автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка упрочняющей химико-термической обработки деталей на основе многокомпонентного диффузионного покрытия

На правах рукописи

ЧАЛОВ Алексей Анатольевич

РАЗРАБОТКА УПРОЧНЯЮЩЕЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДИФФУЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ

05.02.01 - Материаловедение (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Краснодар - 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО Кубанском государственном технологическом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Артемьев В.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Герасимов С.А.;

доктор физико-математических наук,

профессор

Щербединский Г.В.

Ведущая организация:

ОАО «Научно-исследовательский институт монтаж» г. Краснодар

Защита состоится «22» декабря 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.02 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. А-229

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ, диссертационный совет Д 212.100.02

Автореферат разослан ноября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Большинство деталей нефтедобывающего оборудования, изготавливаемых из конструкционных и инструментальных ст&пеи, эксплуатируются в экстремальных промышленных условиях. Основным препятствием для широкого использования гидромеханической щелевой перфорации обсадных труб нефтяных скважин является низкая прочность режущего накатного диска. Условия работы накатных дисков являются крайне жесткими. Диски находятся в агрессивной среде, содержащей сероводород, и подвергаются значительным механическим нагрузкам. В этих условиях основными причинами отказов накатных дисков являются изнашивание режущей кромки и хрупкое разрушение вследствие коррозионного растрескивания.

Традиционные способы улучшения качества машиностроительных материалов во многом исчерпали свои резервы. Диффузионные металлические покрытия — наиболее перспективный способ повышения работоспособности деталей изготовленных из конструкционных металлов и сплавов, работающих в различных эксплуатационных условиях, особенно для защиты от воздействия агрессивных сред. Они имеют хорошую связь с основным металлом, которая достигается в результате образования твердых растворов или химических соединений.

В настоящее время многие вопросы получения покрытий в среде легкоплавких металлов изложены недостаточно. Имеются ограниченные сведения о получении этим методом многокомпонентных покрытий. Получение многокомпонентных покрытий в условиях двухкомпонентной диффузии на сталях и сплавах в жндкометаллических транспортных расплавах требует выявления закономерностей формирования покрытий и создания новых способов управления составом и структурой покрытий. Оценка эксплуатационных свойств конструкционных материалов с защитными диффузионными покрытиями требует проведения исследований их коррозионной стойкости и прочностных свойств применительно к условиям работы нефтедобывающего оборудования.

В частности, разработка способа упрочнения и защиты от коррозионного растрескивания режущих накатных роликов гидромеханических перфораторов, работающих в условиях одновременного воздействия сероводородсодер-жащих агрессивных сред и больших динамических нагрузок является весьма актуальной. Актуальность работы подтверждена грантом «Производство режущего инструмента для гидромеханических скважинных перфораторов».

Целью работы является разработка научных и технологических основ получения, в условиях двухкомпонентной диффузии, многокомпонентного упрочняющегося, коррозионностойкого диффузионного покрытия на основе N1 и Си, обладающего характеристиками, удовлетворяющими эксплуатационным требованиям нефтедобывающего оборудования и установление закономерностей его формирования в жидкометаллических расплавах.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи теоретического и прикладного характера:

- исследовать физико-химические процессы получения многокомпонентных покрытий, при двухкомпонентной диффузии, в жидкометаллических растворах.

- обосновать выбор насыщающей среды и режимов насыщения.

- исследовать влияние параметров технологического процесса на кинетику формирования никель-медных покрытий на конструкционных материалах.

- исследовать влияние параметров технологического процесса на состав, структуру и характер распределения легирующих элементов покрытия в диффузионном слое.

- установить оптимальные технологические режимы получения много-

»

компонентного ЫьСи покрытия при цвухкомпонентном насыщении.

- установить оптимальный режим термической обработки режущих накатных роликов с диффузионным никель-медным покрытием.

- оценить влияние диффузионного насыщения и термической обработки на коррозионно-механические свойства материалов.

- разработать технологический процесс получения упрочняющихся, кор-розионностойких никель-медных покрытий применительно к режущим накатным роликам гидромеханических перфораторов. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих научных результатах, которые выносятся на защиту:

1. Обнаружено явление активизгдии процесса формирования многокомпонентного МьСи покрытия на легированных сталях при двухкомпонент-ном насыщении в жидкометаллическом расплаве на основе свинца за счёт введения в него 0,75...1,0 % (вес.) лития. Активизация процесса вызвана более высокой термодинамической активностью лития к компонентам стали, что приводит к раскислению оксидных плёнок, находящихся на поверхности стали.

2. Обнаружено явление деформационного упрочнения диффузионного Си покрытия в результате пластической деформации. Высказана гипотеза, что деформационное упрочнение вызвано дисперсионным расслоением твёрдого раствора в системе №-Си при концентрации легирующих элементов № = 54 % (масс.), Си ~ 26 % (масс.) в результате действующих напряжений.

3. Установлены кинетические зависимости формирования многокомпонентного диффузионного №-С'и покрытия в условиях двухкомпонентно-го насыщения в жидкометаллических растворах РЬ и эвтектики РЬ-1Л. На основании экспериментов определён характер распределения элементов в диффузионном слое в зависимости от технологических режимов насыщения.

Научная новизна проведённых исследований подтверждена патентом РФ на изобретение № 2271265.

Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. Совокупность полученных в работе научных данных использована для разработки основных технологических решений по формированию

диффузионных Ni-Cu покрытий и установлению режимов последующей термической обработки деталей нефтедобывающего оборудования.

Разработанный способ упрочнения режущих накатных роликов, включающий химико-термическую и термическую обработки в едином технологическом цикле положен в основу создания технологического процесса упрочнения режущих накатных роликов гидромеханических перфораторов. Разработанная технология позволяет увеличить эксплуатационный срок работы режущих накатных роликов в 2...3 раза, сократить в 2...5 раз технологическое время на перфорацию скважин, за счет увеличения скорости резания, сократив тем самым период внеэксплуатационного простоя нефтяных скважин.

Разработано оборудование для реализации технологического процесса упрочнения режущих накатных роликов.

Проведены стендовые и промышленные испытания режущих накатных роликов при перфорации обсадных труб нефтяных скважин. Полученные результаты показали высокую надежность режущих накатных роликов с покрытиями в условиях сероводородсодержащей агрессивной среды и больших динамических нагрузок. Режущие накатные ролики упрочнённые по разработанной технологии внедрены на ООО «Екатеринодар Бизнес».

Ожидаемый экономический эффект от внедрения созданных научно-технических и технологических решений по упрочнению режущих накатных роликов для перфорации обсадных труб нефтяных скважин в районе г. Кога-лым Тюменской области составляет 1200000 рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: международной научной конференции "FISITA

2004" г. Барселона, Испания; научно-практической конференции "Технологи»

ческое обеспечение качества машин и приборов", г. Пенза, Россия, 2004; III международной конференции "Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследование, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий", автономная республика Крым, Украина, 2004; II международной научно-технической конференции "Металлофизика, механика

материалов и процессов деформирования", г. Самара, Россия, 2004; IV всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении", г. Пенза, Россия, 2004; International Surface Engineering Congress (ÏSEC). Surface Modification Technologies (SMT), St. Paul, Minnesota, USA, 2005.

Результаты работы представлялись на выставке "Hannover Messe-2005", Ганновер, Германия.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, з том числе одна работа опубликована в центральном рецензируемом издании. По материалам работы получен патент Российской Федерации на изобретение № 2271265.

Работа выполнялась на кафедре материаловедения и автосервиса Кубанского государственного технологического университета в соответствии с госбюджетной темой № 4.2.01-05 «Разработка и освоение новых технологических процессов получения и производства деталей с особыми физико-механическими свойствами», а также'по гранту "Производство режущего инструмента для гидромеханических скважинных перфораторов" конкурса 2005 года.

Структура н объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов работы, библиографического списка из 190 источников и 3 приложений. Работа содержит 157 страниц машинописного текста, 45 рисунков и 11 таблиц. В приложениях помещены акты промышленных испытаний и о внедрении результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, её научная новизна, практическая ценность и результаты работы в промышленности, дана общая характеристика работы.

В нервом главе проведён анализ условий работы деталей нефтедобывающего оборудования и влияние рабочих сред на их механические свойства. Проведённый анализ показал, что в настоящее время эксплуатация гидромеха-

нических скважинных перфораторов сопровождается частыми поломками режущих иакатных роликов, работающих в условиях повышенного износа и воздействия агрессивной среды. Это связано зачастую с тем, что при технологическом процессе резания поверхность накатных дисков, контактируя с агрессивными средами, содержащими водород, сероводород интенсивно корродирует и подвергается водородиндуцированиому и сульфидному коррозионному растрескиванию. Высокая интенсивность образования внутренних трещин, возникающих в результате наводораживания сталей, приводит к хрупкому разрушению режущих накатных дисков гидромеханических скважинных перфораторов.

