, ГОСТ2860. Величина и распределение остаточных напряжений в покрытиях определялись на разработанной ав7ором установке (а.с. №9940909). Вязкость разрушения К|С и скорость роста трещин оценивались путем испытаний дисковых образцов с щелевыми концентраторами напряжений при внецентренном растяжении.

Коррозионные и коррозионно-механические испытания. Испытания на стойкость к сероводородному коррозионному растрескиванию проводились по методике МСКР - 01 -85 и стандарту NACE ТМ 0177-96.

Методики определения эксплуатационных свойств инструментальных сталей. Оценка влияния диффузионной металлизации на стойкость инструмента проводилась путем натурных испытаний, в результате которых период стойкости режущего инструмента определялся по изменению остроты режущего лезвия инструмента, износу передней и главной задней режущих поверхностей, а также для ножовочных полотен - по потере производительности процесса распиловки (ГОСТ6645-86).

Стойкость пресс-форм к образованию трещин разгара определяли количеством запрессовок до появления трещин разгара на рабочих поверхностях пресс-форм, а также следов эрозионного износа. Стойкость пресс-форм, применяемых для вулканизации резин, оценивалась по количеству запрессовок до появления необходимости переполировки. Работоспособность роликовых ножей перфораторов стволов нефтяных скважин исследовалась путем сравнительных натурных испытаний на скважинах и испытательном стенде.

В главе -3 проведен анализ физико-химических процессов, протекающих при диффузионной металлизации из среды легкоплавких растворов, и факторов, влияющих на механизм формирования покрытий. Оцределено влияние транспортного расплава на процесс формирования и свойства покрытий. Произведен выбор транспортного расплава. Оценено влияние природы диффундирующего элемента, его взаимодействия с транспортным расплавом и основными элементами покрываемого материала на процесс получения покрытий и их свойства. Проведен анализ особенностей механизмов формирования покрытий на сталях на базе некарбидообра-зующих и карбидообразующих элементов. Рассмотрены особенности формирования комбинированных многокомпонентных покрытий. Так, в частности, определены факторы, вл-ияющие на возможность получения покрытий и их качество, сформулированы основные требования, предъявляемые к транспортному расплаву, диффундирующему элементу, а также к режимам диффузионной металлизации - температуре, времени выдержки изделий в расплаве, форме циклов «нагрев - выдержка - охлаждение» и их количеству.

Проведена оценка влгтния состава транспортного расплава на процесс формирования и свойства покрытий. Выполнен выбор оптимального состава транспортного расплава для диффузионной металлизации сталей в открытых ваннах. Установлено, что для получения на изделиях

качественных, бездефектных покрытий при использовании технологии нанесения покрытий в открытых жидкометаллических ваннах рационально использовать РЬ, РЬ+Ш расплавы с добавлением 2-5% Бп или 0,75% Ц.(А.С. №1504286, №1772215). Наличие в транспортном расплав Бп и 1л, помимо повышения качества покрытий, позволяет сократить длительность и энергетические затраты на металлизацию.

Бп и 1л обеспечивают транспортному расплаву появление в нем самофлюсующих свойств, увеличение его смачивающей способности, способности к растеканию по покрываемой поверхности и капиллярное течение. Возможность самофлюсования оценивается по изменению изобарных потенциалов:

дг=дгМео + дгР - (дгР0 + Д2МС) (1)

где МеО - окисел металла; Р - раскисли'гель.

Изобарно-изотермический потенциал образования окислов Ел, равный при температуре 1000°С - 427,9 кДж/г-атом, по абсолютной величине превышает А2 образования окислов основных легирующих элементов сталей. Активирующая способность Бп при введении его в РЬ и РЬ+В1 расплавы связана с повышенной растворимостью в нем железа и кислорода по сравнению со свинцом и висмутом.

Растекание расплава по покрываемой поверхности оценивалась коэффициентом растекания

к = О (0080- 1), (2)

где к. - коэффициент растекания; ст - поверхностное натяжение; собВ - коэффициент смачивания.

Введение лития или олова в транспортный расплав снижает поверхностное натяжение и угол смачивания. ГТричем, при введении олова такое снижение имеет линейный характер.

Адсорбционная способность транспортного расплава, которая в работе' оценивалась из уравнения Гиббса (3.3), при введении в него Бп н Ы

также возрастает, что связано с уменьшением поверхностного натяжения расплава.

где Г - избыток растворенного элемента покрытия в поверхностном слое;

Я - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура;С -концентрация растворенного элемента покрытия; а - поверхностное натяжение.

Возможность и механизм формирования покрытий, их состав, структура и свойства зависят от характера взаимодействия элементов покрытия с основным и легирующими элементами покрываемого материала, Как было установлено в результате проведенных исследований, определяющее влияние на механизм формирования покрытий, а также состав, структуру и свойства покрытий оказывает характер взаимодействия элементов покрытия с углеродом стали. Некарбидообразующие элементы оттесняют углерод вглубь покрываемого изделия и не оказывают влияние на кинетику формирования покрытий. При этом покрытие представляет собой продукт взаимодействия элементов покрытия и элементов покрываемого материала, за исключением тех легирующих элементов, которые, так же как углерод, не взаимодействуют с элементами покрытия.

При нанесении покрытий на стали на базе карбидообразующих элементов наблюдается явление блокирования углеродом стали диффузии элементов покрытия вглубь изделия, связывание их в карбиды, что на порядок снижает скорость роста покрытий и делает длительные выдержки при металлизации неэффективными. При этом, на интенсивность этого блокирования оказывают влияние: исходное количество углерода в поверхностных слоях покрываемой стали, природа и количество легирующих элементов в ней, температура и длительность процесса металлизации. Увеличение количества углерода в стали ведет к росту степени блокирования

(3)

и увеличению содержания в покрытии карбидной фазы. Карбидообразую-щие легирующие элементы стали, при значительном их количестве, снижают блокирующее действие углерода и количество карбидной фазы в покрытии. Снижению блокирующего действия углерода и количества карбидной фазы в покрытии способствует увеличение температуры и длительности процесса металлизации.

В результате изучения и анализа механизма формирования покрытий из среды легкоплавких растворов установлено, что механизм формирования покрытий на базе карбидообразующих элементов в корне отличается от механизма формирования покрытий на базе некарбидообразующих элементов (рисунок 3).

Рнсунок 3. Схема процесса формирования диффузионных покрытий из среды легкоплавких растворов на базе карбидообразующих элементов.Mei - элемент покрытая; Meo - транспортный расплав; Ме;> - материал изделия; j i о - поток элемента покрытия в транспортном расплаве; j 1.2 • поток элемента покрытия в покрытии; j |.-ец -поток железа в транспортном расплаве; j™. ре - поток железа в покрытии; j*. .,ег - поток легирующих элементов в транспортном расплаве; j .,с|.2 - поток легирующих элементов в покрытии; jc.o - поток углерода в транспортном расплаве; jo: - поток углерода в покрытии.

Адсорбированный слой Карбидный слой

Ме,

Обезуглероженный слой .Твердорастворный слой

При формировании покрытий на базе карбидообразующих элементов диффузионное взаимодействие элементов покрытия и покрываемого материала протекает в две стадии. Первая стадия характеризуется интенсив- : ной диффузией углерода из приповерхностных слоев покрываемой стали к адсорбированному слою, приводящая к образованию 'Слоя, содержащего карбиды элементов покрытия, и обезуглероженного рлоя материала изделия под покрытием. Вторая стадия - диффузия карбидообразующих элементов вглубь изделия, приводящая к образованию слоев, состоящих из продуктов их взаимодействия с железом и легирующими элементами покрываемой стали. Данная стадия наступает при появлении дефицита углерода в покрытии, либо при температуре процесса металлизации, превышающей температуру, выше которой не происходит образование карбидов.

Установлено, что полнота и интенсивность протекания стадий, наблюдаемых при диффузионной металлизации сталей карбидообразующи-ми элементами, определяется соотношением величин диффузионных потоков углерода]с.2 и элемента покрытиячто позволяет прогнозировать состав и свойства покрытий. Так, если:

1- .М.2 5 ,]с.2 - диффузионное взаимодействие в покрытии характеризуется полным блокированием углеродом покрываемой стали диффузии элемента покрытия вглубь изделия;

2. 3,2 > ]С 2 - диффузионное взаимодействие в покрытии характеризуется частичным блокированием углеродом покрываемой стали диффузии элемента покрытия вглубь изделия, в результате чего формирующееся при данных условиях покрытие является двухфазным;

3- .Ь.2 *>,-> ]с.2 - данный вариант диффузионного взаимодействия возможен, если карбидообразующий элемент имеет очень высокую диффузионную подвижность, и (или) в стали исходно находится малое количество углерода. Вторая стадия диффузионного взаимодействия в этом случае отсутствует.

Величины диффузионных потоков могут быть определены с использованием уравнений диффузии, при условии учета переменности концентрации углерода в приповерхностных слсях покрываемой стали.

л/10я а дх

где йи - коэффициент диффузии элемента покрытия в материале изделия; ВС2 - коэффициент диффузии углерода в покрываемой стали к адсорбированному слою элемента покрытия.

£С2=--- —\xciC (6)

" 2г ¿С \ V ;

где С - концентрация углерода; х - время насыщения.

При диффузионной металлизации из среды легкоплавких растворов возможно одновременное нанесение покрытий на базе нескольких элементов. Так, автором разработаны способы одновременного получения на сталях никель-медных (пат.№2271265) и никель-хромовых (пат. №2312164) покрытий. Исследования характера и механизма формирования данного вида покрытий показали, что при одновременном насыщении сталей несколькими металлическими элементами состав, структура и свойства покрытий зависят от характера взаимодействия элементов покрытия с элементами покрываемой стали. Так, если даже только один из элементов покрытия является карбидообразующим, то, также как и при однокомпонентном насыщении, углерод стали может оказывать блокирующее действие на диффузию вглубь покрываемой стали как самого кар-бидообразующего элемента, так и некарэидообразующих элементов. Например, при нанесении никель-хромовых покрытий при температуре 1000°С образующиеся в покрытии карбиды хрома блокируют диффузию вглубь изделия и хрома, и никеля. Степень блокирования определяется термической стабильностью карбидной фазы и снижается или полностью устраняется при высоких температурах металлизации.

При формировании многокомпонентных покрытий на базе некар-бидообразующих элементов углерод стапи не оказывает влияния как на состав, так и на кинетику формирования покрытий. Состав покрытий определяется характером взаимодействия элементов покрытия между собой и с железом покрываемой стали. Вследствие того, что коэффициенты диффузии элементов покрытия и железа имеют различную зависимость от температуры, варьированием температуры процесса металлизации можно менять состав покрытий. Так, при нанесении никель-медных покрытий на сталь повышение температуры металлизации приводит к уменьшению содержания меди в покрытии.

В главе 4 рассмотрено влияние диффузионной металлизаг(ии на состав, структуру и свойства металлизируемого материала, на геометрические размеры изделий, на шероховатость и дефектность покрываемой поверхности. Проведен выбор материала покрытий, обеспечивающих повышение работоспособности стального инструмента.

Анализ состояния покрываемого материала после диффузионной металлизации из среды легкоплавких растворов позволил заключить, что влияние диффузионной металлизации проявляется в двух направлениях. Во-первых, это изменение состава приповерхностных слоев покрываемого материала, во-вторых, это изменение структуры покрываемого материала

Изменение состава приповерхностных слоев в сталях проявляется в перераспределении в них углерода и легирующих элементов. При нанесении карбидообразующих элементов происходит обезуглероживание слоев основного материала в непосредственной близости от покрытий. При этом, степень обезуглероживания основного материала под покрытием определяется природой элемента покрытия, режимами процесса металлизации (температура, время), наличием в нем карбидообразующих легирующих элементов и их количеством, а также их природой. При нанесении некар-бидообразующих элементов углерод оттесняется из зоны образования по- _

крытий, и под покрытием формируется слой, обогащенный углеродом, что способствует повышению твердости и прочности этих слоев. Изменение содержания легирующих элементов в слое под покрытием может идти по пути как снижения степени легирования этих слоев, так и ее повышения. Снижение степени легирования связано с диффузией легирующих элементов в покрытие и (или) с их уносом транспортным расплавом (встречный изотермический перенос). Такое обеднение влияет на механические, физико-химические свойства этих слоев, в частности, на их упрочнение при закалке и коррозионную стойкость. Легирующие элементы, не образующие с элементами покрытий твердых растворов или химических соединений, наоборот оттесняются покрытиями вглубь основного материала, за счет чего под покрытием образуется слой, обогащенный этими элементами'.

Термическое воздействие, которое испытывает покрываемый материал при диффузионной металлизации, приводит к структурно-фазовым изменениям, происходящим в нем, которые зависят от степени легирования покрываемой стали, от температуры процесса, его длительности, цикличности процесса, а также от скорости охлаждения покрытого изделия. Нагрев покрываемых изделий в процессе металлизации может использоваться для их термической обработки, поэтому оптимизацию температуры металлизации рационально вести и исходя из условия совмещения металлизации с термической обработкой.

Как показали исследования, диффузионная металлгсзации из среды легкоплавких растворов может приводить как к увеличению геометрических размеров, так и к их уменьшению. Изменение размеров изделий при данной металлизации может быть описано равенством:

А1=Д1«1 +Д1диф- А1ун.+ А1Т0 (7)

Где Д11Щ- адсорбционный прирост; Д1д„ф-диффузионный прирост;

Д1У„ - изменение размеров вследствие уноса элементов транспортным расплавом; Д1Т0 - прирост от термической обработки.

При этом диффузионный прирост равен:

Д1диф. = А1з.ф. + Д1э.к + А1ат.об + Д1гг.фи (8)

Где Д1Э-К - прирост обусловленный эффектом Киркендала; Д1гф -прирост обусловленный эффектом Френкеля; Д1ат.оз. - изменения атомных объемов; Д1ст.фаз - прирост от структурно-фазовых превращений. Изменения размеров покрываемого изделия зависят от состава среды насыщения, природы элементов покрытия, состава покрываемой стали и режимов металлизации.

Влияние диффузионной металлизация на шероховатость поверхности, как показали исследования, при проведении ее по оптимальным режимам, приводит к ее уменьшению (рисунок 4).