Проведён анализ проблем прочности и износостойкости конструкций и отдельных деталей машин с учетом конструктивных, металлургических, мате-риаловедческих, технологических и эксплуатационных факторов, определяющих надежность, долговечность и экономичность оборудования.

Показано, что систематические исследования связанные с упрочнением режущего инструмента с помощью многокомпонентных диффузионных покрытий редки. Сведения, приведённые в литературе о влиянии одних и тех же покрытий на прочностные свойства конструкционных металлов и сплавов, в ряде случаев противоречивы. Это объясняется разными режимами и способами получения одних и тех же покрытий, что обусловливает в них различную структуру, состав и толщину слоев.

На основании многочисленных данных по адгезионному взаимодействию и деформации контакта металлических пар отмечено, что применение покрытий является весьма перспективным направлением в области материаловедения. Показанр, что состав и структура покрытия зависят от состава насыщающей среды и ее реакционной способности, изменений в составе и структуре основного металла изделий в результате температурных воздействий при нагревании и охлаждении. Способ получения покрытий из жидкометалличе-ских растворов на основе легкоплавких металлов является малоизученным.

Малочисленны сведения о получении многокомпонентных покрытий при двухкомпонентной диффузии легирующих элементов.

На основании проведённого анализа сформулированы цель работы и задачи исследования.

Во второй главе представлены общие и частные методики проведения исследований, позволяющие решить поставленную в работе цель и задачи исследования. Описаны объекты исследования и способы обработки экспериментальных данных. Объектами исследования являлись образцы из армко-железа, стали 20, Х12М, Х12МФ, а также режущие накатные ролики, изготовленные из стали Х12М.

Для получения многокомпонентных диффузионных покрытий была использована реконструированная двухколпаковая вакуумная электропечь СГВ- v 2.4-2/15ИЗ. Модернизация печи была проведена с целью обеспечения возможности нанесения покрытий в открытой жидкометаллической ванне и проведения термической обработки покрываемого материала в едином технологиче- * ском цикле.

Толщину, структуру и строение диффузионных покрытий, а также структуру основы определяли и исследовали на металлографических микроскопах ММР-4 и МИМ-8. Для получения цифровых фотографий микроструктур сталей с высоким разрешением, было создано комплексное устройство, включающее цифровой фотоаппарат Nikon Coolpix 4300. металлографический микроскоп МИМ-8 и компьютер Peritium-IV. Измерение микротвёрдости осуществляли методом микродюрометрического анализа на ПМТ-3. Распределение элементов по сечению покрытия и прилегающей зоне исследовали на растровом электронном микроскопе JCXA-733 фирмы Joel (Япония). Измерение размеров и формы образцов осуществляли на большом инструментальном микроскопе с цифровым индикатором фирмы «Карл Цейс Йена» с точностью 0,001 мм. Шероховатость поверхности образцов до и после насыщения оценивали по параметрам R„ и R* путем записи профилограмм на профилограф-профилометре модели Hommel-Tester Т-1000. Испытания на коррозию прово-

дили в растворе по стандарту NACE ТМ 0177-96. В процессе испытания раствор насыщали сероводородом при давлении 0,1 МПа. Определение механический свойств материалов с покрытиями при статическом растяжении, изгибе и на ударную вязкость осуществляли по стандартным методикам в соответствии с ГОСТ.

На всех этапах исследований проведена тщательная технологическая и метрологическая подготовка эксперимента, количественная оценка получаемых результатов измерений выполнена с использованием методов статистической обработки.

Третья глава посвящена теоретическому обоснованию процесса нанесения многокомпонентных покрытий и режимов термической обработки. На основе термодинамических и кинетических факторов проведено теоретическое обоснование и разработка методов управления параметрами покрытий при их формировании из жидкометаллических (транспортных) расплавов легкоплавких металлов при изотермическом режиме.

Основополагающим условием при выборе транспортного расплава являются возможные реакции в системе наносимый элемент — транспортный расплав - конструкционный металл. Схема механизма формирования покрытий в жидкометаллических транспортных расплавах при изотермическом режиме насыщения приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема механизма формирования диффузионного покрытия в жидкометаллических расплавах при изотермическом режиме

• На основании термодинамического описания таких систем в рамках равновесной термодинамики установлено, чго управлять параметрами покрытия возможно путём изменения интенсивности внешних потоков, or которых зависит скорость изменения концентрации на границе до момента установления равновесной концентрации, а также интенсивности внутренних потоков в металле изделия, путём изменения величины равновесной концентрации, что возможно обеспечить варьированием фазового состояния и состава насыщающей среды.

Рассматривая возможность восстановления оксидов расплавом свинца можно отметить следующее - оксид хрома (СГ2О3) по прямой реакции не восстанавливается свинцом. Экспериментальные исследования показали, что наибольшая скорость формирования никель-медного покрытия происходит в расплаве свинца. Однако расплав свинца по прямой реакции не восстанавливает оксид хрома (Сг203). В тоже время литий обладает способностью восстанавливать оксидные плёнки хрома, которые имеют место на насыщаемых сталях Х12М и Х12МФ. На основании теоретического анализа и экспериментальных данных установлено явление активации процесса формирования многокомпонентного Ni-Cu покрытия на легированных сталях при двухкомпонентном насыщении в жидкометаллическом расплаве на основе свинца за счёт введения в него 0,75... 1,0 % (вес.) лития. Активизация процесса вызвана более высокой термодинамической активностью лития к компонентам стали, что приводит к раскислению оксидных плёнок, находящихся на поверхности стали.

На основании анализа существующих сталей способных выдерживать большие динамические нагрузки, обладать высокой степенью прокаливаемо-сти были выбраны стали Х12М и Х12МФ, что позволило совместить процесс нанесения покрытия на деталь с последующей закалкой. Стали Х12М и Х12МФ сохраняют мелкое зерно при температурах диффузионного насыщения (1000... 1100 °С). Твердость стали Х12М достигает максимального значения (б 1,0...63,0 НЯСэ) после закалки от 1020 °С и отпуска при 150 °С. При этом сталь сохраняет зерно балла 10 и 15. ..20% остаточного аустенита.

В четвёртой главе приведены результаты исследования кинетики формирования никель-медного покрытия на сталях и сплавах. Исследования проведены на образцах из армко-железа и из сталей 20, Х12М и Х12МФ в условиях двухкомпонентной диффузии. В качестве насыщающей среды использовали жидкометаллические расплавы свинца и эвтектики свинец-литий. В соответствии с диаграммами состояний Cu-Pb и Ni-Pb при температурах диффузионного насыщения 1000... 1150 °С свинец растворяет в себе никель до 3% вес., а меди — до 10 % вес., образуя однородный жидкий раствор. На основании этого в жидкометаллические транспортные расплавы добавляли элементы покрытия в виде кусочков чистых металлов в количестве: 3% вес. никеля и 10% вес. меди. Насыщение осуществляли при изотермической выдержке при температуре 1000... 1150 °С в течение 0,5; 2 и б часов.

Проведённые исследования показапи, что никель-медное покрытие на армко-железе и сталях 20, Х12М, Х12МФ формируется в результате граничной диффузии атомов Ni и Си в железе. В результате образуется однослойное покрытие (рис. 2а, б, в), состоящее из твёрдого раствора никеля, меди, железа.

а) б) в)

Рисунок 2 — Микроструктуры никель-медных покрытий:

а) армко-железо, б) сталь 20 (1 = 1100 °С, т - 2ч, расплав РЬ) *500; в) сталь Х12М (1 = 1100 °С, х = б ч, расплав РЬ-Ы) х 500

На границе покрытия с основным металлом происходит полиморфное у —* а превращение. В покрытии у-стабилизатором является N'1. В исследованном интервале температур формирование диффузионного слоя сопровождается фазо-

выми превращениями. На армко-железе граница фазовой перекристаллизации представляет собой прямую линию с множеством мест проникновения диффузионного слоя по границам зерен вглубь материала основы (рис. 2, а). На стали 20 этот эффект проходит в меньшей степени (рис. 2, б). Микродюромегриче-ский и металлографический анализы не выявили хрупких карбидных включений в покрытиях. Никель и медь являются некарбидообразующими элементами, а, следовательно, кинетика формирования многокомпонентного покрытия не зависит от содержания углерода в стали. При этом некарбидообразующие никель и медь оттесняют углерод ог поверхности вглубь покрываемого материала, вследствие чего под диффузионным слоем образуется зона, обогащенная углеродом. Установлено, что характер роста глубины диффузионного слоя зависит от состава транспортного расплава, температуры и времени насыщения. Концентрации Ni и Си на поверхности увеличиваются постепенно, достигая предельных значений через определенное время, в связи с чем, градиент концентраций Ni и Си на любом расстоянии от поверхности непрерывно изменяется. Чем больше градиент концентраций, тем выше начальная скорость диффузии; поэтому важную роль при насыщении материалов играет скорость достижения больших значений начальных концентраций никеля и меди. Чем выше эта скорость, тем за более короткое время достигается требуемая глубина диффузионного слоя при прочих равных условиях.