При этом степень изменения шероховатости поверхности зависит от состава транспортного расплава, природы элементов покрытия, состава покрываемого материала и режимов металлизации. Элементы, образующие с покрываемым материалом твердые растворы, в большей степени снижают шероховатость поверхности и обеспечивают залечивание дефектов и трещин на поверхности изделия. К таким элементам относится N1 (рисунок 5).

Яа, мкм

___Рис. 1-исходная шерохо

Рисунок 4. Изменение параметра Я» в зависимости от режима диффузионного никелирования.

1-исходная шероховатость; 2-1000°С, 5час.; 3- N1, 1100"С, 5час.;4-№, 1100°С, 20 час.

Рисунок 5.Микроструктура стали

СтЗ

с никель-хромовым покрытием.

И00°С, 30 мин. Х500.

Элементы, образующие с покрываемым материалом химические соединения, не обеспечивают залечивание дефектов вследствие блокирования их поверхностной диффузии элементами, вступающими с ними во взаимодействие. При нанесении покрытий на базе карбидообразующих элементов _уг-лерод стали также, как и при формировании покрытий, оказывает блокирующее действие на поверхностную диффузию элементов покрытий, что отрицательно сказывается на шероховатости покрытой поверхности и на уменьшении ее дефектности.

Совместный анализ причин потери работоспособности инструмента и свойств диффузионных покрытий позволил сформулировать пути повышения стойкости инструмента и производительности прогресса обработки, а также рекомендовать составы покрытий.

1-й путь - повышение износостойкости инструмента за счет создания на поверхности инструмента диффузионных покрытий на безе карбидообразующих элементов. Рекомендуемый элемент покрытия - титан-,

2-й путь — повышение теплопроводности поверхностных слоев инструмента, что способствует снижению температуры рабочих поверхностей инструмента. Рекомендую двухкомлонентные никель-медные покрытия1,

3-й путь - при воздействии на инструмент динамических, циклических механических нагрузок или термоциклирования рекомендуется повышение вязкости и трещиностойкости рабочих поверхностей инструмента за счет на несения на инструмент двухкомпонентные никель-медные и никель-хромовые покрытия;

4-й путь - повышение сопротивляемости инструментального материала к взаимодействию с обрабатываемым материалом и воздействию рабочей среды. Рекомендуются титановые, никель-медные, никель-хромовые покрытия.

Более конкретный выбор определяется свойствами среды и механическим воздействием на инструмент.

В главе 5 исследован процесс формирования титановых покрытий на сталях с различным содержанием углерода и легирующих элементов. Проанализировано влияние на кинетику формирования покрытий и на их состав, структуру и свойства природы и состава насыщающей среды, состава покрываемой стали, режимов процесса металлизации и предварительной цементации. Проведена оптимизация режимов диффузионного титанирования и режимов термической обработки- инструмента, подвергнутого диффузионному титанированию. Оценено влияние диффузионного титанирования на механические свойства и коррозионную стойкость сталей.

Установлено, что определяющее влияние на механизм формирования, состав, структуру и свойства покрытий на базе титана, при правильно выбранном транспортном расплаве Pb+Bi или Pb+Bi+Li, с 3%Ti оказывают количество углерода в покрываемой стали и температура процесса. При формировании титановых покрытий на армко-железе титановое покрытие состоит из твердых растворов и интерметаллидных соединений TiFej, TiFe (рисунок 6). При появлении в покрываемом материале углерода в покрытии образуются карбиды титана TiC> Количество TiC с увеличением коли-

чества углерода в стали растет. На высокоуглеродистых сталях оно может состоять только лишь из карбидов (рисунок 7). Такие покрытия обладают высокой твердостью до 30000 МПа, но и высокой хрупкостью, что отрицательно сказывается на работоспособности покрытого инструмента.

Однако, как было установлено, количество карбидной фазы в покрытии можно уменьшать за счет варьирования температурой металлизации, что позволяет регулировать свойства покрытий. Наилучшей износостойкостью обладают покрытия, в которых помимо карбидов титана присутствует титановая связка. В соответствии с этим в работе была проведена оптимизация режимов титанирования для различных марок инструментальных сталей.

Недостатком титанирования, как способа повышения износостойкости инструмента, является то, что под покрытием образуется мягкий обезуглероженный слой. Вследствие наличия этого слоя под действием контактных напряжений титановое покрытие может продавливаться и разрушаться. Для исключения этого явления автором рекомендуется перед титанированием изделия подвергать предварительной кратковременной высокотемпературной цементации (Паг. №2293792). В этом случае карбидный слой будет формироваться не за счет углерода стали, а углерода, полученного сталью после цементации.

Рисунок б. "П покрытие на армко-железе, 1000°С, 5 час. хЗОО

Рисунок 7. Т1 покрытие на стали У10 1130°С, 30 мин. хЗОО

В работе установлено, что происходит изменение механических свойств материала изделий после титанирования как при статическом, так и при динамическом и циклическом нагружениях. При этом степень влияния титанирования на механические свойства покрытого материала зависит от элементного и фазового состава покрытий, их строения, толщины этих покрытий, а также от структуры покрываемого материала и состава его приповерхностных слоев. Обезуглероженный слой под покрытием вызывает падение и предела прочности покрытого материала в среднем на 20 -30 %. Устранение обезуглероженного слоя за счет проведения предварительной цементации обеспечивает повышение прочностных характеристик титанированной стали. Рост зерна и укрупнение карбидных фаз приводят к падению как характеристик прочности, так и пластичности покрытых сталей. Влияние самих покрытий на механические свойства титанированных сталей определяется количеством з них карбидной фазы. Чем больше карбидов титана формируется в покрытии, тем большей хрупкостью обладают эти покрытия и покрытый материал в целом.

Установлено, что нанесение титановых покрытий на стали приводит к повышению их стойкости к электрохимической коррозии в кислых и щелочных средах, а также к коррозии в жидкометаллических расплавах. В главе 6 рассматриваются процессы формирования никелевых, никель-медных и никель-хромовых покрыт ий. Исследовано влияние природы и состава насыщающей среды, состава покрываемой стали и режимов металлизации на механизм формирования, состав, структуру и свойства покрытий, особенности процесса нанесения никельсодержащих покрытий на инструментальные стали. Проведены оптимизация и выбор параметров процесса нанесения никедьсодержащих покрытий на инструментальные стали. Выявлены особенности термической обработки инструмента после нанесения покрытий. Проведена оценка механических и физико-химических свойств инструментальных сталей с никельсодержащими покрытиями, а

также анализ влияния .никельсодержащих покрытий на стойкость режущего инструмента.

Установлено, что наиболее эффективно нанесение никельсодержащих покрытий производить из расплава системы РЬ+Ы. При нанесении никелевых покрытий оптимальный состав транспортного расплава 96,25%РЬ + 0,75%1л + 3%№ атм.мас., никель-медкых - 86,25%РЬ + 0,75%1л + 3%№ + 10%Си атм.мас, никель-хромовых - 93,25%РЬ + 0,75%1л + 3%№ + 3%Сг атм.мас.

Никелевые и никель-медные покрытия состоят из твердого раствора элементов покрытия и покрываемой стали (помимо железа в состав покрытия входят легирующие элементы, обладающие растворимостью с № и Си) (рисунок 8, 9).

Углерод стали не оказывает влияния на кинетику формирования покрытий и их состав и оттесняется вглубь покрываемого материала, что приводит к повышению его концентрации под покрытием. Кремний стали, также как углерод, оттесняется вглубь изделия. Никелевые и никель-медные покрытия имеют невысокую твердость, которая зависит от степени легирования покрываемой стали (Л.Э. повышают твердость).

Х12МФ. Х500

Твердость никель-медных покрытий в результате пластического деформирования мод нагрузкой возрастает почти в 3 раза, что обеспечи-

Рисунок 8. Микроструктура N1 покрытия. №+Си, Сталь 10. Ючасов. XI00

Рисунок 9. Микроструктура покрыт. 1000°С Сталь

вает им высокую износостойкость. Никель-медные покрытия обладают высокой теплопроводностью (Ям+си = 210 Вт/м-К,) и стойкостью к адгезионному схватыванию.-Концентрация меди в никель-медном покрытии зависит от температуры процесса, что позволяет регулировать состав пбкры-тия.

Никель-хромовые покрытия по своему строению и механизму формирования отличаются от никелевых и никель-медных покрытий, и эти отличия связаны со взаимодействием хрома с углеродом стали.

Концентрация, %

т

ряссппмнв от помрхноот, мим "хром -*-железо ■♦•никель жольфржм

Рисунок 10. Распределение элементов в никель-хромовом покрытии на стали Х6ВФ и микроструктура стали Х6ВФ с покрьпием. 1000°С, 2 часа. х500.

При формировании данных покрытий на сталях покрытия могут быть однослойными и двухслойными.

Элементный и структурно-фазовый состав никель-хромовых покрытий зависит от температуры процесса металлизации и содержания углерода в стали. При температурах металлизации ниже 1000°С в поверхностных слоях покрытия формируется слой, состоящий из карбидов хрома, блокирующий диффузию хрома и никеля вглубь покрываемого изделия (рисунок 10). Покрытия в этом случае формируются на базе карбида хрома СГ7С3. Карбидный слой покрытия имеет высокую твердость, порядка 16000 МПа, и содержит малое количество никеля. Под покрытием происходит образование обезуглероженного слоя. Повышение температуры ме-

таллизации приводит к уменьшению количества карбидной фазы вплоть до ее исчезновения, и увеличению содержания в покрытии Ni.

Установлено, что никельсодержащие покрытия повышают статическую, усталостную прочность, вязкость разрушения и циклическую трещиностойкость, а также обеспечивают покрытым изделиям высокую стойкость к электрохимической коррозии, к коррозии в сероводородсо-держащих средах, в жидких литейных сплавах и полностью защищают их от коррозионного растрескивания. Так, например, у стали Х12МФ с Ni+Cr покрытиями скорость коррозии снижается на два порядка с 3 мм/год до 0,03 мм/год. Никель-медные покрытия:, обладающие высокой теплопроводностью, снижают тепловую нагруженность инструмента, так температура на передней поверхности резца на расстоянии 0,1 мм от режущего лезвия, за счет наличия на его поверхности никель-медного покрытия, снизилась = на 200°С.

В главе 7 рассматривается программно-математическое прогнозирование состава покрытий и оптимизация режимов диффузионной металлизации

Для прогнозирования влияния режимов металлизации на состав, свойства и кинетику формирования покрытий, а также для создания возможности подбора режимов, обеспечивающих заданные свойства покрытий, на языке программирования С++, с использованием метода кусочной кубической интерполяции многочленами Эрмита были разработаны компьютерные программы, позволяющие в числовом и графическом виде определять основные (отвечающие за работоспособность) свойства покрытий. Для титановых покрытий была разработана программа (свид. о per. №2007613513), позволяющая определять количество карбидной фазы в них в зависимости от количества углерода в покрываемой стали и температуры процесса металлизации. Для никель-медных покрытий были разработаны две программы. Первая программа (свид. о per. №2007613572) позволяет определять режимы процесса металлизации - температуру и

длительность при заданной толщине покрытия, вторая (свид. о per. №2007613656) - прогнозировать изменение состава покрытия в зависимости от температуры металлизации и подбирать режим металлизации по требуемым свойствам покрытия. С помощью программы, разработанной для никель-хромовых покрытий (свид. о per. №2007613512), возможно прогнозирование содержания в покрытии хрома, никеля и железа в зависимости от режимов металлизации. На рисунках 11, 12 представлены интерполяционные поверхности, устанавливающие, соответственно, зависимость, толщины Ni+Cu покрытий от режимов

время процесса, час

Рисунок 11. Интерполяционная поверх. Ni+Cu

gai О.з 0.В 0.0 0.8 Температура С - концентрации углерода.Ч

Рисунок 12. Интерполяционная поверхность TiC

металлизации, и количества Т1С в 11 покрытии в зависимости от температуры процесса и содержания углерода в покрываемой стали. В главе 8 рассмотрены результаты сравнительных опытно-промышленных испытаний режущего, штампового инструмента, пресс-форм для литья под давлением алюминиевых сплавов, а также роликовых ножей и их опорных осей, применяемых для перфорации стволов нефтяных скважин.

Влияние титановых покрытий на работоспособность режущего инструмента оценивалась путем сравнительных испытаний неперетачиваемого режущего инструмента - ручных ножовочных полотен, полотен для электролобзиков, напильников, надфилей (рнсунок 13). Эти исследования по-

казали повышение стойкости инструмента за счет наличия на его поверхности титанового покрытия в зависимости от обрабатываемого материала от 2 до 12 раз.

Нанесение титановых покрытий на пресс-формы, применяемые для вулканизации СКФ резин, обеспечило повышение их стойкости по сравнению с гальваническим хромированием в 2,5 раза.

Падение производительности, %

ню

о нрлтиюв. ик. -»-«тли VIII

-^-(Читрирмжуишм игиль "Сишишк" ■~~Аыс1рараигу1Ш1я игап/. "'Ф/ыит'я " -и!ил>. Х6ПФ Пап ппармг.ш

— икль ЭДПф Т1Пи>ЮИ>Ш |1|>|фМТН11

Рисунок 13.Зависимость падения производительности процесса распиловки от количества пропилов.

Рисунок 14. Стойкость пресс форм 1 -без покрытия; 2-№; 3-№+Сг.

Оценка влияния никельсодержащих покрытий на стойкость пресс-форм, применяемых для литья под давлением, проводилась путем сравнительных ресурсных испытаний пресс-форм с никель-хромовыми, никелевыми покрытиями и без покрытий (рис.14). №+Сг покрытия повышают разгаросгойкость в 4,7 раза, обеспечивают пресс-формам высокую стойкость к эрозионному изнашиванию и исключают налипание литейного сплава на пресс- форму.

Работоспособность роликовых ножей перфораторов нефтяных скважин с никель-медными покрытиями (пат. №62654) и их опорных осей с никель-хромовыми покрытиями оценивалась путем проведения стендовых и натурных испытаний на скважинах Когалымского нефтяного месторождения. Нанесение никельсодержащих покрытий обеспечило исключение

аварийного хрупкого разрушения как ножей, так и осей, а также увеличение периода стойкости инструмента в 2 раза при одновременном увеличении скорости перфорации до 3-х раз.

Даны рекомендации по технологии диффузионной металлизации, в частности по проведению подготовительных, основных операций, а также операций по формированию окончательных свойств покрытых изделий.

Предложены советы по рациональному использованию диффузионной металлизации для повышения работоспособности режущего, штампо-вого инструмента для холодного и горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, инструмента, применяемого в нефтедобывающей промышленности. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что диффузионная металлизация из среды легкоплавких жидкометаллических растворов может эффективно использоваться для повышения стойкости стального режущего, штампового инструментов и инструмент, и инструментов, испытывающих агрессивное воздействие рабочей среды. В частности:

- повышение стойкости режущего и штампового инструмента, испытывающего интенсивный износ и высокие контактные напряжения, может быть достигнуто за счет его диффузионного титанирования в расплаве РЬ+В1+1л+'П после предварительной цементации при режимах, обеспечивающих формирование на поверхности инструмента слоев, содержащих карбиды элементов покрытия и твердый раствор элемента покрытия с элементами материала инструмента, выполняющий функцию связки;

- повышение стойкости режущем инструмента, качества и производительности процесса резания при обработке цветных сплавов, прерывистом резании, а также разгаростойкости штампов и пресс-форм для литья под давлением может быть получено за счет нанесения на инструмент никель-медных покрытий из расплава 'РЬ+и+М+Си, обеспечивающих

снижение температуры рабочих поверхностей инструмента, снижение адгезионного схватывания с обрабатываемым материалом и повышение их трещиностойкости.

- никель-медные и никель-хромовые покрытия обеспечивают значительное повышение стойкости инструмента, эксплуатирующегося в агрессивных рабочих средах, они исключают общую коррозию инструмента и его коррозионное растрескивание под нагрузкой. Никель-хромовые покрытия эффективное средство повышения разгаростойкости и стойкости к эрозионному износу пресс-форм для литья под давлением.

2. Установлено, что определяющее влияние на состав, структуру и свойства покрытий, формирующихся в среде легкоплавких растворов, а также работоспособность изделий (инструмента) с покрытиями оказывают: природа элементов покрытия, состав среды насыщения, температура и длительность процесса металлизации, а также состав покрываемой стали. При металлизации стали карбидообразующими элементами, в частности, титаном, хромом наблюдается явление блокирования углеродом стали их диффузии, а также некарбидообразующих элементов покрытия вглубь покрываемого изделия. Анализ этого явления позволил сократить длительность процесса металлизации до 10-30 минут.

3. Выявлено, что при формировании покрытий в процессе металлизации на базе карбидообразующих элементов образующийся под покрытием обезуглероженный слой, имеющий пониженную твердость, может отрицательно влиять на работоспособность инструмента, вследствие этого перед нанесением покрытий изделия (инструмент) должны подвергаться кратковременной высокотемпературной цементации.

4. Выявлено, что при металлизации сталей некарбидообразующими элементами состав, структура и свойства покрытий не зависят от содержания углерода в стали, а определяются характером диффузионного взаимодействия элементов покрытия с железом и легирующими элементами покры-

ваемой стали. При отсутствии взаимодействия элементов покрываемой стали с элементами покрытия наблюдается оттеснение элементов стали вглубь изделия.

5. Установлено, что при металлизации в открытых жидкометаллических ваннах могут быть использованы только лишь свинцовые, свинцово-висмутовые расплавы, имеющие температуру кипения выше температуры металлизации. Получение бездефектных диффузионных покрытий на сталях, а также сокращение длительности процесса металлизации из среды легкоплавких растворов обеспечивает введение в транспортный расплав лития в количестве 0,75%масс. или олова 2...5%масс.

6. Выявлено, что большое влияние на состав, структуру и свойства покрытий оказывает температура процесса. Так, при титанировании при низких температурах процесса 950...100СРС карбидные слои могут быть получены даже на малоуглеродистых сталях. При повышении температуры металлизации количество карбидной фазы в покрытиях уменьшается, что позволяет получать твердые износостойкие, но не хрупкие покрытия даже на высокоуглеродистых инструментальных сталях. При нанесении никель-медных покрытий повышение температуры процесса приводит к уменьшению концентрации в покрытии меди, а при формировании никель-хромовых покрытий уменьшается концентрация хрома. Такая зависимость состава и структуры покрытий от температуры процесса позволяет в широком диапазоне изменять состав, структуру и свойства покрытий.

7. Установлено, что диффузионная металлизации в среде легкоплавких растворов обеспечивает возможность совмещения с ней термической обработки инструмента, что значительно сокращает длительность общего технологического процесса и затраты на его осуществление. При этом необходимо проводить оптимизацию режимов металлизации с учетом термического воздействия меташтционного нагрева на структуру покрываемой стали.

8. Разработанное автором технологическое оборудование, позволяет совмещать диффузионную металлизацию с термической обработкой материала изделий, производить их отпуск и очистку от следов расплава. Такое технологическое оборудование может использоваться в промышленности.

Список публикаций по теме работы.

1. Соколов А.Г. Повышение, трещиностойкости и долговечности диффузионным насыщением поверхностных слоев стальных деталей // Циклическая прочность и повышение несущей способности изделий: Тез. докл. науч.-гехн. конф. Урала. - Пермь, ¡981. - С. 107-108.

2. Соколов А.Г., Иванова Т.И. Расчет параметров трещиностойкости композиционных сплавов, получаемых после проведения ХТО и других видов поверхностного упрочнения// Малоцикловая усталость -механика разрушения. Живучесть и материалоемкость конструкций: Тез. докл. Науч.-техн. конф. сентябрь 1983 г. -Краснодар, 1983. - С.55

3. A.c. №994909 СССР, МКИ3 В 23 К 1/00. Устройство для определения остаточных напряжений / М.И.Чаевский, А.Г. Соколов (РФ) -№3241859/25-27; Заявлено 26.01.81; Опублик. 07.02.83, Бюл. № 5 - 2 с.

4. A.c. №994171 СССР, МКИ3 В 23 К 1/00. Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов / М.И.Чаевский, А.Г. Соколов - №3241859/25-27; Заявлено 26.01.81; Опублик. 07.02.83, Бюл. № 5.-2 с.

5. Иванова Т.И., Соколов А.Г. Поведение конструкционных металлических материалов под нагрузкой. —Л.: ЛМИ, 1984. -64с.

6. A.c. 1338988 СССР, МКИ3 В 23 К 1/00. Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, В.В.Соколов, В.Я.Поручиков - №4016535/31-27; Заявлено 31.01.86;

Опублик. 23.09.8.7, Бюл. № 35. - 2 с.

7. A.c. 1505698 СССР, МКИ3 В 23 К1/00. Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, A.B. Сивенков - №4286394/31-27; Заявлено 20.07.87; Опублик. 07.09.89, Бюл. №33.-2 с.

8. Покрытия для деталей машиностроения / Т.И.Иванова,

а. А.Г.Соколов, С.К.Конев, А.В.Сивенков.-Л.:ЛМИ, 1989. -89с.

9. Новый способ сварки режущего инструмента из разнородных материалов с одновременным нанесением покрытия, / Соколов А.Г., Иванова Т.И., Куркрва О.П., Сивенков A.B. - JI.: ЛДНТП, ,1989. - 20 е., ил..

10.A.c. 1504286 СССР, МКИ3 С23 СЮ/22, Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, A.B. Севенков - №428182/31-02; Заявлено 04.05.87; Опублик. 30.08.89, Бюл. №32.-2 с.

1 l.A.c. 1772215 СССР, МКИ3 С23 СЮ/22. Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, A.B. Сивенков - №4928593/02; Заявлено 30.10.91; Опублик. 30.10.92, Бюл. №40.-2 с.

12.Соколов А.Г. Исследование защитных свойств никельсодержаших диффузионных покрытий в кислой сероводородной среде // Коррози-онно-механическая прочность материалов АЭС: Тез. докл. Науч.-техн. Конф. СПб.: 1996. С.22-21. 1 З.Соколов А.Г. Новые технологии повышения работоспособности инструмента // Научный журнал «Труды КубГТУ», - Краснодар: Ку-бан.гос.технол.ун-т, 2004,- Т.ХХ,- Сер.: Механика и машиностроение. - Вып. 2. С.223-227. 14.Пат. №2271265 РФ, МПК В23В 27/00(2006.01) Инструмент для обра-

ботки металлов резанием и давлением / А.Г.Соколов, В.П.Артемьев, Е.Г.Соколов, А. А.Чалов.(РФ) - 4с.

15. Пат. №2293792 МПК С23С 12/00. Способ повышения износостойкости стальных изделий / А.Г.Соколов, В.П.Артемьев (РФ). - Заявлено 04.07.05; Опубл. 20.02.07, Бюл. №5 - 4с.

16.Пат. №2293791 РФ, МПК С23С 10/22 (2006.01) . Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов / А.Г.Соколов, В.П. Артемьев (РФ) - Заявлено 29.08.05; Опубл. 20.02.07, Бюл. №5 - 4 с.

17. Пат. №2310699 РФ, МКИ7 С23 й 1/28 (2006.01.). Способ очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов и устройство для его осуществления / А.Г. Соколов,- В.П. Артемьев (РФ) - Заявлено 12.10.05; опубл. 20.11.07,Бюл. 32-4 с.

18.Пат. №2312164 РФ, МПК С23 С 2/08 (2006.01). Способ нанесения покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов (РФ) - Заявлено 02.05.06; опубл. 10.12.2007, Бюл. №34. '

19. Соколов А.Г. Диффузионная металлизация в среде легкоплавких расплавов как способ повышения стойкости инструмента // Научная мысль Кавказа,- 2006.-№1,- С. 159-168.

20.Соколов А.Г. Влияние состава транспортного расплава на процесс формирования покрытий при диффузионной металлизации из среды жидкометаллических растворов // Научная мысль Кавказа.- 2006.-№2,-С.165-175.

21.Соколов А.Г. Диффузионное титанирование из среды легкоплавких жидкометаллических растворов как способ повышения стойкости инструментальных сталей // Научная мысль Кавказа.- 2006.-№6,- С.233-242.

22.Соколов А.Г. Особенности процесса формирования диффузионных ти-

тановых покрытий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на инструментальных сталях // Научная мысль Кавказа.- 2006.-№7,- С.258-267.

23. Sokolov A. Influence of Nature of Metal Elements Dissolved in Lead Melt on Mechanism of their Diffusion Interaction with Steel Placed into Lead Melt // Proceeding of International Conference. Mechanika.2006.- P. 320323.

24. Sokolov A. Impact of carbide phases to diffusion processes proceeding within steel-lead melt contact zone containing titanium // The ninth international conference "Material in design,manufacturing and operation of nuclear power plantequipm ent" 6-8 June , 2006 St. Petersburg p.175-176

25. Sokolov A., Artemyev V., Sokolov E., Chalov A., Kobzeva S. Features of nickel, copper and chrome isothermic transport from liquid-metal lead melts at steel, and diffusion of such elements into steel // The ninth international conference "Material in design,manufacturing and operation of nuclear power plantequipm ent" 6-8 June, 2006 St. Petersburg p. 173-174

26.Чалов A.A., Артемьев В.П., Соколов А.Г., Соколов Е,Г. Упрочнение режущих накатных роликов гидромеханических скажинных перфораторов методом химико-термической обработки //«Нефтегазовое дело» - Уфа, 2006. http:ogbus.ru/authors/ Chalov/Chalov_l.pdf

27. Соколов А.Г., Артемьев В.П., Чалов А.А. Исследование защитных свойств никельсодержащих диффузионных покрытий, получаемых при диффузионной металлизации стальных изделий, в сероводородных средах//«Нефтегазовое дело» - Уфа, 2006. http:ogbus.ru/authors/ Sokolov/Sokolov_l ,pdf

28.Артемьев В.П., Соколов А.Г., Чалов А.А., Соколов Е.Г., Макарова И.В. Кинетика формирования медно-никелевых диффузионных покрытий на сталях // Инновации в машиностроении.: Тез.докл.науч.-тех.конф. -

Пенза. 2004. С. 12-15.

29. Соколов А.Г., Артемьев В.II. Повышение работоспособности инструмента методами диффузионной металлизации. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2006. 228 е.: ил.

30.Соколов А.Г., Артемьев В.П. Влияние технологических факторов и химического состава сталей на структуру и свойства диффузионных никельсодержащих покрытий // МиТО.- 2007, №4.С. 38 - 42.

31. Соколов А.Г. Артемьев В.П. Диффузионная металлизация как способ повышения работоспособности инструмента // 13 кн. Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, оборудования, инструмента и технологической оснастки. ЧастьН. - СПб.: Изд-во Политехи. Ун-та, 2007. С. 208-217.

32.Пат. №62654 РФ, МКИ7 С23 G 1/14. Режущий инструмент для гидромеханических скважинных перфораторов / Соколов А.Г., Артемьев

B.П., Соколов Е.Г., Чалов A.A. (РФ) - Заявлено 20.12.2006; Опубл. От 27.04.07, Бюл. №12.

33.Соколов А.Г., Тимофеев Б.Т. Влияние введения добавок лития и олова на свойства свинцовых и свинцово-висмутовых расплавов И Вопросы материаловедения,- 2007. - № 3. С.293-300.

34.Соколов А.Г., Артемьев В.П. Влияние диффузионной металлизации в среде легкоплавких растворов на коррозионное растрескивание конструкционных сталей // Вопросы материаловедения.- 2007. - № 3.

C.286-292.

35.Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007613513 от 20.08.07. Программа прогнозирования содержания карбида титана в диффузионных титановых покрытиях / А.Г.Соколов, В.П. Артемьев, Д.А. Соколов.

36.Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ

№2007613656 от 27.07.07. Программа прогнозирования состава никель-медных покрытий в зависимости от режимов диффузионной металлизации / А.Г. Соколов, В.П. Артемьев, Д.А. Соколов

37. Свидетельство об официальной регистрации программы для- ЭВМ №2007613512 от 20.08.07. Программа прогнозирования состава никель-хромовых покрытий в зависимости от режимов диффузионной металлизации / А.Г. Соколов, В.П. Артемьев, Д.А. Соколов

38.Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007613572 от 22.08.07Программа прогнозирования толщины никель-медных покрытий в зависимости от режимов диффузионной металлизации / А.Г. Соколов, В.П. Артемьев, Д.А. Соколов.