Увеличение температуры и времени насыщения приводит к росту диффузионного слоя (рис. 3, 4). Глубина комбинированного покрытия изменяется от 8 до 38 мкм на армко-железе и от 10 до 40 мкм на стали 20 при температурах насыщения 1000... 1150 °С и выдержках от 0,5 до б часов.

Наиболее интенсивный рост толщины диффузионного слоя происходит в первые два часа насыщения. В дальнейшем скорость роста диффузионного слоя снижается, в результате снижения термодинамической активности никеля и меди из-за выравнивания разности химических потенциалов. Покрытия большей толщины формируются из расплава свинца. Это связано с большей растворимостью никеля и меди в свинце, чем в эвтектике свинец-литий. Мик-

ротвёрдость покрытий вследствие переменной концентрации элементов по глубине слоя, входящих в состав покрытия, также переменна и лежит в пределах от 1200 до 1600 МПа. Далее наблюдается резкий переход к микротвёрдости основы, Нго ~ 950 МПа, что вызвано выраженной границей фазовой перекристаллизации.

2 3 4 5 6 7

Продолжительность нясыщепня. ч

—100042-РЪ —11С0"С-РЬ —П50"С-ГЬ -о- 1000-е - РЬ-и -О- ПОТС-РЬ-и-с- ПЗСГС-РЬ-и

Рисунок 3 — Изменение толщины слоя №-Си покрытия на стали 20 в ' зависимости от продолжительности насыщения

45

40 •

35 -

*

и X 30 ■

« 25 •

X Я 20 ■

о Н 15

10 -

5

0

1

——

1—г^

у -- г г

1000

изо

1030 поо

Темперятур», *С —»—0,5ч-РЪ —2ч-РЪ —бч-РЬ -о- 0,5 ч - РЬ-и -о- 2 ч - РЬ-и -о- 6 ч - РЬ-и

Рисунок^ 4 — Изменение толщины слоя М-Си покрытия на стали 20 в зависимости от температуры насыщения

Максимальная концентрация диффундирующих элементов на поверхности составляет 54,3...55,2 % масс, для никеля и 26,1 % масс, для меди. Распределение элементов по толщине покрытий на армко-железе представлено на рисун-

ке 5. На легированных сталях Х12М и Х12МФ из расплава свинца формируется неравномерное по толщине покрытие, в котором присутствуют несплошности. Введение в расплав свинца 0,75...1,0 % вес. лития приводит к раскислению оксидных плёнок, находящихся на поверхности стали, что вызвано более высокой термодинамической активностью лития к компонентам стали.

Расстояние от поверхности, мкм

Рисунок 5 - Концентрация легирующих элементов по глубине №-Си

покрытия на армко-железе 0 = 1100 °С, т =6 ч, расплав РЬ)

Толщина диффузионного никель-медного слоя на сталях Х12М и Х12МФ составляла 8...35 мкм в исследуемом температурно-временном режиме. Увеличение температуры и времени насыщения приводит к росту толщины

Продолжительность насыщения, ч

-»-1000"С • РЬ "♦-ИОСС-РЬ —*-1150°С.РЬ -о- ЮОСС-РЬ-Ы --О- ПСКГС-РЬ-и -о- 115(ГС-РЬ-и

Рисунок 6 — Изменение толщины слоя Ш-Си покрытия на стали Х12М в зависимости от продолжительности насыщения

покрытия на сталях (рис. 6, 7, 8). При температуре насыщения 1100 °С и выдержке 2 часа на стали Х12М формируется покрытие с содержанием на поверхности 53,8...52,9 % вес. 26,1 % вес. Си; 3,5 % Сг и 19,0 % вес. Бе (рис. 8).

1050 1100 1150 1200

Температуря, 'С —0,5ч-РЬ —•—2 ч -РЬ —♦— бч-РЬ -О- 0.5 ч - Pb-Li -о-- 2 ч - Pb-Li -О- 6 ч - Pb-Li

Рисунок 7 — Изменение толщины слоя Ni-Cu покрытия на стали Х12М в зависимости от температуры насыщения

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Расстояние от поверхности! мкм

Рисунок 8 - Распределение легирующих элементов по глубине М-Си покрытия на стали Х12МФ (1 = 1100 °С, т = 6 ч, расплав РЬ-

, 1Л)

Увеличение температуры насыщения приводит к увеличению процентного содержания никеля и, соответственно, к уменьшению содержания меди в покрытии. Формирование покрытия на стали Х12МФ сопровождается оттеснением хрома и молибдена от поверхности изделия. Эти элементы, являющие-

ся а - стабилизаторами, препятствуют диффузии меди и никеля, которые являются стабилизаторами у - фазы.

Микродюрсметрический и металлографический анализы не выявили твердых, хрупких карбидных включений в покрытиях. Никель-медное покрытие, полученное на стали Х12МФ обладает более высокой микротвердостью по сравнению с покрытиями полученными на армко-железе и стали 20 (Н2о = 1500... 1600 МПа) - это объясняется тем, что в результате взаимной диффузии в покрытие диффундируют элементы, содержащиеся в стали: хром и молибден. Микротвердость диффузионных слоев по всей толщине одинакова (П2о -2000...2100 МПа) и имеет скачек на границе раздела покрытие - основной металл. Легирующие элементы стали не оказывают влияния на кинетику формирования №-Си покрытия.

Пятая глава посвящена исследованию физико-химических свойств сталей с Мч-Си покрытием.

Качество поверхности. Проведенные металлографические исследования показали, что покрытия характеризуются высокой сплошностью, хорошей равномерностью по всей длине поверхности деталей, не имеют пор, точно воспроизводят форму покрываемых деталей.

Изменение шероховатости поверхностей. Проведенные исследования показали, что диффузионное №-Си покрытие, нанесенное из расплава эвтектики РЬ-1л, уменьшает показатели шероховатости: шероховатость поверхности уменьшается сЯ,= 1,04 до = 0,69.

Изменение размеров. В результате диффузионного насыщения N1-011 покрытием по оптимальному режиму (г = 1100 °С, т - 2 ч) в жидкометаллическом расплаве свинец-литий на стали Х12МФ установлено, что диффузионный слой по отношению к начальной поверхности растет как вовнутрь, так и наружу. При толщине слоя 25 мкм, прирост размера деталей, по отношению к начальной границе, на сторону составил 12... 13 мкм.

Прочность соединения покрытий с основой оценивали при испытаниях деталей на статическое сжатие. Цилиндрические образцы из стали 20 с диффу-

зионным никель-медным покрытием подвергали осадке на 25 и 50%. При таких величинах осадки образцы пластично деформировались вместе с покрытием. При этом отслаивание покрытия от основы и образование трещин не наблюдалось, что свидетельствует о высокой прочности соединения никель-медного покрытия с основой.

Испытания на статическое растяжение. При испытании на статическое растяжение образцы с никель-медным диффузионным покрытием имеют более низкие значения механических свойств по сравнению со сталью в исходном нормализованном состоянии, что объясняется увеличением размера зерна после химико-термической обработки. В тоже время, никель-медное покрытие повышает предел прочности стали в 1,5 раза по сравнению с образцами без покрытия, но обработанными по аналогичному температурно-временному режиму («ложная химико-термическая обработка») и имеющими тем самым одинаковый бал зерна. При этом пластические характеристики 5 и \|/ уменьшаются незначительно.

Результаты испытаний на статический изгиб. Полученные результаты свидетельствуют о том, что никель-медное покрытие, нанесенное на поверхность инструментальной стали не приводит к снижению предела прочности на изгиб (аи = 3100 МПа). Несколько большее значение ои = 3180 МПа для стали Х12МФ с диффузионным Ni-Cu покрытием объясняется меньшей твердостью стали (58,0 НЯСэ) после закалки и отпуска, и повышенным содержанием остаточного аустенита в стали.

Результаты испытаний на ударную вязкость установили незначительное увеличение значения ударной вязкости у образцов из стали Х12МФ с диффузионным никель-медным покрытием (КCU 42) по сравнению с образцами без покрытия (KCU 38).

Исследование закономерностей деформационного упрочнения покрытия проводили на микротвёрдомере ПМТ-3 путём вдавливания индентора с разной силой нагружения. С увеличением нагрузки микротвёрдость диффузионного слоя (2100 МПа) растёт и достигает максимальной величины 4700 МПа, что

подтверждает эффект упрочнения Ni-Cu покрытия в результате увеличения пластической деформации. На основании проведённых исследований высказана гипотеза, что деформационное упрочнение вызвано дисперсионным расслоением твёрдого раствора в системе Ni-Cu при концентрации легирующих элементов Ni ~ 54 % (масс.), Cu ~ 26 % (масс.) в результате действующих напряжений.