39. Соколов А.Г., Тимофеев Б.Т. Влияние введения добавок лития и олова на свойства свинцовых и свинцово-висмутовых расплавов// Прочность и долговечность сварных конструкций в тепловой и атомной энергетике: Тез. докл. Науч-техн. Конф. 25-27 сентября 2007г. - СПБ, 2007. -С.89.

40.Соколов А.Г., Артемьев В.П. Влияние диффузионной металлизации в среде легкоплавких растворов на коррозионное растрескивание конструкционных сталей // Прочность и долговечность сварных конструкций в тепловой и атомной энергетике; Тез. докл. Науч-техн. Конф. 25-27 сентября 2007г. - СПБ, 2007. - С.88 .

2007504272

Приписано в печать /¿,¿>3, Объем 2,75 печ. л. Зак. Тираж 100 экз. Типография КубГТУ. 3500.58. Краснодар, Старокубанская 88/4

2007504272

Введение

Глава 1. Анализ путей и технологий повышения работоспособности инструмента.

1.1 Стойкость инструмента. Причины потери работоспособности инструмента. Критерии работоспособности инструмента

1.1.1 Режущий инструмент

1.1.2, Инструмент; для обработки давлением 3 О

1.2 Свойства инструментальных материалов, влияющие на работоспособность инструмента

1.3 Анализ применимости сталей для режущего и штампового инструмента. Состав и свойства инструментальных сталей

1.4 Повышение работоспособности стального инструмента за счет химико-термической обработки (ХТО) и нанесения покрытий.

1.5 Диффузионная металлизация из среды легкоплавких растворов. 57 1.5.1 Анализ технологии и технологического оборудования

Интенсификация производства, применение новых технологий обработки и автоматизированных систем предъявляют все более высокие требования к стойкости и надежности инструмента, поэтому проблема повышения стойкости инструмента является актуальной практически для всех сфер производства, начиная от машиностроения (металлообработка) и кончая пищевой промышленностью. В соответствии с этим, проблема повышения стойкости режущего и штампового инструмента в целом и, в частности, наиболее распространенного стального инструмента является, актуальной.

Основными причинами выхода из строя инструмента и форм являются: механический износ, потеря твердости, выкрашивание рабочих поверхностей, растрескивание инструмента, коррозионные поражения его от воздействия рабочей среды, обрабатываемого или формируемого материала. Износ связан с механическим воздействием обрабатываемого материала и окружающей среды на инструмент. Потеря твердости: является следствием- самоотпуска инструментального материала; от нагрева, вызывающего' изменение его структурно-фазового состояния, а выкрашивание рабочих поверхностей; возникновение хрупкого* разрушения, образование трещин разгара и тому подобных явлений связаны с недостаточной вязкостью инструментального материала и особенно проявляются при динамических, циклических нагрузках и термоциклировании.

Анализ этих причин определяет пути возможного повышения, работоспособности инструментального материала. Для повышения стойкости к механическому износу необходимо повышение твердости материала, однако повышение твердости должно идти в разумных пределах, так как высокая твердость может вызвать хрупкость, а, следовательно, повышается возможность выкрашивания рабочих поверхностей инструмента, которое будет вызывать еще более интенсивный износ. Потеря твердости чаще всего связана с изменением структурно-фазового состояния материала инструмента, его нагрева в процессе работы до температуры, превышающей температуры структурных и фазовых превращений. Снизить температуру на рабочей поверхности инструмента, а, следовательно, повысить его стойкость возможно путем увеличения теплопроводности материала инструмента. Уменьшить склонность инструментального материала к выкрашиванию, и трещинообразованию возможно только лишь повышением его вязкости.

Таким образом, для создания идеального инструментального материала необходимо сочетание не сочетаемых, на первый взгляд, свойств. Так, повышение твердости - стойкости к износу, вызывает увеличение склонности материала к хрупкому разрушению, а повышение термостабильности структуры - теплостойкости, требующее повышения степени- легирования инструментальных сплавов, приводит, чаще всего, к снижению его теплопроводности, а это вызывает уменьшение интенсивности отвода тепла от рабочих поверхностей.

Выйти из возникающего тупика позволяет то, что работоспособность инструментального и других материалов очень часто определяется свойствами поверхностных слоев, которые можно регулировать с помощью нанесения соответствующих покрытий за счет применения химико-термической« обработки (ХТО). Оценке возможности этого регулирования и разработке технологий, позволяющих изменять свойства поверхностных слоев инструмента в заданном направлении - повышения стойкости инструмента, а также оценке влияния поверхностного легирования, происходящего после ХТО инструмента, на его свойства, и посвящены данные исследования:

Выбор применяемых технологий ХТО для- повышения^ стойкости инструмента, а также выбор диффундирующего элемента или» элементов; за счет которых происходит легирование поверхностных слоев, зависят от типа инструмента, его назначения и условий его работы. При этом можно выделить следующие возможные варианты способов воздействия ХТО на материал инструмента:

- для повышения износостойкости инструмента необходимо создание на поверхности инструмента диффузионных слоев, обладающих очень высокой твердостью, а, следовательно, износостойкостью;

- для снижения влияния нагрева, возникающего в процессе обработки, на механические свойства инструментального материала, и недопущения-структурно-фазовых превращений в инструменте от этого нагрева ХТО должна обеспечивать образование на поверхности инструмента диффузионных слоев, обладающих высокой теплопроводностью, что способствует снижению температуры инструмента в зоне обработки; при воздействии на' инструмент динамических, циклических механических нагрузок или термоциклирования ХТО должна обеспечивать формирование на поверхности инструмента слоев, повышающих вязкость и-трещиностойкость инструмента; *

- для инструмента, испытывающего в процессе работы агрессивное воздействие среды, диффузионное легирование должно обеспечивать формирование на поверхности инструмента коррозионностойких, жаростойких, покрытий, покрытий, стойких к воздействию жидких металлов. р

В настоящее время наряду с оптимизацией легирования-инструментальных сталей, термической обработки для-повышения стойкости инструмента все шире начинает применяться ХТО. Используемые в настоящее время технологии ХТО в основном направлены на повышение износостойкости инструмента за счет создания на его поверхности слоев с очень высокой твердостью. С этой целью инструмент подвергается цементации, азотированию, нитроцементации, сульфоцианированию, борированию, оксидированию, диффузионному хромированию и т.д.[1, 2, 8-12, 14-5, 14-58]. Однако для комплексного решения вопроса повышения стойкости инструмента недостаточно этих традиционных технологий, чтобы ХТО могла обеспечить воздействие по всем вышеперечисленным вариантам, необходима многокомпонентная диффузионная металлизация.

Диффузионные металлические покрытия - наиболее распространенный способ повышения работоспособности изделий из конструкционных материалов и сплавов в различных эксплуатационных условиях, особенно для защиты от воздействия агрессивных сред. Это объясняется их высокой плотностью, хорошей совместимостью покрытий с основным материалом, так как при диффузионной металлизации происходит легирование материала изделия элементом покрытия с образованием твердых растворов, переходных соединений. Эти предпосылки, а также то, что при диффузионной металлизации за счет взаимной диффузии элементов покрытия и элементов основного материала могут образовываться покрытия, содержащие твердые карбидные соединения, упрочняющие и стабилизирующие структуру, интерметаллидные соединения, свидетельствуют о возможности использования диффузионной металлизации для повышения стойкости инструмента. Однако, несмотря на вышеперечисленное, диффузионная металлизация для повышения стойкости инструмента используется весьма ограниченно (в основном диффузионное хромирование), что объясняется неотработанностью технологий диффузионной металлизации и малой изученностью влияния диффузионной металлизации на свойства инструментальных сталей.

Теоретические и практические положения, касающиеся ХТО в целом и диффузионной металлизации в частности, освещены в основополагающих работах ведущих ученых Б.Н.Арзамасова, В.И.Архарова, Н.С.Горбунова, Г.Н.Дубинина, Г.В.Земскова, В.М.Зинченко, М.Г.Карпмана, Я.Д.Когана, Ю.М.Лахтина, Л.С.Ляховича, А.Н.Минкевича, Д.А.Прошкина. Вопросы, касающиеся кинетики формирования покрытий, описания диффузионных процессов при получении покрытий, их работоспособности, наиболее полно отражены в работах ученых В.П.Артемьева, В.Т.Борисова, Я.Е.Гегузина, К.П.Гурова, БЛ.Лобова, А.П.Мокрова, М.И.Чаевского, В.Ф.Шатинского, Г.В.Щербединского.

Основными параметрами, определяющими эффективность диффузионной металлизации, являются состав, структура, толщина, концентрационное распределение элементов по покрытию, а также изменения в составе, структуре и свойствах основного материала, происходящие при диффузионной металлизации. Эти параметры зависят от способов диффузионной металлизации, от природы диффундирующего или диффундирующих элементов и режимов процесса металлизации. При этом способ диффузионной металлизации чаще всего определяет свойства и качество получаемых покрытий. Среди способов диффузионной металлизации наиболее эффективным для повышения стойкости инструмента является способ нанесения покрытий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. Данная технология^ позволяет получать покрытия на инструменте самой сложной конфигурации, при наличии на нем острых кромок, малых отверстий. При этом образующиеся покрытия, характеризуются равномерностью по толщине, стабильностью состава, свойств и высоким качеством; Технология диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов является промышленнореализуемой: При наличии оборудования, разработанного автором, возможно совмещение'процесса нанесения покрытий с термической обработкой, регулировка качества получаемых покрытий, минимизация затрат и длительности процесса, и использование данного способа в серийном и массовом способах производства. Все это» определило применение данной технологии для повышения стойкости инструмента.

Технологический процесс диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов основан на явлении' изотермического, селективного переноса элементов покрытия, растворенных в легкоплавком расплаве, на поверхность изделия с последующим диффузионным взаимодействием элементов покрытия1 с основным материалом изделия. Легкоплавкий расплав в данной технологии выполняет функцию промежуточной транспортной среды и сам не диффундирует в объем насыщаемого металла.

В настоящее время многие вопросы, касающиеся диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, недостаточно изучены. Сюда относятся вопросы, касающиеся- выбора транспортного расплава, элемента покрытия, кинетики формирования покрытий, влияния покрытий и термического воздействия на материал изделия, возникающего при диффузионной металлизации, на работоспособность изделия, а также вопросы оптимизации режимов диффузионной металлизации, последующей термической обработки и создания эффективного технологического оборудования для реализации данной технологии в промышленности.

При этом использование технологии диффузионной металлизации из среды, легкоплавких жидкометаллических растворов для повышения стойкости инструментальных сталей добавляет свои вопросы и проблемы, связанные со сложным характером взаимодействия элементов покрытия с инструментальными сталями и целенаправленностью формирования свойств, которыми должны обладать инструментальные стали: износостойкостью, теплостойкостью, трещиностойкостью и другими вышеперечисленные свойства.

Цель диссертационной работы — создании теоретических и технологических основ, процесса и механизмов диффузионной металлизации инструментальных сталей из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, и разработка на этой основе способов и технологий повышения стойкости инструмента различного назначения.

Диссертационная работа сосредоточена на решении проблемы повышения стойкости режущего и штампового инструмента, качества, точности, производительности процесса обработки и его эффективности за счет формирования на рабочих поверхностях инструмента диффузионнонасыщенных металлическими элементами слоев, обладающих заданными физико-механическими свойствами.

Исследования были направлены на разработку путей и технологии повышения стойкости, режущего и штампового инструмента методами диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов,: а также на изучение процессов, протекающих при диффузионной металлизации сталей,- факторов, влияющих на эти процессы, изучение механизмов формирования покрытий: и влияния диффузионной металлизации на свойства;, геометрию, качество изделий и разработку на основании этих исследований состава покрытий, технологии их нанесения и технологического оборудования.

В диссертационной работе применены современные методы исследований: металлографический, . микрорентгеноспектральный, рентгеноструктурный, микродюрометрический анализы со статистической обработкой данных, исследования, механических, коррозионно-механических характеристик сталей с покрытием и без покрытий,, а также оценка работоспособности полученных покрытий в условиях воздействия повышенной температуры, коррозионного воздействия обрабатываемых материалов и-рабочей среды, опытно-промышленные и натурные испытания .

В первой главе диссертационной работы проведен анализ причин потери работоспособности- режущего, штампового инструмента, применяемого для холодной и горячей обработки давлением, для пресс-форм для литья под давлением, инструмента испытывающего агрессивное воздействие' рабочей среды и обрабатываемого» материала. Проведен анализ состава сталей, применяемых для данных видов: инструмента, современных технологий поверхностного упрочнения, инструмента ХТО, физических и физико-химических методов осаждения химических элементов или соединенийОбзор имеющихся сведений о свойствах металлических покрытий, наносимых на стали методом диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов. Поставлена цель и сформулированы задачи исследований.

Во второй главе описано оборудование, применяемое для диффузионной металлизации инструмента и формирования его окончательных свойств. Дан перечень материалов, на которых проводились исследования. Описаны методики проведенных анализов, лабораторных.и натурных испытаний.

В третьей главе проведен анализ факторов, влияющих на процесс формирования покрытий; определено влияние этих факторов на кинетику формирования; покрытий; их состав, структуру и свойства. Выявлены особенности механизма формирования покрытий на базе некарбидообразующих и карбидообразующих элементов, одно и многокомпонентных покрытий на инструментальных сталях.

В> четвертой главе: исследовано влияние диффузионной металлизации- на механические свойства покрываемых" сталей, на геометрические размеры инструмента и на. качество рабочих поверхностей': инструмента: Сформулированы возможные пути повышения стойкости инструмента различного- назначения диффузионной' металлизацией; проведен выбор; элементов покрытий:

В пятой главе: приведены; результаты исследований формирования титановых покрытий на инструментальных сталях различных;: классов, выявлено? влияние концентрации углерода; легирующих элементов покрываемой стали,! их природы, а также условий и параметров процесса титанирования на состав, структуру и свойства покрытий и покрываемую сталь. Проведен выбор и оптимизация; параметров процесса титанирования, оценено влияние титанирования .на механические и коррозионно-механические свойства сталей.

В- шестой главе приведены результаты, исследований формирования никелевых, никель-медных и никель-хромовых покрытий на инструментальных сталях различных классов, выявлено отсутствие влияния углерода покрываемой стали на процесс формирования никелевых и никель-медных покрытий и зависимость состава, структуры и свойств никель-хромовых покрытий от концентрации углерода в покрываемой стали. Установлено влияние условий и параметров процесса нанесения никельсодержащих покрытий на состав, структуру и свойства покрытий и покрываемую сталь. Проведен выбор и оптимизация параметров процессов нанесения никельсодержащих покрытий, оценено влияние этих покрытий на механические и коррозионно-механические свойства сталей.

В седьмой главе проведена разработка компьютерных программ, позволяющих прогнозировать параметры титановых, никель-медных и никель-хромовых покрытий и их состав в зависимости от режимов металлизации и фазового и химического состава покрываемой стали.

В восьмой главе приведены результаты опытно-промышленных испытаний и примеры применения металлизации для повышения работоспособности инструмента различного назначения.

В девятой главе даны рекомендации по технологии диффузионной металлизации инструментальных сталей и по использованию металлизации для повышения работоспособности инструмента.

В заключении работы осуществлен анализ проведенных исследований и сформулированы основные выводы

В приложении представлены акты использования результатов диссертационной работы в промышленности, акты опытно-промышленных испытаний, компьютерные программы.

Разработанные в диссертационной работе технологии и технологическое оборудование обладают мировой новизной и защищены 13 авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Научная новизна работы 1. Предложены и теоретически обоснованы возможные пути, а также составы диффузионных металлических покрытий и технология их нанесения из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, обеспечивающие повышение работоспособности режущего, штампового инструмента, пресс-форм для литья под давлением и специального инструмента, испытывающего агрессивное воздействие рабочей среды.

2. Разработана металловедческая концепция диффузионной металлизации сталей в открытых легкоплавких жидкометаллических ваннах, устанавливающая влияние состава насыщающей среды, режимор металлизации, природы элементов покрытия, а также состава покрываемой стали и природы ее легирующих элементов на кинетику формирования покрытий, а также на их состав, структуру и свойства. В частности:

- с формулированные основные положения позволяющие оценивать возможность формирования покрытий с заданными свойствами и проводить оптимизацию процесса;

- установлено влияние состава жидкометаллические ванны, а также введения в него лития и олова на процесс и кинетику формирования покрытий и их качество;

- установлено определяющее влияние характера взаимодействия элементов покрытия с углеродом стали и режимов диффузионной металлизации на кинетику формирования покрытий, их состав, структуру и свойства;

- определено влияние природы легирующих элементов покрываемой стали, в частности, их сродства с углеродом, и характера их взаимодействия с элементами покрытия и жидкометаллической ванной на кинетику формирования покрытий, на их параметры, состав, структуру и свойства, установлена селективность во взаимодействии элементов покрытия и легирующих элементов покрываемой стали.

3. Установлена и теоретически обоснована возможность одновременного нанесения многокомпонентных покрытий из одной жидкометаллической ванны и влияние природы элементов покрытия, состава покрываемой стали, насыщающей среды и режимов металлизации на состав, структуру и свойства многокомпонентных покрытий.

4. Установлено явление блокирования как объемной, так и поверхностной диффузии карбидообразующих элементов углеродом покрываемой стали, а при многокомпонентном насыщении - блокирование диффузии и некарбидообразующих' элементов покрытия, если хотя- бы один из элементов покрытия является карбидообразующим.

5. Выявлено наличие 3-х стадий в механизме формирования диффузионных покрытий на базе карбидообразующих элементов, и установлена зависимость длительности и полноты протекания двух последних стадий диффузионного взаимодействия, а также состава, структуры и свойств покрытий от соотношения величин диффузионных потоков углерода и элементов покрытия.

6. Оценено влияние диффузионной металлизации на состав, структуру и свойства приграничных с покрытием слоев покрываемой стали, а также на покрываемый материал в целом, и предложены пути устранения негативного влияния этих слоев и изменений в структуре основы на работоспособность покрытых изделий.

7. Проведен анализ причин изменения геометрических размеров и шероховатости поверхности изделий после диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, и. дана оценка влияния режимов диффузионной металлизации и природы элементов покрытия на эти параметры- покрытых изделий.

8. Создана программно-математическая модель, обеспечивающая возможность компьютерного- прогнозирования фазового и химического составов покрытий и, кинетики их формирования, а также оптимизации режимов металлизации с учетом условий эксплуатации изделий и совмещения процесса металлизации с термической обработкой покрытых изделий.

9. Установлено влияние типа инструментальных сталей на кинетику формирования покрытий, их состав, структуру и свойства. Оптимизированы, с учетом вида инструмента и условий его работы, составы покрытий, обеспечивающих повышение работоспособности инструмента.

10. Установлено влияние титановых и никелъсодержащих покрытий на свойства инструментальных сталей и работоспособность режущего, штампового инструмента, пресс-форм для литья под давлением и специального инструмента, испытывающего агрессивное воздействие рабочей среды.

Практическая ценность работы

- создана концепция повышения стойкости режущего, штампового и специального инструмента диффузионной металлизацией инструмента в среде легкоплавких жидкометаллических растворов за счет изменения механических, . физико-химических свойств его поверхностных слоев;

- предложена технология диффузионной металлизации инструмента и рекомендованы составы покрытий на базе карбида титана и никельсодержащих покрытий, обеспечивающие повышение износостойкости, теплостойкости, трещиностойкости, коррозионной стойкости в электролитах и расплавах металлов, жаростойкости;

- оптимизированы состав насыщающей среды, режимы нанесения покрытий на базе карбида титана и никельсодержащих покрытий, а также виды и режимы термической обработки покрытых инструментальных сталей;

- созданы компьютерные программы, обеспечивающие возможность прогнозирования состава покрытий и кинетики их формирования, а также оптимизации режимов металлизации с учетом условий эксплуатации изделий и совмещения процесса металлизации с термической обработкой покрытых изделий.

- даны рекомендации по выбору покрытий, материала инструмента, насыщающей среды, режимов металлизации и финишной обработки в соответствии с видом инструмента и условиями его работы;

- разработано оборудование и оптимизирован технологический процесс, обеспечивающий возможность использования технологии диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов в серийном и массовом,производствах.

В работе защищаются:

- концепция повышения работоспособности инструмента различного назначения за счет его диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов;

- металловедческая концепция формирования диффузионных покрытий на сталях на базе карбидообразующих и некарбидообразующих элементов', концепция формирования многокомпонентных диффузионных покрытий, а также влияния насыщающей среды, состава покрываемой стали и режимов диффузионной металлизации на состав, структуру и свойства покрытий, получаемых в среде легкоплавких жидкометаллических растворов;

- теоретические и технологические положения об управлении процессом формирования одно и многокомпонентных покрытий, их составом, структурой и свойствами;

- теоретические и технологические положения о влиянии на- процесс формирования покрытий введения- в транспортный расплав добавок лития, олова и особенностях металлизации в открытых жидкометаллических ваннах;

- результаты исследований и модель механизма формирования покрытий на сталях карбидообразующими и некарбидообразующими элементами

- теоретические и технологические положения о влиянии покрытий и термического воздействия, сопутствующего процессу нанесения покрытий, на покрываемый материал, а также термической обработки инструмента, подвергнутого диффузионной металлизации, обеспечивающей формирование заданных свойств материала инструмента;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований влияния диффузионной металлизации на геометрические размеры покрытых изделий и шероховатость их поверхностей;

- способ получения на инструментальной стали износостойких покрытий на базе карбида титана;

- способ нанесения на стали бездефектных диффузионных покрытий;

- способ нанесения на стали многокомпонентных никельсодержащих покрытий; результаты исследования кинетики формирования и свойств диффузионных покрытий, получаемых на инструментальных сталях различного назначения, из среды легкоплавких жидкометаллических растворов;

- результаты исследования о влиянии диффузионных покрытий на механические, физико-химические и эксплуатационные свойства инструментальных сталей;

- результаты исследований по оценке работоспособности режущего, штампового и специального инструмента с покрытиями на базе карбида титана и с никельсодержащими покрытиями;

- технология повышения работоспособности инструмента за счет покрытий на базе карбида титана;

- технология повышения работоспособности инструмента за счет никельсодержащих покрытий; комплекс технологического оборудования для диффузионной металлизации сталей в среде легкоплавких жидкометаллических растворов, термической обработки, формирования требуемого качества поверхности, позволяющего использовать данную технологию в серийном и массовом производствах.

-методика и компьютерные программы, обеспечивающие возможность прогнозирования состава покрытий и кинетики их формирования. В настоящей работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором и при его участии в Балтийском государственном техническом университете и в Кубанском государственном технологическом университете при выполнении госбюджетных, хоздоговорных НИР и по собственной инициативе. Исследования проводились в соответствии с координационным планом Минвуза СССР и РФ по г/б НИР 4.2.06 -05 и 4.02.06 - 010 «Разработка и освоение новых технологических процессов получения и производства деталей с особыми физико-механическими свойствами.

В 2005г. на конкурсной основе получен гранд государственного фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на проведение НИОКР " Разработка технологии изготовления накатных роликов, применяемых в оборудовании для перфорации нефтяных скважин ".

Автор выражает благодарность коллегам по работе, д.т.н, профессору Ивановой Т.И., научному консультанту заслуженному научному деятелю Кубани, д.т.н., профессору Артемьеву В.П.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что диффузионная металлизация из среды легкоплавких жидкометаллических растворов может эффективно использоваться для повышения работоспособности стального режущего, штампового инструментов и инструмент, и инструментов, испытывающих агрессивное воздействие рабочей среды. В частности:

- повышение работоспособности режущего и штампового инструмента, испытывающего интенсивный износ и высокие контактные напряжения, может быть достигнуто за счет его диффузионного титанирования в расплаве РЬ+В1+1л+гП после предварительной цементации при режимах, обеспечивающих формирование на поверхности инструмента слоев, содержащих карбиды элементов покрытия и твердый раствор элемента покрытия с элементами материала инструмента, выполняющий функцию связки; повышение стойкости режущего инструмента, качества и производительности процесса резания при обработке цветных сплавов, прерывистом резании, а также разгаростойкости штампов и пресс-форм для литья под давлением может быть получено за счет нанесения на инструмент никель-медных покрытий из расплава РЬ+1л+№+Си, обеспечивающих снижение температуры рабочих поверхностей инструмента, снижение адгезионного схватывания с обрабатываемым материалом и повышение их трещиностойкости.

- никель-медные и никель-хромовые покрытия обеспечивают значительное повышение стойкости инструмента, эксплуатирующегося в агрессивных рабочих средах, они исключают общую коррозию инструмента и его коррозионное растрескивание под нагрузкой. Никель-хромовые покрытия эффективное средство повышения разгаростойкости и стойкости к эрозионному износу пресс-форм для литья под давлением.

2. Установлено, что определяющее влияние на состав, структуру и свойства покрытий, формирующихся в среде легкоплавких растворов, а также работоспособность изделий (инструмента) с покрытиями оказывают: природа элементов покрытия, состав среды насыщения, температура и длительность процесса металлизации, а также состав покрываемой стали. При металлизации стали карбидообразующими элементами, в частности, титаном, хромом наблюдается явление блокирования углеродом стали их диффузии, а также некарбидообразующих элементов покрытия вглубь покрываемого изделия. Анализ этого явления позволил сократить длительность процесса металлизации до 10-30 минут.

3. Выявлено, что при формировании покрытий в процессе металлизации на базе карбидообразующих элементов образующийся под покрытием обезуглероженный слой, имеющий пониженную твердость, может отрицательно влиять на работоспособность инструмента, вследствие этого перед нанесением покрытий изделия (инструмент) должны подвергаться кратковременной высокотемпературной цементации.

4. Выявлено, что при металлизации сталей некарбидообразующими элементами состав, структура и свойства покрытий не зависят от содержания углерода в стали, а определяются характером диффузионного взаимодействия элементов покрытия с железом и легирующими элементами покрываемой стали. При отсутствии взаимодействия элементов покрываемой стали с элементами покрытия наблюдается оттеснение элементов стали вглубь изделия.

5. Установлено, что при металлизации в открытых жидкометаллических ваннах могут быть использованы только лишь свинцовые, свинцово-висмутовые расплавы, имеющие температуру кипения выше температуры металлизации. Получение бездефектных диффузионных покрытий на сталях, а также сокращение длительности процесса металлизации из среды легкоплавких растворов обеспечивает введение в транспортный расплав лития в количестве 0,75% масс, или олова 2.5% масс.

6. Выявлено, что большое влияние на состав, структуру и свойства покрытий оказывает температура процесса. Так, при титанировании при низких температурах процесса 950.1000°С карбидные слои могут быть получены даже на малоуглеродистых сталях. При повышении температуры металлизации количество карбидной фазы в покрытиях уменьшается, что позволяет получать твердые износостойкие, но не хрупкие покрытия даже на высокоуглеродистых инструментальных сталях. При нанесении никель-медных покрытий повышение температуры процесса приводит к уменьшению концентрации в покрытии меди, а при формировании никель-хромовых покрытий уменьшается концентрация хрома. Такая зависимость состава и структуры покрытий от температуры процесса позволяет в широком диапазоне изменять состав, структуру и свойства покрытий.

7. Установлено, что диффузионная металлизации в среде легкоплавких растворов обеспечивает возможность совмещения с ней термической обработки инструмента, что значительно сокращает длительность общего технологического процесса и затраты на его осуществление. При этом необходимо проводить оптимизацию режимов металлизации с учетом термического воздействия металлизационного нагрева на структуру покрываемой стали.

8. Разработанное автором технологическое оборудование, позволяет совмещать диффузионную металлизацию с термической обработкой материала изделий, производить их отпуск и очистку от следов расплава. Такое технологическое оборудование может использоваться в промышленности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работоспособность инструментов в большинстве случаев определяется свойствами их поверхностных слоев, вследствие этого диффузионной металлизацией инструмента можно значительно повышать его работоспособность. При этом, в отличие от химико-термических обработок, в основе которых лежит либо насыщение поверхности инструмента элементами внедрения, либо нанесение слоев на базе карбидов, нитридов, силицидов, боридов и т.п. соединений, обеспечивающих в основном только лишь повышение их износостойкости, диффузионная металлизация позволяет в более широких пределах изменять механические свойства поверхностных слоев инструмента. Помимо этого, металлизация может обеспечивать повышение коррозионной стойкости инструмента, стойкости к коррозионному растрескиванию, жаростойкости, стойкости к взаимодействию инструмента с обрабатываемым материалом, теплостойкости и других физико-химических свойств инструмента.