Коррозионная стойкость деталей с покрытиями. Испытания проводили по стандарту NACE ТМ 02-84-87. Нанесение никельсодержащих покрытий на стали, минимум на порядок снижает скорость коррозии стальных образцов, из-, готовленных как из конструкционной, так и инструментальной стали. Так скорость коррозии стали 20 за счет нанесения на нее никель-медных покрытий снижается с 0,8 мм/год до 0,08 мм/год, а у стали Х12МФ за счет никель-медных покрытий скорость коррозии снижается на два порядка с 3 мм/год до 0,03 мм/год. Более высокая коррозионная стойкость никель-медных покрытий наблюдается у покрытий, формирующихся на стали Х12МФ, по сравнению с коррозионной стойкостью никель-медных покрытий, получаемых на стали 20. Такое повышение коррозионной стойкости никель-медных покрытий объясняется легированием покрытия хромом, содержащемся в стали Х12МФ, за счет его диффузии из стали в процессе диффузионной металлизации.

Стендовые испытания. Стендовые испытания режущих накатных роликов изготовленных из стали Х12М с диффузионным никель-медным покрытием проводили в производственной лаборатории ООО «Екатеринодар Бизнес». Режим нанесения Ni-Cu покрытия I := 1100 °С, т = 2 ч. Толщина покрытия 25 мкм. Твёрдость стальной основы ролика после термической обработки 58,0...60,0 HRC3.

Испытания проводили на стенде, который состоял из следующих элементов: гидропривод, блок управления, гидромеханический скважинный перфоратор ПГМЩ-146 и горизонтально расположенная перфорируемая обсадная труба класса прочности D диаметром 146 мм с толщиной стенки 9 мм. Движе-

ние перфоратора внутри трубы имитирует его движение в скважине при создании щели с постепенным выходом ролика. Нагрузка на ролик 10 т.

В результате перфорации была прорезана щель длиной 1,5 м за 10 ходов перфоратора. На режущей кромке и других поверхностях ролика с Ni-Cu покрытием разрушений, следов деформации и налипания перфорируемого металла не установлено. При проведении стендовых испытаний режущий накатной ролик с диффузионным никель-медным покрытием обеспечил скорость перфорации сплошных обсадных труб в 2...5 раз выше, чем режущие накатные ролики стандартного исполнения из сталей ШХ15 и 9ХС с твёрдостью 48,0...52,0 HRC3.

Промышленные испытания. Промышленные испытания режущих накатных роликов проводили в условиях реальной эксплуатации при перфорации обсадных труб на нефтяных скважинах 1789 КУСТ 150 (глубина 2330...2333 м), 1954 КУСТ 156 (глубина 2092...2085 м), 8236 КУСТ 69 (глубина 2689...2697м), г. Когалым. В процессе испытаний режущий накатной ролик перемещался по стенке обсадной трубы на перфорируемой базе с одновременным приложением к нему усилия 6...40 тонн. При этом образовалась продольная щель с общей суммарной длиной 50 метров.

В результате испытаний установлено, что диффузионное никель-медное покрытие нанесённое на режущий накатной ролик увеличивает производительность гидромеханических скважинных перфораторов типа ПМГЩ-146, повышает скорость резания и увеличивает стойкость режущего инструмента в 2...3 раза. Ролик с диффузионным никель-медным покрытием выдерживает более жёсткие режимы нагружения (до 30 тонн) по сравнению с роликами

стандартного исполнения (до 10 тонн). Случаев отказа перфораторов из-за из-j

носа или поломки опытных режущих накатных роликов выявлено не было.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Для продления ресурса режущих накатных роликов, используемых для перфорации обсадных труб нефтяных скважин в условиях воздействия

больших нагрузок и сероводородсодержащих сред, предложено использовать легированную сталь с упрочняющим диффузионным никель-медным покрытием, выбрзна его композиция, режимы насыщения и термической обработки, обеспечивающие высокие эксплуатационные свойства.

2. Теоретически обоснована и практически показана возможность управления параметрами диффузионного покрытия при его формировании в жидкоме-таллических расплавах РЬ и эвтектики РЬ-Ы посредством варьирования температурой и продолжительностью диффузионного насыщения, а также выбором насыщающей среды. Обоснован выбор насыщающей среды и режимов нанесения покрытия.

3. Обнаружено, что введение 0,75... 1,0% (вес.) 1л в жидкометаллическин расплав на основе РЬ приводит к существенной активации процесса формирования покрытия на легированных сталях. Активация процесса вызвана более высокой термодинамической активностью 1л к компонентам стали, что приводит к раскислению оксидных плёнок, находящихся на поверхности стали.

4. Установлено, что многокомпонентное диффузионное покрытие на основе № и Си в среде жндкометаллических растворов легкоплавких металлов при двухкомпонентном насыщении формируется в результате граничной диффузии атомов N1 и Си в железе. При этом образуется однослойное покрытие, состоящее из твёрдого раствора никеля, меди и железа, характеризующееся высокой сплошностью, равномерностью по толщине; не имеет пор, точно воспроизводит форму покрываемых деталей.

5. Обнаружено явление деформационного упрочнения диффузионного М-Си покрытия в результате пластической деформации. Высказана гипотеза, что деформационное упрочнение вызвано дисперсионным расслоением твёрдого раствора в системе №-Си при концентрации легирующих элементов N4 ~ 54 % (масс.), Си ~ 26 % (масс.) в результате действующих напряжений. При увеличении толщины покрытия эффект упрочнения возрастает, при этом покрытие не отслаивается и не образуются микротрещины, как на поверх-

ности, так и в зоне перехода покрытие — основной металл.

6. Установлены кинетические зависимости формирования многокомпонент-.ного диффузионного Ы"1-Си покрытия в условиях двухкомпонентного насыщения в жидкометаллических растворах РЬ и эвтектики РЬ-Ы на армко-железе, сталях 20, Х12М и Х12МФ. На. основании экспериментов определён характер распределения элементов в диффузионном слое в зависимости от технологических режимов насыщения.

7. Выявленные взаимосвязи позволяют обоснованно и эффективно управлять структурными характеристиками и свойствами рабочей поверхности режущих накатных роликов для продления их ресурса в условиях эксплуатации.

8. Установлено, что диффузионное №-Си покрытие, нанесенное из расплава эвтектики РЬ-Ы, уменьшает показатели шероховатости с Яа — 1,04 до 11а = 0,69.

9. Установлено, что скорость коррозии образцов с защитным №-Си покрытием в среде насыщаемой сероводородом составила 0,08 мм/год, что на порядок ниже по сравнению с коррозией образцов без покрытия (0,8 мм/год).

10. Совокупность полученных в работе научных данных реализована в виде разработанной технологии упрочнения режущих накатных роликов, включающей химико-термическую и термическую обработки.

11. Результаты стендовых и промышленных испытаний показали, что режущие накатные ролики, изготовленные из стали Х12М с диффузионным Си покрытием и прошедшие последующую термическую обработку, не разрушались под действием значительных динамических нагрузок, в условиях сильного абразивного и сероводородного воздействия. Скорость перфорации сплошных обсадных труб и труб с отверстиями в 2...5 раз выше,

*

чем при перфорации режущими накатными роликами стандартного исполнения из сталей ШХ15 и 9ХС- с твёрдостью 48,0...52,0 НКСэ. Случаев отказа перфораторов из-за износа или поломки опытных режущих накатных роликов выявлено не было.

12. Разработан новый способ повышения коррозионной стойкости и прочности

деталей нефтедобывающего оборудования путем нанесения многокомпонентного диффузионного Ni-Cu покрытия с последующей термической обработкой, позволяющий увеличить эксплуатационный срок работы режущих накатных роликов в 2...3 раза, сократить в 2...5 раз технологическое время на перфорацию скважин, за счет увеличения скорости резания, и тем самым сократить период внеэксплуатацнонного простоя нефтяных скважин.

13.Ожидаемый экономический эффект от внедрения режущих накатных роликов с диффузионным Ni-Cu покрытием при перфорации обсадных труб нефтяных скважин в районе г. Когалым Тюменской области составляет 1200000 рублей.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Артемьев В.П., Соколов Е.Г., Чалов A.A. Механизм роста диффузионного слоя при формировании покрытий // Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследование, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий. / Сборник трудов третьей международной конференции. - Крым, 2004. - с. 66-67.

2. Артемьев В.П., Соколов А.Г., Соколов Е.Г., Чалов A.A., Макарова И.В. Кинетика формирования медно-никелевых диффузионных покрытий на сталях // Инновации в машиностроении. / Сборник статей четвертой Всероссийской научно-технической конференции. — Пенза, 2004. — с. 12-15.

3. Чалов A.A., Артемьев В.П. Многокомпонентное диффузионное покрытие, повышающее эксплуатационные свойства технологического оборудования. — Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. — 2006. -№6.-с. 71-74.