Наиболее эффективной технологией для диффузионной металлизации инструмента является технология насыщения его поверхностных слоев в среде легкоплавких жидкометаллических растворов. Данная технология, обладая простотой и универсальностью, позволяет получать однокомпонентные и многокомпонентные покрытия на базе различных металлических элементов, за счет варьирования режимов процесса изменять в широких пределах состав, структуру, параметры и свойства покрытий, получать равномерные покрытия на изделиях сложной конфигурации, совмещать процесс металлизации с термической обработкой материала изделия и т.д.

Свойства покрытий, получаемых после диффузионной металлизации, во многом зависят от природы и свойств элементов покрытия. Однако определяющее влияние на состав и свойства покрытий оказывает комплексное взаимодействие всех элементов процесса металлизации - элемент покрытия, среда насыщения, режимы металлизации, состав покрываемого материала.

Получение качественных, требуемого состава и свойств покрытий возможно лишь при правильном подборе насыщающей среды и режимов процесса металлизации, т.е. состава транспортного расплава, концентрации насыщающих элементов в нем, температуры, длительности и формы цикла процесса металлизации.

При нанесении покрытий в открытых жидкометаллических ваннах наиболее приемлемыми являются свинцовые транспортные расплавы - свинец-литий, свинец-висмут-литий. Присутствие лития в данных транспортных расплавах обеспечивает интенсификацию процесса формирования покрытий, а самое главное - исключает наличие пор в покрытии, непокрытых участков и неравномерности покрытий.

Температура и длительность процесса металлизации при правильном выборе состава среды насыщения определяют состав, структуру, толщину покрытий, а также структуру покрываемой стали и ее состав в слоях, граничащих с покрытием. Помимо этого, от режимов металлизации зависят геометрические размеры изделий, шероховатость и свойства покрытых поверхностей. Температура процесса, наряду с природой элементов покрытия, оказывает влияние и на сам механизм процесса формирования покрытий. Повышением или понижением температуры, а также длительностью и цикличностью процесса металлизации можно в широких пределах изменять состав, структуру и толщину покрытий, изменять свойства покрываемого материала и свойства покрытых поверхностей. Нагрев покрываемых изделий, который необходим для процесса металлизации, может использоваться для термической обработки материала этого изделия. В соответствии с этим оптимизацию режимов процесса металлизации необходимо проводить с учетом их влияния как на процесс формирования покрытий, так и на покрываемый материал, а также возможности использования металлизационного нагрева для проведения термической обработки покрываемых изделий.

При формировании диффузионных покрытий, особенно на базе карбидообразующих элементов, определяющее влияние на состав, структуру и толщину покрытий оказывает состав покрываемой стали. При насыщении поверхностных слоев сталей карбидообразующими элементами или, если хотя бы один из насыщающих элементов является карбидообразующим, углерод стали оказывает блокирующее влияние на диффузию элементов покрытия вглубь покрываемой стали, что в корне меняет механизм формирования покрытий. Степень блокирования углеродом диффузии элементов покрытия зависит от величины свободной энергии образования карбидов этих элементов, т.е. от их сродства с углеродом. Чем меньше величина свободной энергии образования карбидов, тем в большей степени проявляется блокирующее действие углерода.

Блокирующее действие углерода на диффузию элементов покрытия зависит также от температуры процесса металлизации и количества углерода в стали. Если температура металлизации превышает температуру образования и стабильности карбидов элементов покрытия, то блокирующее действие углерода может не проявляться. При малом содержании углерода в стали для блокирующего действия может не хватать углерода.

Активное участие углерода в процессе формирования покрытий на базе карбидообразующих элементов приводит к его интенсивной диффузии из покрываемой стали, что вызывает обезуглероживание под покрытием слоев покрываемого материала.

При нанесении покрытий на базе некарбидообразующих элементов углерод стали не участвует в процессе формирования покрытий. Оч оттесняется элементами покрытий вглубь покрываемого материала, что приводит к образованию под покрытием слоев, обогащенных углеродом.

Большое влияние как на кинетику, так и на состав и строение покрытий оказывают легирующие элементы покрываемой стали. Если легирующие элементы образуют с элементами покрытия твердые растворы или химические соединения, то они диффундируют в покрытие, т.е. легируют и его. Если легирующие элементы не взаимодействуют с элементами покрытий, то они оттесняются ими вглубь покрываемого материала, что приводит к увеличению концентрации этих элементов в слоях под покрытием.

При формировании покрытий на базе карбидообразующих элементов карбидообразующие легирующие элементы стали сдерживают диффузию углерода стали в покрытия, тем самым, уменьшают блокирующее действие углерода на диффузию элементов покрытия вглубь покрываемого материала.

Выбор металлического диффундирующего элемента или элементов покрытия для повышения работоспособности инструмента зависят от типа инструмента, его назначения и условий его работы. При этом повышение работоспособности инструмента и производительности процесса обработки при применении диффузионной металлизации может быть достигнуто за счет:

- создания на поверхности инструмента диффузионных карбидных слоев, обладающих очень высокой твердостью;

- повышения теплопроводности поверхностных слоев инструмента; повышения вязкости и трещиностойкости рабочих поверхностей инструмента; увеличения сопротивляемости инструментального материала к взаимодействию с обрабатываемым материалом и воздействию рабочей среды.

Высокая твердость поверхностных слоев инструмента достигается при диффузионном насыщении поверхности инструмента титаном. Повышение теплопроводности, вязкости, трещиностойкости и стойкости к воздействию на обрабатываемого материала и рабочей среды обеспечивают никель-медные и никель-хромовые диффузионные покрытия.

Диффузионная металлизация при нанесении титана позволяет получать на поверхности инструмента твердые износостойкие покрытия. Такие покрытия, помимо износостойкости, обладают стойкостью к адгезионному схватыванию, что способствует повышению чистоты обрабатываемых поверхностей. В соответствии с этим титанирование может эффективно использоваться для повышения стойкости режущего инструмента. Помимо этого, титановые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью, низкой смачиваемостью расплавами литейных сплавов, вследствие чего они могут использоваться для повышения стойкости пресс-форм.

Эффективной технологией повышения работоспособности инструмента является двухкомпонентная диффузионная металлизация инструментальных сталей никелем-медью, никелем-хромом.

Никель-медные покрытия, обладая высокой вязкостью, способностью при их формировании залечивать дефекты на поверхности инструмента, обеспечивают повышение трещиностойкости инструмента, снижение его склонности к хрупкому разрушению, выкрашиванию рабочих поверхностей и режущих кромок. При нанесении этих покрытий на литейные пресс-формы, штампы для горячей обработки давлением, повышается стойкость инструментального материала к образованию трещин разгара.

Обладая высокой теплопроводностью, никель-медные покрытия обеспечивают снижение температуры в зоне контакта инструмента с обрабатываемым материалом, что способствует повышению стойкости режущего инструмента, производительности процесса обработки и чистоты обработанных поверхностей.

Положительным свойством никель-медных покрытий является их способность к деформационному упрочнению, что обеспечивает им износостойкость.

Никель-медные покрытия могут эффективно использоваться для повышения работоспособности инструмента, применяемого в нефтедобывающей промышленности. В этом случае никель-медные покрытия защищают инструмент от коррозионного воздействия на него агрессивной среды и устраняют коррозионное растрескивание как рабочих поверхностей, так и инструмента в целом .

Никель-хромовые покрытия, формирующиеся на инструментальных сталях, вследствие особенностей строения могут обеспечивать поверхностным слоям инструмента сочетание уникальных свойств. Это высокая износостойкость, которая свойственна карбидным соединениям, выделяющимся в покрытии, и стойкость к образованию трещин разгара, которая обеспечивается наличием в покрытии твердых растворов, содержащих никель. В соответствии с этим никель-хромовые покрытия наиболее эффективно применять для повышения разгаростойкости материала пресс-форм.

Необходимо отметить, что никель-хромовые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью в среде электролитов, а также в газовых и в жидкометаллических средах. По этим критериям никель-хромовые покрытия превосходят никель-медные покрытия. Они обладают более высокой стойкостью в сероводородсодержащих средах, расплавах литейных сплавов, а также более высокой жаростойкостью. Однако наличие в никель-хромовых покрытиях мягких слоев ограничивает их применение для повышения работоспособности режущего инструмента.

Таким образом, диффузионная металлизация в среде легкоплавких жидкометаллических растворов является эффективным инструментом, позволяющим создавать на поверхности изделий диффузионные покрытия с заданными механико-химико-физическими свойствами, что, в конечном итоге, обеспечивает повышение работоспособности и ресурса этих изделий в заданных условиях эксплуатации.

328

1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. -М.: Металлургия, 1983. 527с.

2. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

3. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1976. -225 с.

4. Берштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1979.-495 с.

5. Михин Н.М., Ляпин К.С. Зависимость коэффициента трения от твердости и экспериментальная проверка. М.: Физика, 1970. - №3. - С. 50-54.

6. Моисеев В.Ф., Фуке-Рабинович Г.С., Быков М.В. О механизме износа штамповой стали при вырубке. Металловедение и термическая обработка в автомобилестроении, 1979. вып.1 С. 31-37.

7. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов. — М.: Металлургия, 1985.-206 с.

8. Воробьева Г.А., Складнова Е.Е., Леонов А.Ф., Ерофеев В.К. Инструментальные материалы. СПб.: Пилитехника, 2005. - 260 с.

9. Терновой Ю.Ф., Терехов В.Н., Канюка В.И., Мороз А.Н. Современные инструментальные стали и их рациональное применение // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2006.- №6. - С.83 -89.

10. Ю.Позняк Л.А. Инструментальные стали. Киев: Наукова думка, 1996. -488 с.

11. Брострем В.А., Кремнев Л.С. Теплостойкость инструментальных сталей // МиТОМ. 1973. - №3. - С. 46 -51.

12. Гработовский В.Я., Канюха В.И. Результаты разработки аустенитных штамповых сталей и сплавов для горячего деформирования металлов // МиТОМ. 2001. - № 10. - С. 31 -34.

13. Патент №2100456 РФ, МКИ3 В23В 27/00. Способ упрочнения изделий из углеродистых, легированных, высоколегированных, быстрорежущих сталей и твердых сплавов / Ерофеев В.К., Григорьев В.В. Воробьева Г.А. (РФ) 27.12.97, Бюл. №36-5с.

14. Багмутов В.П., Захаров И.Н. Основные зависимости образования регулярных дискретных структур поверхностного слоя в ходе импульсной электромеханической обработки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. - №10. - С. 39 - 45.

15. Дудкин Н.Г., Захаров И.Н., Ермолов B.C., Иванников М.Ю. Проблемы машиностроения и надежности машин // Российская академия наук, журнал №5. 2006. - С. 62 - 68.

16. Справочник по триботехнике / Под ред. М. Хебды, A.B. Чтчнадзе.- М.: Машиностроение. Т. 1. — 1989. - 400 с.

17. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация / В.П. Багмутов, С.Н. Паршев, Н.Г. Дудкина, И.Н. Захаров. Новосибирск: Наука, 2003. - 318 с.

18. Дудкина Н.Г., Арисова В.Н., Захаров И.Н. Исследование структуры поверхностного слоя при электромеханическом упрочнении углеродистых сталей // Металлы. 2003. - №1. - С.78-83.

19. Дудкина Н.Г., Захаров И.Н. Исследование микротвердости поверхностного слоя сталей после электромеханической обработки // Металлы. 2004. - №4. - С.64 - 70.

20. Калита В.И., Комлев Д.И. К вопросу формирования металлов в аморфном состоянии // Металлы. 2003. - №6. - С.30 - 37.

21. Шатов Ю.С. Свойства композиционных электрохомических покрытий на основе хрома со сверхтвердыми дисперсионными наполнителями // Черная металлургия. 1998. - №7. - С.55-60.

22. Бутаков Б.И. Методы динамического упрочнения металлов и сплавов // Кузнечно-штамповое производство. 1988. - №7. - С.7 —11.

23. Бабей Ю.И., Бутаков Б.И., Сысоев В.Г. Поверхностное упрочнение металлов. Киев: Наукова Думка, 1995. - 256 с.

24. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. — М.: Машиностроение, 1968. 164 с

25. Коваленко B.C. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. — М.: Наука, 1986.-192с.

26. Гуреев.Д.М. Структурообразование при лазерно-звуковом расплавлении поверхности быстрорежущих сталей // Физика и химия обработки материалов. 1998. - №2. - С. 41 - 44.

27. Коваленко B.C. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. -М.: Наука, 1986.- 192с.

28. ЗО.Зубков Н.С., Булкин Д.В., Золотов A.A. Наплавленная инструментальная штамповая сталь повышенной износостойкости. Вестник ТГТУ. Тверь, 2004.

29. Изготовление, восстановление и упрочнение металлорежущего инструмента // Сборник научных трудов. Тверь: ТГТУ, 1997. 96 с.

30. Yilbas В. Laser cutting quality assessment and thermal efficiency analysis // Journal of Materials Processing Technology. 2004.V. 155 156. P.2106 -2115.

31. Основы трибологии (трение, износ, смазка) /Э.Д. Браун, H.A. Буше, И.А. Буяновский и др. / Под ред. A.B. Чичинадзе М.: «Наука и техника», 1995.-778 с.

32. Справочник по конструкционным материалам. Под ред. Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой . -М.: изд. МГТУ имени Н.Э.Баумана, 2005. -320 с.

33. Романов С.Р., Каргин A.B., Копылов Д.Ю., Перевезенцев Б.Н. Технология плазменно-порошковой наплавки выпускных клапанов двигателей автомобиля «ВАЗ» // Сварочное производство. 2005. - №2.- С.ЗЗ - 40.

34. Мусина К.И., Жаткин С.С. Исследование процесса плазменной наплавки покрытий на сталь 19ХГНМА-В // Высокие технологии в машиностроении: Тез. докл. Самара, 2006. С. 56 - 60

35. IIyasov V., Zhdanova Т., Nikiforov I. Electronic Structure and X-ray Spectra of the System SiC-(Al, Ti, C) // Phys.stat/sol. (b), 2002, Vol. 229, №3, 1187 -1190.

36. Зверев А.И., Шаривекер С.Ю., Астахов E.A. Детонационное напыление покрытий. JI.: Судостроение, 1979.

37. Гавриленко Т.П., Кирякин А.Л., Николавев Ю.А., Ульяницкий В.Ю. Автомотизированный детонационный комплекс «Обь» для нанесенияпорошковых покрытий // Современные технологии автомотизации. -2006. №4. - С. 47 - 52.

38. Ульяницкий В.Ю., Штерцер A.A., Злобин С.Б. Структура и трибологичеекие свойства износостойких детонационных покрытий // Физическая мезомеханика. 2006. - Т.9. - №4. - С. 87 - 92.

39. Гладков В.Ю., Кравцев C.B., Кравченко И.Н. Ресурсосбережение при восстанослении и упрочнении деталей строительных и дорожных машин пламенными покрытиями. М.: изд-во ВТУ, 2005 230 с.

40. Лавро В.Н. Прогнозирование надежности режущего инструмента с износостойкими ионно-плазменными покрытиями // Актуальность проблем надежности технологических, энергетических и транспортных машин: Тез. докл. — Самара, 2003. — С. 23-25.

41. Аль-Тибби В.Х. Влияние диспертности микроструктуры покрытий, получаемых методом электроакустического напыления на износостойкость режущего инструмента. Дисс. На соискание ученой степени кандидата технических наук. Ростов-на-Дону, 2006. 177 с.

42. Лавро В.Н. Лавро И.В. Совершенствование технологии упрочнения и прогнозирования работоспособности режущего инструмента с ионно-плазменными покрытиями //8 международная практическая конференция-выставка. 4.2. СПБ.: СПбГПУ. 2006. - С.71-74.

43. Тополянский П.А., Ермаков С.А., Соснин H.A. Твердость тонкопленочного покрытия, наносимого методом финишного плазменного упрочнения // 7 международная практическая конференция-выставка. СПБ.: СПбГПУ. 2005. - С.291-301.

44. Карапетян К.Г. Химико-термическая обработка титановольфрамовых твердых сплавов // Актуальные проблемы современной науки. М.- 2003. - №5 (14). - С. 199-201.

45. Криштал М.А., Гринберг Е.М. Изменение структуры железа при диффузии бора // МИТОМ. 1974. - №4. - С.2 - 6.

46. Лебедев В.А., Подольский М.А. Оценка эффективности упрочнения деталей методами ППД на основе термодинамических представленений процесса // Вестник машиностроения. 2004. - №6. - С.34 -40

47. Криштал М.А., Гринберг Е.М. Изменение структуры железа при диффузии бора // МИТОМ. 1974. - №4. - С.2 - 6.

48. Шатинский В.Ф., Збожная О.М., Максимович Г.Г. Получение диффузионных покрытий в среде легкоплавких металлов. — Киев: Наукова Думка, 1976. 202 с.

49. Лахтин Ю.М., Неустроев Г.Н., Иванов Ю.П. МиТОМ, 1973, № 12, с. 27 -31.

50. Карпов Л.П. Применение двойной химико-термической обработки при изготовлении инструмента из конструкционных сталей. МиТОМ №1 2003.

51. Тарасов А.Н., Колина Т.П. Структура и свойства нитроцементованных сталей 4Х5МФС и 20X13, используемых для изготовления режущего инструмента. МиТОМ, №5, 2003.

52. Семенова Л.М., Семенов Е.В., Крайнова С.Н. Химико-термическая обработка стали 20Х в условиях циклического изменения температуры. -МиТОМ, №1,2003.

53. Котляренко Л.А., ЭпикА.П. — Защитные покрытия на металлах. 1970, №3, с. 31-35.

54. Бельевский Е.И., Ситкевич М.В., Рогов В.А., Крюков В.П. МиТОМ, 1980, №6, с. 17-19.

55. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник. М., Машиностроение, 1981. 424 с. с ил.

56. Баландин Ю.А. Боразотирование штамповых сталей в псевдосжиженом слое. МиТОМ, №9 2004.

57. Баландин Ю.А. Упрочнение поверхности штамповых сталей борирование, бормеднением и борхромированием в псеводосжиженом слое. МиТОМ, №3 2005.

58. Геллер Ю.А., Павлова Л.П., Сорокин Г.М. МиТОМ, 1972, №1, с.48 - 54.

59. Koster К. Tew. Techn. Ber., Bd 1, №2, S. 136- 141.

60. Верещака A.C. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.

61. Аксенов им. Хороших В.М. Потоки частиц и их массоперенос в вакуумной дуге: Обзор. М.: ЦНИИ атоминформ, 1984. - 392 с.

62. Ионная имплантация / Под ред. Хирвонена Дж. К.: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1985. 392 с.

63. Исследование влияния давления газа в объеме на параметры капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги / И.И. Аксенов, Е.Е. Кудрявцева, В.В. Кунченко и др. ХФТИ АНУССР 84-18. М.: ЦНИИ атоминформ, 1984. 17с.

64. О плазменном нанесении покрытий на упрочненную сталь с низкой температурой отпуска / А.А. Андропов, В.Г. Брель, А.Т. Калинин и др. // Защита металлов. T. XIV. 1978. №5. С. 551-557.

65. Сато Синдзо. Новые способы быстрого низкотемпературного азотирования угледодистых сталей. Киндзоку дзайре, Metals in Engineering, 1973, vol. 13, №1. p. 85 - 102.

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

67. Carter G.F. Diffusion Coatings Formed in Molten Cflcium Impart High Corrosion Résistance. Métal Progress, 1968, 93, 6.

68. Максимович Г.Г., Шатинский В.Ф., Копылов В.И. Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями. Киев: Наукова думка, 1983. - 248 с.

69. Шатинский В.Ф., Артемьев В.П., Чаевский М.И. Процессы, происходящие на межфазной границе твердый жидкий металлы з эвтектическим расплаве свинец-висмут // Адгезия расплавов и пайка материалов. - Киев: Наукова Думка. - 1987. - Вып. 18. - С. 55 — 58 .

70. Терешин В.А., Дубовенко В.П., Шатинский В.Ф., Борисов А.В. Критерий возможности получения защитных покрытий из жидкой фазы / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Тула: ТПИ, 1975.- Вып.З. - С.136 - 139.

71. Попаль С.И., Павлов В.В. Термодинамический расчет поверхностного натяжения растворов / В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающие из них твердых фаз. Нальчик: 1965. - С. 41 - 50.

72. Способ химико-термической обработки изделий спрессованных из металлических порошков / Артемьев В.П., Соколов Е.Г., Юрчик С.М. -Патент РФ № 2174059. 11.01.2000. -Б.И. №27.

73. Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия, 1973.-398 с.

74. Ляхович Л.С., Ворошнин Л.Г., Щербаков Э.Д., Панич Г.Г. Силицирование металлов и сплавов. Минск: Наука и техника, 1972. -279 с.

75. Бледнова Ж.М. Восстановление сплошности селективным осаждением легирующего компонента из жидкой фазы / Сопротивление материалов в ■ агрессивных средах, Краснодар, 1986. - С. 28-49.

76. Пат. 964.323 Великобритания С 23 с 1/00. Improvements in or relating to the Formation of Coatings on Ferrous Articles / E.J. du Pont de Nemours and Company (США) -№ 28138/60; Заявлено 15.08.60; Опубл. 22.07.1964.

77. Пат. 1.386.172 Франция С 23 с. Prjcede pour entrober dearticles en metal ferreux par diffusion / Jhon J. Rauch, Ray J. Van Thynt E.I. DU PONT DE NEMOURS AND CO. residant aux Etats-Unis d' Amerique № 968.718; Заявлено 07. 12. 64; Опубл. 1965.

78. Пат. 3.620.816 США С 23 с 1/00. Metod of diffusion coating metal substrates using molten lead AS transport medium / Alfred L. Leavitt, J.R. Batten № 763.187; Заявлено 16.10.68; Опубл. 16.11.71.

79. Пат. 3.467.545 США С 23 с 1/10 Alloy diffusion coating process / F. Carter; Заявлено 29.05.63; Опубл. 16.09.69.

80. Пат. 3.481.770 С 23 с 1/10 Process for preparing alloy diffusion coatings / Charles H. Lemke, Niagara Falss. № 539.299; Заявлено 01.04.66; Опубл. 02.12.69.

81. Пат. 118052 С 23 с 1/10 Fremgansmade til diffusions overtrxhning of emner of uxdle, tugtameltelige metaller / Argyriades D., Carter F. Опубл. 28.12.70.

82. Пат. 3.251.719 С 23 с 1/00 Frederick Tepper, John Wilson Maustaller, John G/ Gerken. Опубл. 17.05.66.

83. A.c. 298701 СССР. МКИ С 23 с 9/10. Способ получения покрытий на основе молибдена / М.И. Чаевский., М.С. Гойхман. № 128697; Заявлено 29.11.68; Опубл. 23.03.71. Бюл. № 11. - 2 с.

84. А.с. 802398 СССР. МКИ С 23 с 9/10. Способ получения многокомпонентных покрытий / М.И. Чаевский, В.П. Артемьев. — № 2633456; Заявлено 27.06.78; Опубл. 07.02.81. -Б.И. №5.-5 с.

85. A.c. 1594800 СССР. Способ химико-термической обработки изделий / В.П. Артемьев, В.Ф. Шатинский, М.М. Кицак, Е.М. Рудковский, П.М. Худык. Заявлено 27.01.88; Опубл. 06.09.91, ДСП № 6. -3 с.

86. Способ получения диффузионных многокомпонентных защитных покрытий / М.И. Чаевский, В.П. Артемьев, С.М. Пилюгин. A.c. 644869 СССР. - 1979. -Б.И. №4.

87. Карпман М.Г. Выбор метода и способа диффузионного насыщения поверхности изделий // «Металловедение и термическая обработка металлов». 1982. - № 4. - С. 19-20.

88. Способ химико-термической обработки стальных изделий / В.П. Артемьев, М.И. Чаевский. А. с. 954502 СССР. - 1982. - Б.И. № 32.

89. Влияние диффузионных покрытий на прочность стальных изделий / Карпенко Г.В. и др. Киев: Наукова думка, 1971. - 250 с.

90. Смольников Е.А. Термическая и химико-термическая обработка инструмента в соляных ваннах. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 312 е.: ил.

91. Артемьев В.П. Формирование диффузионных вольфрамовых покрытий на сталях / В сб.: Температуроустойчивые функциональные покрытия. Тула, 2001.

92. Артемьев В.П. Разработка научных и технологических основ химико-термической обработки сталей в жидкометаллических расплавах : Дис. д-ра техн.наук: 05.01.02. Краснодар, 2001. - 352 с.

93. Бокштейн B.C. Диффузия в металлах.- М.: Металлургия, 1978. -248с.

94. Гальванотехника / Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987. 736 с.

95. Глухов В.П. Боридные покрытия на железе и сталях. — Киев: Наукова думка, 1970. 205 с.

96. Тушинский JI.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. Новосибирск: Наука, 1990. - 306 с.

97. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения. / Винницкий И.М. М.: Металлургия, 1976. - 560 с.

98. Соколов А.Г. Трещиностойкость поверхностно-упрочненных конструкционных сплавов: дис. канд.техн.наук: 05.02.01. — Ленинград, 1982.-206 с.

99. Соколов А.Г. Новый способ сварки режущего инструмента из разнородных материалов с одновременным нанесением покрытия. / Иванова Т.И., Куркова О.П., Сивенков A.B. Л.: ЛДНТП, 1989. - 20 е., ил.

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

101. Вол А.Е. Строение и свойство двойных металлических систем. -М.: Физматгиз, 1962. 300с.

102. Диагрммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочник / Под ред. O.A. Банных и М.Е. Дрица. М.: Металлургия, 1986. - 439 с.

103. Заявка 200512724 РФ, МКИ7 С23 С28/02 . Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов / А.Г.Соколов, В.П. Артемьев (РФ) — Заявлено 29.08.05; Опубл. От4.08.06 -Юс.

104. Заявка 2005131664 РФ, МКИ7 С23 G 1/14. Способ очистки стальных изделий от следов свинцовых расплавов и устройство для его осуществления / А.Г. Соколов (РФ) Заявлено 12.10.05 - 10 с.

105. Беккерт М., Клемм X. Справочник по металлографическому травлению. М.: Металлургия, 1979. - 336 с.

106. Дунин-Барковский И.В., Карташов А.Н. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978. - 229 с.

107. Максимович Г.Г., Шатинский В.Ф., Гойхман М.С. Диффузионные покрытия драгоценными металлами. Киев: Наукова Думка, 1978. - 168 с.

108. Никитин В.И. Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твердые . — М.: Атомиздат, 1967. 320 с.

109. Глухов В.П. Боридные покрытия на железе и сталях. — Киев: Наукова думка, 1970. 205 с.

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

111. Никитин В.И. Взаимодействие конструкционных материалов с жидкими металлами // Теплоэнергетика. 1962. - №2 - С. 90 - 92.

112. Горбунов Н.С. Диффузионные покрытия на железе и стали. М.: Изд-во АН СССР, 1958. - 207 с.

113. Самсонов Г.В., Кайдаш Н.Г. Состояние и перспективы создания многокомпонентных диффузионных покрытий на металлах и сплавах / В кн.: Защитные покрытия на металлах и сплавах. Киев: Наукова думка, 1976.-Вып. 10.-С.5-12.

114. Рябов В.Р. Алитирование стали. М.: Металлургия, 1973. - 239 с.

115. Силицирование металлов и сплавов / JI.C. Ляхович, Л.Г. Ворошнин, Э.Ю. Щербаков, Г.Г. Панич. Минск: Наука и техника, 1972. - 279 с.

116. A.c. 298701. Способ получения покрытий на основе молибдена / Чаевский М.И., Гойхман М.С. Опубл. 15.01.71.

117. A.c. 280158. Способ химико-термической обработки/ Чаевский М.И., Гойхман М.С. Опубл. 9.11.71.

118. Щербинский Г.В. Диффузия в многокомпонентных системах / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Тула, 1973. с. 62 — 68.

119. Земсков Г.В., Коган P.JI. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978. - 208 с.

120. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твёрдой фазе. М.: Физматгиз, 1969. - 564 с.

121. Carter G.F. Diffusion coating fromed in molten calcium impart high corrosion resistance. Metal Progr., 1968, 93 №6 p. 1123 - 1128.