4. Соколов А.Г., Артемьев В.П., Соколов Е.Г., Чалов A.A.. Инструмент для обработки металлов резанием и давлением // Патент 2271265 РФ. — Опубл. 10.03.06 г. - Бюл. № 7.

5. Чалов A.A., Артемьев В.П., Соколов А.Г., Соколов Е.Г.. Упрочнение режущих накатных роликов гидромеханических скважииных перфораторов методом химико-термической обработки // Электронный журнал «Нефтегазовое дело». — Уфа, 2006. — http://wvvw.ogbus.ru/authors/ChaIov/Chalov_l.pdf.

Личный вклад автора .

Во всех работах 1-5 автор принимал непосредственное участие в постановке задач, проведении исследований и обсуждении полученных результатов.

В работах 1, 2 автор принимал участие в проведении эксперимента и выполнял обработку экспериментальных данных.

В работах 3, 5 автором выполнен основной объём металлографических, микродюрометрических исследований, проведена обработка результатов мнк-рорентгеноспектрального анализа.

В работе 4 автор непосредственно участвовал в оптимизации технологических режимов и получении серийных деталей упрочнённых по разработанной технологии и проведении стендовых испытаний.

Подписано в печать /У. /А 2006 г. Зак. № {ISO. Тираж 100 экз. Типография КубГТУ. 350058, Краснодар, ул. Старокубанская, 84/4

введение.

глава 1 анализ литературных данных и постановка задач исследования.

1Л Условия работы деталей нефтедобывающего оборудования и влияние рабочих сред на их механические свойства.

1.2 Коррозионная стойкость сталей в средах нефтедобывающей промышленности и ее повышение с помощью покрытий.

1.3 Факторы, определяющие прочность и разрушение металлов.

1.4 Перспективы применения покрытий для повышения механических характеристик сталей.

1.5 Методы химико-термической обработки и критерии их выбора

1.6 Цель и задачи исследований.

Глава 2 установка, приспособления, методики и материалы исследования.

2.1 Установка для получения диффузионных покрытий в среде жидкометаллических растворов.

2.2 Технология нанесения покрытий из жидкометаллических раство

2.3 Термическая обработка деталей с диффузионным покрытием.

2.4 Металлографические исследования.

2.5 Измерения размеров, формы и шероховатости поверхности образцов

2.6 Микрорентгеноспектральный анализ.

2.7 Исследование прочности соединения покрытий с основой.

2.8 Испытания образцов на статическое растяжение и изгиб.

2.9 Испытания образцов на ударную вязкость.

2.10 Испытание покрытий методом пластической деформации.

2.11 Испытания на коррозионную стойкость.

2.12 Материалы и образцы.

Глава 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАНЕСЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОКРЫТИЙ И РЕЖИМОВ

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.6 j

3.1 Отличительные особенности получения диффузионных многокомпонентных покрытий.

3.2 Механизм процессов формирования покрытий.

3.3 Многокомпонентные металлические покрытия.

3.4 Термодинамическая оценка физико-химических процессов получения покрытий в жидкометаллических растворах.

3.5 Обоснование выбора насыщающей среды.

3.6 Обоснование выбора стали для накатных роликов и ее термической обработки после нанесения покрытий.

Выводы.

Глава 4 КИНЕТИКА ФОРМИРОВАНИЯ НИКЕЛЬ-МЕДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТА ЛЯХ И СПЛАВ АХ.

4.1 Кинетика формирования покрытий на армко-железе и стали

4.2 Кинетика формирования покрытий на стали Х12М и Х12МФ.

Выводы.

Глава 5 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ С МНОГОКОМПОНЕНТНЫМ ПОКРЫТИЕМ.

5.1 Качество поверхности.

5.2 Равномерность и сплошность покрытий.

5.3 Изменение микрорельефа поверхностей и размера деталей после диффузионного насыщения.

5.4 Прочность соединения покрытий с основой.

5.5 Влияние покрытий на механические свойства сталей.

5.6 Исследование закономерностей деформационного упрочнения покрытия.

5.7 Коррозионная стойкость деталей с покрытиями.

5.8 Результаты стендовых и промышленных испытаний режущих накатных роликов с никель-медным покрытием.

Выводы.

Большинство деталей нефтедобывающего оборудования, изготавливаемое из конструкционных и инструментальных сталей эксплуатируется в экстремальных промышленных условиях. Ресурс их работы ограничивается, главным образом, поверхностным разрушением. Использование коррозионностой-ких и износостойких покрытий позволяет резко сократить дорогостоящие вне-эксплуатационные простои нефтяных скважин, снизить затраты связанные с частыми поломками деталей нефтедобывающего оборудования, работающих при высоких динамических нагрузках, и дает возможность повысить качество, надежность и долговечность оборудования нефтяной промышленности.

В данной работе рассматривается способ упрочняющей химико-термической обработки на основе формирования в условиях двухкомпонент-ной диффузии многокомпонентного никель-медного покрытия на режущих накатных роликах, работающих в условиях повышенного износа, при высоких контактных нагрузках и воздействии сероводородсодержащей среды в нефтедобывающей отрасли (гидромеханическая щелевая перфорация обсадных труб).

Технология щелевой перфорации обсадных труб применяется в различных регионах Российской Федерации. С 1996 года по 31.05.2001 года в НК "Роснефть" (включая ОАО "Роснефть-Краснодарнефтегаз") проведено 580 скважино-операций с использованием технологии гидромеханической щелевой перфорации с коэффициентом успешности работы оборудования - 0,92 [1].

Основным препятствием для широкого использования гидромеханической щелевой перфорации является низкая прочность режущего накатного диска. Механические нагрузки на этот узел обусловлены как объективными, так и субъективными факторами, иногда могут достигать предельных значений, что вызывает поломку режущего накатного диска [2].

Повышение долговечности и надежности различных деталей нефтедобывающего оборудования может быть достигнуто внедрением нового технологического процесса химико-термической обработки - многокомпонентного диффузионного насыщения, позволяющего повысить эксплуатационные свойства поверхностного слоя деталей [3].

Диффузионные металлические покрытия - наиболее распространенный способ повышения работоспособности деталей изготовленных из конструкционных металлов и сплавов, работающих в различных эксплуатационных условиях, особенно для защиты от воздействия агрессивных сред. Они имеют хорошую связь с основным металлом, которая достигается в результате образования твердых растворов или химических соединений. Достижения физики твердого тела в области теории диффузии в металлах и сплавах дали возможность значительно углубить теоретические основы получения диффузионных покрытий [4, 5]. Однако, вопросы кинетики гетерогенных реакций, особенно для многофазных систем при насыщении многими компонентами исследованы недостаточно [6, 7].

Параметры диффузионных покрытий зависят от способа насыщения, а более конкретно - от способа создания активного (в атомарном состоянии) диффузанта в насыщающей среде.

Перспективными средами являются расплавы легкоплавких металлов, в которых насыщающие элементы находятся в атомарном состоянии и непосредственно контактируют с поверхностью насыщаемых изделий [8-19]. Они представляют собой промежуточную транспортную среду и сами не диффундируют в объем насыщаемого металла. Это относится к расплавам свинца, эвтектики свинец-висмут, лития и др. Данные расплавы активируют поверхность изделия, очищая его от оксидных пленок [20,21].

Среди методов получения диффузионных покрытий с теоретической и практической точек зрения наибольший интерес представляет жидкостной способ формирования покрытия из жидкометаллических растворов, который обладает рядом преимуществ и, в частности, позволяет получить любое одно- и многокомпонентное покрытие [22-24]. Практическая реализация технологического процесса нанесения покрытий данным способом не требует сложного оборудования [24-26].

В настоящее время многие вопросы получения покрытий в среде легкоплавких металлов изложены недостаточно. Имеются ограниченные сведения о получении этим методом многокомпонентных покрытий [18, 27, 28, 30]. Получение многокомпонентных покрытий на сталях и сплавах в жидкометалличе-ских транспортных расплавах требует выявления закономерностей формирования покрытий и создания новых способов управления составом и структурой покрытий. Оценка эксплуатационных свойств конструкционных материалов с защитными диффузионными покрытиями требует проведения исследований их коррозионной стойкости и прочностных свойств применительно к условиям работы нефтедобывающего оборудования.

Решение данных проблем является актуальной задачей с научной и практической точек зрения.

В частности, разработка способа упрочнения и защиты от коррозионного растрескивания режущих накатных роликов гидромеханических перфораторов, работающих в условиях одновременного воздействия сероводородсодержащих агрессивных сред и больших динамических нагрузок.

В настоящей работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований выполненных автором и при его участии на кафедре материаловедения и автосервиса Кубанского государственного технологического университета.

Целью настоящей работы является разработка научных и технологических основ получения, в условиях двухкомпонентной диффузии, многокомпонентного упрочняющегося, коррозионностойкого диффузионного покрытия на основе Ni и Си, обладающего характеристиками, удовлетворяющими эксплуатационным требованиям нефтедобывающего оборудования и установление закономерностей его формирования в жидкометаллических расплавах.

Для достижения указанной цели был поставлен ряд научно-технических задач, решению которых и посвящена настоящая работа.

1. Исследовать физико-химические процессы получения многокомпонентных покрытий, при двухкомпонентной диффузии, в жидкометаллических растворах.

2. Обосновать выбор насыщающей среды и режимов насыщения.

3. Исследовать влияние параметров технологического процесса на кинетику формирования никель-медных покрытий на конструкционных материалах.

4. Исследовать влияние параметров технологического процесса на состав, структуру и характер распределения легирующих элементов покрытия в диффузионном слое.

5. Установить оптимальные технологические режимы получения многокомпонентного Ni-Cu покрытия при двухкомпонентном насыщении.

6. Установить оптимальный режим термической обработки режущих накатных роликов с диффузионным никель-медным покрытием.

7. Оценить влияние диффузионного насыщения и термической обработки на коррозионно-механические свойства материалов.

8. Разработать технологический процесс получения упрочняющихся, кор-розионностойких никель-медных покрытий применительно к режущим накатным роликам гидромеханических перфораторов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих научных результатах, которые выносятся на защиту:

1. Обнаружено явление активизации процесса формирования многокомпонентного Ni-Cu покрытия на легированных сталях при двухкомпонентном насыщении в жидкометаллическом расплаве на основе свинца за счёт введения в него 0,75. 1,0 % (вес.) лития. Активизация процесса вызвана более высокой термодинамической активностью лития к компонентам стали, что приводит к раскислению оксидных плёнок, находящихся на поверхности стали.

2. Обнаружено явление деформационного упрочнения диффузионного Ni-Cu покрытия в результате пластической деформации. Высказана гипотеза, что деформационное упрочнение вызвано дисперсионным расслоением твёрдого раствора в системе Ni-Cu при концентрации легирующих элементов Ni ~ 54 % (масс.), Си ~ 26 % (масс.) в результате действующих напряжений.

3. Установлены кинетические зависимости формирования многокомпонентного диффузионного Ni-Cu покрытия в условиях двухкомпонентно-го насыщения в жидкометаллических растворах РЬ и эвтектики Pb-Li. На основании экспериментов определён характер распределения элементов в диффузионном слое в зависимости от технологических режимов насыщения.

Научная новизна проведённых исследований подтверждена патентом РФ на изобретение № 2271265.

Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. Совокупность полученных в работе научных данных использована для разработки основных технологических решений по формированию диффузионных Ni-Cu покрытий и установлению режимов последующей термической обработки деталей нефтедобывающего оборудования.

Разработанный способ упрочнения режущих накатных роликов, включающий химико-термическую и термическую обработки в едином технологическом цикле положен в основу создания технологического процесса упрочнения режущих накатных роликов гидромеханических перфораторов. Разработанная технология позволяет увеличить эксплуатационный срок работы режущих накатных роликов в 2.3 раза, сократить в 2.,5 раз технологическое время на перфорацию скважин, за счет увеличения скорости резания, сократив тем самым период внеэксплуатационного простоя нефтяных скважин.

Разработано оборудование для реализации технологического процесса упрочнения режущих накатных роликов.

Проведены стендовые и промышленные испытания режущих накатных роликов при перфорации обсадных труб нефтяных скважин. Полученные результаты показали высокую надежность режущих накатных роликов с покрытиями в условиях сероводородсодержащей агрессивной среды и больших динамических нагрузок. Режущие накатные ролики упрочнённые по разработанной технологии внедрены на ООО «Екатеринодар Бизнес».

Ожидаемый экономический эффект от внедрения созданных научно-технических и технологических решений по упрочнению режущих накатных роликов для перфорации обсадных труб нефтяных скважин в районе г. Кога-лым Тюменской области составляет 1200000 рублей. В работе защищаются:

1. Метод получения никель-медного диффузионного покрытия, в условиях двухкомпонентной диффузии, на конструкционных материалах в среде жидкометаллических растворов.

2. Явление активизации процесса формирования многокомпонентного Ni-Cu покрытия на легированных сталях при двухкомпонентном насыщении в жидкометаллическом расплаве на основе свинца за счёт введения в него 0,75. 1,0 % (вес.) лития. Активизация процесса вызвана более высокой термодинамической активностью лития к компонентам стали, что приводит к раскислению оксидных плёнок, находящихся на поверхности стали.

3. Установленные кинетические зависимости формирования многокомпонентного диффузионного Ni-Cu покрытия в условиях двухкомпонентно-го насыщения в жидкометаллических растворах РЬ и эвтектики Pb-Li. На основании экспериментов определён характер распределения элементов в диффузионном слое в зависимости от технологических режимов насыщения.

4. Способ упрочнения режущих накатных роликов, включающий химико-термическую и термическую обработки.

5. Результаты механических и коррозионных испытаний сталей с Ni-Cu покрытием.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: международной научной конференции "FISITA 2004" г. Барселона, Испания; научно-практической конференции "Технологическое обеспечение качества машин и приборов", г. Пенза, Россия, 2004; III международной конференции "Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследование, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий", автономная республика Крым, Украина, 2004; II международной научно-технической конференции "Металлофизика, механика материалов и процессов деформирования", г. Самара, Россия, 2004; IV всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении", г. Пенза, Россия, 2004; International Surface Engineering Congress (ISEC). Surface Modification Technologies (SMT), St. Paul, Minnesota, USA, 2005.

Результаты работы представлялись на выставке "Hannover Messe-2005", Ганновер, Германия.

Результаты работы опубликованы в 6 работах, в том числе 3-й опубликованы в центральных рецензируемых журналах. По материалам работы получен патент Российской Федерации на изобретение № 2271265.

Настоящая работа выполнена на кафедре материаловедения и автосервиса Кубанского государственного технологического университета в соответствии с госбюджетной темой № 4.2.01-05 "Разработка и освоение новых технологических процессов получения и производства деталей с особыми физико-механическими свойствами".

Результаты работы явились основанием для получения гранта "Производство режущего инструмента для гидромеханических скважинных перфораторов" размером 750000 рублей в год.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность сотрудникам кафедры материаловедения и автосервиса д-ру техн. наук, профессору Артемьеву В.П., канд. техн. наук Соколову А.Г., канд. техн. наук Соколову Е.Г., принявшим участие в подготовке, проведении и обсуждении исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для продления ресурса режущих накатных роликов, используемых для перфорации обсадных труб нефтяных скважин в условиях воздействия больших нагрузок и сероводородсодержащих сред, предложено использовать легированную сталь с упрочняющим диффузионным никель-медным покрытием, выбрана его композиция, режимы насыщения и термической обработки, обеспечивающие высокие эксплуатационные свойства.

2. Теоретически обоснована и практически показана возможность управления параметрами диффузионного покрытия при его формировании в жидкометаллических расплавах РЬ и эвтектики Pb-Li посредством варьирования температурой и продолжительностью диффузионного насыщения, а также выбором насыщающей среды. Обоснован выбор насыщающей среды и режимов нанесения покрытия.

3. Обнаружено, что введение 0,75. 1,0% (вес.) Li в жидкометаллический расплав на основе РЬ приводит к существенной активации процесса формирования покрытия на легированных сталях. Активация процесса вызвана более высокой термодинамической aKTHBHOCTbK>Li к компонентам стали, что приводит к раскислению оксидных плёнок, находящихся на поверхности стали.

4. Установлено, что многокомпонентное диффузионное покрытие на основе Ni и Си в среде жидкометаллических растворов легкоплавких металлов при двухкомпонентном насыщении формируется в результате граничной диффузии атомов Ni и Си в железе. При этом образуется однослойное покрытие, состоящее из твёрдого раствора никеля, меди и железа, характеризующееся высокой сплошностью, равномерностью по толщине; не имеет пор, точно воспроизводит форму покрываемых деталей.

5. Обнаружено явление деформационного упрочнения диффузионного Ni

Си покрытия в результате пластической деформации. Высказана гипотеза, что деформационное упрочнение вызвано дисперсионным расслоением твёрдого раствора в системе Ni-Cu при концентрации легирующих элементов Ni ~ 54 % (масс.), Си ~ 26 % (масс.) в результате действующих напряжений. При увеличении толщины покрытия эффект упрочнения возрастает, при этом покрытие не отслаивается и не образуются микротрещины, как на поверхности, так и в зоне перехода покрытие - основной металл.

6. Установлены кинетические зависимости формирования многокомпонентного диффузионного Ni-Cu покрытия в условиях двухкомпонент-ного насыщения в жидкометаллических растворах РЬ и эвтектики Pb-Li на армко-железе, сталях 20, Х12М и Х12МФ. На основании экспериментов определён характер распределения элементов в диффузионном слое в зависимости от технологических режимов насыщения.