122. Carter G. F., Fleming R.A. Diffusion coatings formed in molten calcium systems/ Reactions in Ca Fe - Cr systems. - J. Less-Common Metals, 1968. 14 №2 .p. 328-336.

123. Miyooski Yasuhiko, Kado Satoshi, Otoguro Yasuv, Muda Noboru/ Bosyoku gyutsu. Gross. Eng., 1975, 24, №4. P. 177 - 182.

124. Артемьев В.П., Шатинский В.Ф. О диффузии в металлах. Изв. Высш. Учеб. Завед. Технические науки. - №4. - 1997. - С. 46 - 48. J

125. A.c. 1338988 СССР, МКИ3 В 23 К 1/00. Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, В.В.Соколов, В.Я.Поручиков №4016535/31-27; Заявлено 31.01.86; Опублик. 23.09.87, Бюл. № 35. - 2 с.

126. Никитин В.И. Взаимодействие конструкционных материалов с 1 жидкими металлами // Теплоэнергетика. 1962. - №2 - С. 90 - 92.

127. Балашенко Д.Ю. Явление переноса в жидких металлах и полупроводниках. М.: Атомиздат, 1970. - 399 с.

128. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургиздат, 1962 . - 456 с.

129. Термодинамические свойства неорганических веществ. Справочник / Под ред. А.П. Зефирова. М.: Атомиздат, 1965. - 457 с.

130. A.c. 1772215 СССР, МКИ3 С23 СЮ/22. Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов, Т.И.

131. Иванова, A.B. Севенков №4928593/02; Заявлено 30.10.91; Опублик. 30.10.92, Бюл. № 40. - 2 с.

132. A.c. 1504286 СССР, МКИ3 С23 СЮ/22. Способ нанесения диффузионных покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, A.B. Севенков №428182/31-02; Заявлено 04.05.87; Опублик. 30.08.89, Бюл. № 32. - 2 с.

133. Соколов А.Г., Тимофеев Б.Т. Влияние введения добавок лития и олова на свойства свинцовых и свинцово-висмутовых расплавов // Вопросы материаловедения.- 2007. № 3. С.293-300.

134. A.c. 1505698 СССР, МКИ3 В 23 К1/00. Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов / А.Г. Соколов, Т.И. Иванова, A.B. Сивенков №4286394/31-27; Заявлено 20.07.87; Опублик. 07.09.89, Бюл. № 33. - 2 с.

135. Справочник по пайке: Справочник / Под ред. И.Е. Петрунина, 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. - 400 е., ил.

136. Задумкин С.Н. Связь между поверхностными энергиями в твердой и жидкой фазах В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фаз. Нальчик, 1965. С. 98 104.

137. Лахтин Ю.М., Арзамасов В.Н. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1984. 256 с.

138. Артемьев В.П., Шатинский В.Ф. Ускорение диффузии в металлах // Тез. докл. 3-го Собрания металловедов России. — Рязань, 1996. С.27 -28.

139. Смольников Е.А., Сарманова JI.M. Борирование стали в экономичных по составу солевых расплавах // МиТОМ, 1987. №1. С 41 -45.

140. Соколов А.Г. Новые технологии повышения работоспособности инструмента / В кн.: Труды Кубанского государственного технологического университета. Том XX. Серия: Механика и машиностроение. Краснодар, 2004. С. 223 — 227.

141. Архаров В.И., Конев В.Н. Исследование по жаропрочным сплавам. -М.: 1971.-Т.7.-221 с.

142. Архаров В.И., Конев В.Н. Жаростойкие материалы Киев: Наукова думка, 1970.-Т.7.-221 с.

143. Ляхович Л.С. Многокомпонентные диффузионные покрытия. -Минск: Наука и техника, 1974. 288 с.

144. Соколов А.Г. Диффузионная металлизация в среде легкоплавких расплавов как способ повышения стойкости инструмента / В кн.: Научная мысль Кавказа. Ростов-Дону, 2006. №1. С.159 - 167.

145. Пат. №2293792 МПК С23С 12/00. Способ повышения износостойкости стальных изделий / А.Г.Соколов, В.П.Артемьев (РФ). -Заявлено 04.07.05; Опубл. 20.02.07, Бюл. №5 -4с.

146. Соколов А.Г. Влияние состава транспортного расплава на процесс формирования покрытий при диффузионной металлизации из среды жидкометаллических растворов./ В кн.: Научная мысль Кавказа. — Ростов-Дону, 2006. №2. С.139 157.

147. A.c. №994171 СССР, МКИ3 В 23 К 1/00. Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов / М.И.Чаевский, А.Г. Соколов №3241859/25-27; Заявлено 26.01.81; Опублик. 07.02.83, Бюл. № 5. - 2 с.

148. A.c. №994909 СССР, МКИ3 В 23 К 1/00. Устройство для определения остаточных напряжений / М.И.Чаевский, А.Г. Соколов (РФ) №3241859/25-27; Заявлено 26.01.81; Опублик. 07.02.83, Бюл. №5.-2 с.

149. Патент №2271265 РФ, МКИ3 В23В 27/00. Инструмент для обработки резанием и давлением / Соколов А.Г., Артемьев В.П., Соколов Е.Г., Чалов A.A. (РФ) 5с. ,

150. Соколов А.Г. Диффузионное титанирование из среды легкоплавких жидкометаллических растворов как способ повышения стойкости инструментальных сталей // Научная мысль Кавказа.- 2006.-№6.- С.233-242.

151. Соколов А.Г. Особенности процесса формирования диффузионных титановых покрытий из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на инструментальных сталях // Научная мысль Кавказа,- 2006.-№7.- С.258-267.

152. Sokolov A.G. Influence of Nature of Metal Elements Dissolved in Lead Melt on Mechanism of their Diffusion Interaction with Steel Placed into Lead Melt / Proceedings of International Conference. Mechanika. 2006 p. 320-323.

153. Покрытия для деталей машиностроения / Т.И.Иванова, А.Г.Соколов, С.К.Конев, А.В.Сивенков. -Л.:ЛМИ, 1989. 89с.

154. Смителз К. Дж. Металлы. М.: Металлургия, 1980. - 456 с.

155. Прокошкин Д.А., Супов А.В., Кошенков В.Н., Богомолов A.M. -МиТОМ, 1981, №4, С. 21-23.

156. Свойства элементов. Справочник: В 2 т. Т.1. Физические свойства элементов / Под ред. Г.В. Самсонова. М.: Металлургия, 1976. 600с.

157. Болтон У. Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. Справочник. 2-е изд., стер./ Пер. с анг. -М.: «Додэка- XXI», 2007. 320с.

158. Машиностроение. Энциклопедия. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. / Под общ. Ред. И.Н. Фридляндера. М.: Машиностроение, 2001. 880 с

159. Болтон У. Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. Справочник. 2-е изд., стер./ Пер. с анг. — М.: «Додэка- XXI», 2007. 320с.

160. Машиностроение. Энциклопедия. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. / Под общ. Ред. И.Н. Фридляндера. М.: Машиностроение, 2001. 880 с

161. Архаров В.И., Борисов B.C., Тагиров Д.М. Регулирование механических свойств сплавов никеля внутренним окислением // МиТОМ. 1966. - №2. - С. 11-13.

162. Колчаев Б. А., Елагин В.Н., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСиС. 2001. 416 с.

163. Новые материалы / Под ред. Ю.С Карабасова. М5: МИСиС, 2002. 736.

164. Смирягин А.П., Смирягина H.A., Белова A.B. Промышленные цветные металлы и сплавы. М.: Металлургия, 1974. 448 с Тихонов Б.С. Тяжелые цветные металлы: Справочник. М.: Цветметинформация, 1999. 416 с.

165. Физическое металловедение: В 3 т. Под ред. Р.У. Канна и П. Хаазена. Т. 1: Атомное строение металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1987. 640 с.

166. Осинцев O.E., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. М.: Машиностроение, 2004. 336с., ил. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: Справочник / Под ред. Н.Х. Абрикосова. М.: Наука, 1979. 248 с.

167. Соколов А.Г., Артемьев В.П. Влияние технологических факторов и химического состава сталей на структуру и свойства диффузионных никельсодержащих покрытий // МиТО.- 2007, №4

168. Пат. №62654 РФ, МКИ7 С23 G 1/14. Режущий инструмент для гидромеханических скважинных перфораторов / Соколов А.Г., Артемьев В.П., Соколов Е.Г., Чалов A.A. (РФ) Заявлено 20.12.2006; опубл. от 27.04.07, бюл. №12.

169. Пат. №2312164 РФ, МПК С23 С 2/08 (2006.01). Способ нанесения покрытий на стальные изделия / А.Г. Соколов (РФ) Заявлено 02.05.2006; опубл. от 10.12.2007, бюл. №34.

170. Артемьев В.П., Соколов А.Г., Чалов A.A., Соколов Е.Г., Макарова И.В. Кинетика формирования медно-никелевых диффузионных покрытий на сталях // Инновации в машиностроении.: Тез.докл.науч.-тех.конф. -Пенза. 2004. С. 12-15.

171. Sokolov A. Influence of Nature of Metal Elements Dissolved in Lead Melt on Mechanism of their Diffusion Interaction with Steel Placed into Lead Melt // Proceeding of International Conference. Mechanika.2006.- P. 320-323.

172. Чалов А.А., Артемьев В.П., Соколов А.Г., Соколов Е.Г. Упрочнение режущих накатных роликов гидромеханических скаженных перфораторов методом химико-термической обработки //«Нефтегазовое дело» Уфа, 2006. http:ogbus.ru/authors/ Chalov/Chalovl.pdf

173. Соколов А.Г., Артемьев В.П. Повышение работоспособности инструмента методами диффузионной металлизации. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006. 228 е.: ил.

174. Соколов А.Г., Артемьев В.П. Влияние диффузионной металлизации в среде легкоплавких растворов на коррозионное растрескивание конструкционных сталей // Вопросы материаловедения.- 2007. № 3.1. С.286-292.

175. Гафаров Н.А., Гончаров А.А., Кушнаренко В.М. Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений. Под ред. В.М. Кушнаренко. М.: ОАО "Издательство "Недра", 1998. -437 с.

176. NACE MR0175-97. Material requirements. Sulfide stress cracking resistance metallic materials for oil field equipment. 1997. 47 p.

177. Biefer G.I. The stepwise cracking of pipe line steel in sour environments / Materials performance, 1982. - June. - P. 19-34.

178. Иино И. Водородное вспучивание и растрескивание. Перевод ВЦП N В-27457, Босеку гидзюцу. Т. 27. - №8, 1978. - С. 312-424.

179. Townsend Н. Hydrogen sulfide stress corrosion cracking of high stranght steel wire / Corrosion, 1972. V.28. - № 2. - P. 39-46.

180. Яковлев А.И. Коррозионное воздействие сероводорода на металлы., М.: ВНИИЭгазпром, 1972. 42 с.

181. Marvin C.W. Determining the strength of corroded pipe. / Materials protection and performance, 1972. V. 11. - P. 34-40.

182. Дьяков В.Г., Шрейдер A.B. Защита от сероводородной коррозии оборудования нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - 35 с.

183. Шрейдер А.В., Шпарбер И.С., Арчаков Ю.И. Влияние водорода на нефтяное и химическое оборудование. М.: Машиностроение, 1979. -144 с.

184. Terasaki F., Ikeda A., Tekejama М., Okamoto S. The hydrogen indu-ced cracking susceptibilities of various kinds of commerc. Rolled steels under wethydrogen sulfide / Environment. The sumitomo search, 1978. №19. - P. 103— 111.

185. Дубовой В.Я., Романов В.А. Влияние водорода на механические свойства стали / Сталь, 1974. Т.7. - №8. - С. 727-732.

186. Андрейкин А.Е., Панасюк В.В. Механика водородного охрупчивания металлов и расчет элементов конструкций на прочность / АН УССР. Физ. -мех. инс-т. Львов, 1987. - 50 с.

187. Швед М.М. Изменение эксплуатационных свойств железа и стали под влиянием водорода. Киев: Наукова думка, 1985. - 120 с.

188. Smialawski M. Hydrogening steel. Pergam press. 1962. 152 p.

189. Карпенко Г.В., Крипякевич Р.И. Влияние водорода на свойства стали. — М.: Металлургиздат. 1962. 198 с.

190. Петров H.A. Предупреждение образования трещин подземных трубопроводов при катодной поляризации. М.: ВНИИОЭНГ, 1974. - 131 с.

191. Захаров Ю.В. Влияние напряжений на пластичность стали в растворе сероводорода. / Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. -№10. 1975. - С. 18-20.

192. Мирочник В.А., Окенко А.П., Саррак В.И. Зарождение трещины разрушения в феррито-перлитных сталях в присутствии водорода / ФХММ.- 1984.-№3,-С. 14-20.

193. Саррак В.И. Водородная хрупкость и структурное состояние стали / МиТОМ. 1982. -№5.- С. 11-17.

194. Лившиц Л.С., Бахрах Л.П., Стромова Р.П. и др. Сульфидное растрескивание низкоуглеродистых легированных сталей // Коррозия и защита трубопроводов, скважин, газопромыслового и газоперерабатывающего оборудования, 1977. № 5. - С. 23-30.

195. Саркисов Н.М., Шишов C.B. Совершенствование технологии щелевой перфорации. Нефтяное хозяйство, №3, 1995.

196. К.Ю. Богачев. Методы приближения функций. М.: МГУ, 1998. — 129с.

197. Б. Страструп. Язык программирования С++. Специальное издание / Пер. с англ. М.: ООО «Бином-Пресс», 2006. - 1104 е.: ил.

198. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007613513 от 20.08.07. Программа прогнозирования содержания карбида титана в диффузионных титановых покрытиях / А.Г.Соколов, В.П. Артемьев, Д.А. Соколов.

199. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007613572 от 22.08.07Программа прогнозирования толщины никель-медных покрытий в зависимости от режимов диффузионной металлизации / А.Г. Соколов , В.П. Артемьев, Д.А. Соколов.

200. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007613656 от 27.07.07. Программа прогнозирования состава никель-медных покрытий в зависимости от режимов диффузионной металлизации / А.Г. Соколов , В.П. Артемьев, Д.А. Соколов

201. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007613512 от 20.08.07. Программа прогнозирования состава никель-хромовых покрытий в зависимости от режимов диффузионной металлизации / А.Г. Соколов , В.П. Артемьев, Д.А. Соколов