7. Выявленные взаимосвязи позволяют обоснованно и эффективно управлять структурными характеристиками и свойствами рабочей поверхности режущих накатных роликов для продления их ресурса в условиях эксплуатации.

8. Установлено, что диффузионное Ni-Cu покрытие, нанесенное из расплава эвтектики Pb-Li, уменьшает показатели шероховатости с Ra = 1,04 до Ra = 0,69.

9. Установлено, что скорость коррозии образцов с защитным Ni-Cu покрытием в среде насыщаемой сероводородом составила 0,08 мм/год, что на порядок ниже по сравнению с коррозией образцов без покрытия (0,8 мм/год).

10. Совокупность полученных в работе научных данных реализована в виде разработанной технологии упрочнения режущих накатных роликов, включающей химико-термическую и термическую обработки.

11. Результаты стендовых и промышленных испытаний показали, что режущие накатные ролики, изготовленные из стали Х12М с диффузионным Ni-Cu покрытием и прошедшие последующую термическую обработку, не разрушались под действием значительных динамических нагрузок, в условиях сильного абразивного и сероводородного воздействия. Скорость перфорации сплошных обсадных труб и труб с отверстиями в 2.5 раз выше, чем при перфорации режущими накатными роликами стандартного исполнения из сталей ШХ15 и 9ХС с твёрдостью 48,0.52,0 HRCa. Случаев отказа перфораторов из-за износа или поломки опытных режущих накатных роликов выявлено не было.

12. Разработан новый способ повышения коррозионной стойкости и прочности деталей нефтедобывающего оборудования путем нанесения многокомпонентного диффузионного Ni-Cu покрытия с последующей термической обработкой, позволяющий увеличить эксплуатационный срок работы режущих накатных роликов в 2.3 раза, сократить в 2.5 раз технологическое время на перфорацию скважин, за счет увеличения скорости резания, и тем самым сократить период внеэксплуатационно-го простоя нефтяных скважин.

13.Ожидаемый экономический эффект от внедрения режущих накатных роликов с диффузионным Ni-Cu покрытием при перфорации обсадных труб нефтяных скважин в районе г. Когалым Тюменской области составляет 1200000 рублей.

1. Саркисов Н.М., Шишов С.В. Совершенствование технологии щелевой перфорации. Нефтяное хозяйство, №3, 1995.

2. Земсков Г.В., Коган Р.Л. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1978. - 208 с.

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

4. Криштал М.А. Диффузионные процессы в железных сплавах. М.: Метал-лургиздат, 1962. - 120 с.

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

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

7. Carter G.F. Diffusion Coatings Formed in Molten Calcium Impart High Corrosion Resistance. Metal Progress, 1968, 93, 6.

8. Carter G.F., Fleming R.A. Diffusion Coating Formed in Molten Calcium Systems. Reactions in Ca Fe - Cr Systems. - J. Less - Common Metals, 1968, 14, 2.

9. 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.

10. Пат. 1.386.172 Франция С 23 с. Prjcede pour entrober dearticles en metal fer-reux par diffusion / Jhon J. Rauch, Ray J. Van Thynt E.I. DU PONT DE NE

11. MOURS AND CO. residant aux Etats-Unis d' Amerique № 968.718; Заявлено 07. 12. 64; Опубл. 1965.

12. 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.

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

14. 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.

15. 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.

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

17. 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.

18. 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.

19. А.с. 1594800 СССР. Способ химико-термической обработки изделий / В.П. Артемьев, В.Ф. Шатинский, М.М. Кицак, Е.М. Рудковский, П.М. Ху-дык. Заявлено 27.01.88; Опубл. 06.09.91, ДСП №6.-3 с.

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

21. Артемьев В.П., Юрчик С.М., Соколов Е.Г. Лапин A.M. Автоматизированная система графического анализа пор в конструкционных материалах. -Свидетельство об офиц. регистр, программы ЭВМ. № 2000610158. - РФ, РОСАПО. - 2000.

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

23. Шатинский В.Ф., Збожная О.М., Максимович Г.Г. Получение диффузионных покрытий в среде легкоплавких металлов. Киев: Наукова думка, 1976.-203 с.

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

25. 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.

26. Красюк Ю.Д., Чаевский М.И. Никельвольфрамовые и никельмолибдено-вые покрытия, получаемые из расплава // Сопротивление материалов в агрессивных средах: Труды Кранодар. политех, ин-та, 1979. Вып. 94(4). -С. 71-83.

27. Артемьев В.П. Оценка некоторых параметров процесса диффузионного титанирования в среде легкоплавких металлов / Материалы 2-го Собрания металловедов России. Пенза, 1994. - С. 33-35.

28. Артемьев В.П., Юрчик С.М. Формирование никельалюминиевых покрытий на изделиях из металлических порошков. В сб. Материалы 4-го Собрания металловедов России. - ЧII. - Пенза, 1998. - С. 7-8.

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

30. 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.

31. 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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

42. 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.

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

44. Smialawski М. Hydrogening steel. Pergam press. 1962. 152 p.

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

46. Петров Н.А. Предупреждение образования трещин подземных трубопроводов при катодной поляризации. М.: ВНИИОЭНГД974. - 131 с.

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

48. 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.

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

50. 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.

51. Термическая обработка в машиностроении. Справочник / Под. ред. М. Лахтина, А.Г. Рихштадта. М.: Недра, 1980. - 783 с.

52. Атомный механизм разрушения / Пер. с англ. М.: Металлургиздат, 1963. -210с.

53. Котрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. М.: Металлургиздат, 1958. - 267 с.

54. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. М.: Техника, 1970. -336 с.

55. Трение, изнашивание и смазка. Справочник / Под ред. И.В. Крагельского.- М.: Машиностроение, 1978. 398 с.

56. Поверхностная прочность материалов при трении. Справочник / Под ред. Б.И. Костецкого. Киев: Техника, 1976. - 291 с.

57. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика новая область науки. - М.: Знание, 1958.-64 с.

58. Когаев В.П., Дроздов Ю.М. Прочность и износостойкость деталей машин.- М.: Высшая школа, 1991. 319 с.

59. Костецкий Б.И. и др. Структура поверхности трения: Сборник «Металлофизика». Киев: Наукова думка, 1976. - №65. - С.46-59.

60. Островская E.J1. и др. Проблемы трения и изнашивания. Сборник «МВ УССР». Киев: Техника, 1973. №3. - С. 19-23.

61. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка: Пер. с англ. / Под ред. И.В. Крагельского. -М.: Машгиз, 1960. 151 с.

62. Заморцев Г.Н. Фазовые превращения в сталях при трении и изнашивании. Сборник «Трение и износ в машинах». М.: АН СССР, 1956. - №11. - С. 21-24.

63. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. М.: Металлургия, 1976.- 176 с.

64. Костецкий Б.И. Сопротивление изнашиванию деталей машин. М.: Машгиз, 1959.-476 с.

65. Костецкий Б.И., Бармашенко А.И., Караулов А.К. Исследование развития пластической деформации при внешнем трении: Сборник «Металлофизика». Киев: Наукова думка, 1973. № 48. С. 63-68.

66. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твердых поверхностей. М.: АН СССР, 1962.- 111 с.

67. Демкин Н.Б., Коротков A.M. Формирование площади контакта при трении металлов: В сбор. «Физико-химическая механика фрикционного взаимодействия». М.: Наука, 1971. - С. 48-53.

68. Михин Н.М. Трение в условиях пластического контакта. М.: Наука, 1971.- 445 с.

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

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

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

72. Даль В. Поведение стали при циклических нагрузках. М.: Металлургия, 1983.-568 с.

73. Горицкий В.М., Терентьев В.Ф. Структура и усталостное разрушение металлов. М.: Металлургия, 1980. - 207 с.

74. Кислик В.А., Бураков В.А. О структурных превращениях при образовании повреждений на поверхностях трения / Машиноведение, 1971. С. 23-126.

75. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1966. - 480 с.

76. Богачев И.Н. Кавитационное разрушение и кавитационная стойкость сплавов. М.: Металлургия, 1972. - 192 с.

77. Богачев И.Н., Минц Р.И. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости деталей машин. -М.: Металлургиздат, 1964. 144 с.

78. Котов O.K. Поверхностное упрочнение деталей машин химико-термическими методами. М.: Машиностроение, 1969. - 334 с.

79. Фомин В.В. Гидроэрозия металлов. М.: Машиностроение, 1966. - 291 с.

80. Гегузин Я.Е. Самодиффузионный перенос массы с учётом процессов на границе. ФММ. - 1973. - Т. 36. - С. 790 - 795.

81. Чаевский М.И., Шатинский В.Ф. Повышение работоспособности сталей в агрессивных средах при циклическом нагружении. Киев: Наукова думка, 1970.-310 с.

82. Дубинин Г.Н. Структурно-энергетическая гипотеза влияния диффузионного слоя на объёмные свойства сплавов / В кн.: Защитные покрытия на металлах. Киев: Наукова думка, 1976. - Вып. 10. - С. 86-90.

83. Тушинский Л.И., Тихомирова Л.Б. Структурные аспекты повышения конструктивной прочности сплавов. ФХММ, 1975. - Т. 11.- №3. - С. 10-22.

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

85. Высокотемпературная работоспособность тугоплавких металлов и сплавов в агрессивных средах / Г.Г. Максимович, В.Ф. Шатинский, Е.М. Лютый и др. Киев: Наукова думка, 1982. - 220 с.

86. 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.

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

88. Ляхович Л.С., Ворошнин Л.Г. Борирование стали. М.: Металлургия, 1967.- 119 с.

89. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1965.-491 с.

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

91. 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.

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

93. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В. Азотирование тугоплавких металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1972. - 160 с.

94. Карпенко Г.В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов. -Киев: Наукова думка, 1976.- 127с.

95. Влияние диффузионных покрытий на прочность стальных изделий / Г.В. Карпенко, В.И. Похмурский, B.C. Замиховский, В.Б. Далисов. Киев: Наукова думка, 1971. - 167с.

96. Похмурский В.И. Влияние диффузионных покрытий на прочностные свойства сталей / В кн.: Защитные покрытия на металлах. Киев.: Наукова думка, 1970. - Вып. 3.-С. 192-201.

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

98. Подстригач Я.С., Шевчук П.Р. Влияние тонких покрытий и промежуточных слоёв на диффузионные процессы и на напряжённое состояние в твёрдых телах / В кн.: Защитные покрытия на металлах. Киев.: Наукова думка, 1971.-Вып. 5.-С. 180-185.

99. Knoff A.J., Baluffi R.W. Strain-Enhanced Diffusion in Metals Dislokation and Grain-Boundary Short-CircuitingModels // J. Appl. Physics, 1963. 34. - №7. -P. 20-34.

100. Дехтяр И.Я., Михайленков B.C. Вплив пластично! деформацп на швидюсть диффузп в сплавах никель-молибден // Украинский физический журнал. 1958. - Т. 3. - №3. - С. 850-855.

101. ЮЗ.Пинес Б.Я. Очерки по металлофизике. Харьков: Изд-во ХГУ, 1961.-315 с.

102. Ромашкин О.П., Шестопалов JI.M. Эффект ускорения диффузии при пластической деформации в зависимости от глубины залегания диффузионного слоя // В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Киев: Наукова думка, 1966.-С. 40-44.

103. Бенсон С. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1964. - 36 с.

104. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машгиз, 1968. - 480 с.

105. Ю7.Дёмкин Н.В. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука,1970.-227с.

106. Каракозов Э.С. Соединение металлов в твёрдой фазе. М.: Металлургия, 1976.-263с.

107. Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъёмных и неразъёмных соединений. М.: Энергия, 1971. - 209с.

108. Диаграммы двойных металлических систем: Справочник: В 3 т. Т.З. -Кн.1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 2001. - 872 с.

109. Бураковски Т., Сенаторски Я., Тациковски. Состояние и перспективы применения диффузионных слоев с высокой износостойкостью. МиТОМ, 1984, №3.-С. 11-13.

110. Криер К. Защитные покрытия // Осаждение из газовой фазы. М.: Атом-издат, 1970.-С. 380-404.

111. Шатинский В.Ф., Нестеренко А.И. Защитные диффузионные покрытия. -Киев: Наукова думка, 1988. 272 с.

112. Химико-термическая обработка металлов и сплавов / Справ, под ред. JI.C. Ляховича. М.: Металлургия, 1981. - 420 с.

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

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

115. Дубинин Г.Н. Классификация методов диффузионного насыщения поверхности сплавов металлами / В сб.: Диффузионные покрытия на металлах. Киев: Наукова думка, 1965. - С. 144-148.

116. Артемьев В.П., Чаевский М.И., "Диффузионное титанирование в среде жидко-металлических расплавов // Адгезия расплавов и пайка материалов", Киев: Наукова думка, Вып. 16, с. 82-85, 1986.

117. Попов А.А. Теоретические основы химико-технической обработки. -Свердловск: Металлургиздат, 1962. 120 с.

118. Щербединский Г.В. Диффузия в многокомпонентных системах / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Тула: ТПИ, 1973. - С. 38-52.

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

120. Химико-термическая обработка металлокерамических материалов / Л.Г. Ворошнин, Л.С. Ляхович, Ф.Г. Ловшенко, Г.Ф. Протасевич. Минск: Наука и техника, 1977. - 272с.

121. Апинская JI.M., Радомысельский И.Д. Гальванические и химические покрытия спечённых изделий на основе железа. Киев: Наукова думка, 1975. -82с.

122. Коварский Н.Я., Толстоконев А.П., Богданович В.Б. Нанесение гальванических покрытий на спечённые порошковые изделия, пропитанные мылами тяжёлых металлов // Защита металлов. 1988. - Т.24. - №5. - С. 756760.

123. Пекарский Л.Д. Концепция защиты порошковых материалов от коррозии / Тез. материалов науч.-техн. конф. Иркутск: Иркутский политех, ин-т, 1991.-С. 62-63.

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

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

126. 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.

127. Коган В.Б. Гетерогенные равновесия. Л.: Химия, 1968. - 431 с.

128. Бугаков В.З. Диффузия в металлах и сплавах. Л., М.: Госиздат ТТЛ, 1949. -173 с.

129. Мокров А.П., Захаров П.Н. Диффузия в бинарных и многокомпонентных системах / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Тула: ТПИ, 1973. -С. 6-38.

130. Гуров К.П. Основание кинетической теории. М.: Наука, 1966. - 351 с.

131. Лобов Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений. М.: Металлург-издат, 1969.-263 с.

132. Процессы взаимной диффузии в сплавах / И.Б. Боровский, К.П. Гуров, И.Д. Моргунова, Ю.Э. Участе. М. - Наука, 1973. - 360 с.

133. Щербидинский Г.В. Закономерности диффузии в тройных сплавах и кинетика формирования трёхкомпонентных покрытий / В кн.: Защитные покрытия на металлах. К.: Наукова думка, 1972. - Вып. 6. - С. 38-45.

134. Лариков Л.Н., Гейченко В.В. Фальченко В.М. Диффузионные процессы в упорядоченных сплавах. К.: Наукова думка, 1975. - 213 с.

135. Развитие представлений о механизме реакционной диффузии / В.И. Архаров, Н.А. Балакаева, В.Н. Богословский, Н.М. Стафеева / В кн.: Защитные покрытия на металлах. К.: Наукова думка, 1971. - Вып. 5. - С. 5-10.

136. Гегузин Я.Е. Диффузионная зона. М.: Наука, 1979. - 343 с.

137. Мокров А.П. Описание многокомпонентной диффузии в твёрдых телах методами необратимой термодинамики / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Тула: ТПИ, 1974. - С. 5-20.

138. Акимов В.К. Температурная зависимость взаимных коэффициентов диффузии в тройной системе железо-хром-никель / В кн.: Диффузионные процессы в металлах. Тула: ТПИ, 1975.- Вып. 3. - С. 75-82.

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

140. Процессы взаимной диффузии в сплавах / И.Б. Боровский, К.П. Гуров, И.Д. Моргунова, Ю.Э. Участе. М. - Наука, 1973. - 360 с.

141. Борисов В.И., Борисов В.Г. Влияние скорости межфазных реакций на кинетику роста диффузионных слоёв // Физика металлов и металловедение. -1976. Т. 42. - Вып. 3. - С. 496-500.

142. Пименов В.Н. О коэффициентах диффузии компонентов в интерметаллических соединениях // Физика металлов и металловедение. 1976. - Т. 41. -Вып. 4.-С. 693-697.

143. Авдеев Н.В. Технология и выбор способа материалопокрытия. Т.: Мех-нат, 1990.-272 с.

144. Мб.Бялобжеский А.В., Цирлин М.С., Красилов В.И. Высокотемпературная коррозия и защита сверхтугоплавких металлов. М.: Атомиздат, 1977. -224 с.

145. Шатинский В.Ф., Артемьев В.П., Чаевский М.И. Процессы, происходящие на межфазной границе твёрдый жидкий металлы в эвтектическом расплаве свинец-висмут // Адгезия расплавов и пайка материалов. - Киев: Наукова думка. - 1987. - Вып. 18. - С. 55-58.

146. Соколов А.Г., Артемьев В.П. Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов. Полож. реш-ие о выдаче патента РФ от 04.08.06 г., № 200512724. - Заявлено 29.08.2005 г.

147. Лаборатория металлографии / Панченко Е.В. и др. М.: Металлургия, 1957.-695 с.

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

149. Боровский И.Б., Водоватов Ф.Ф., Жуков А.А. и др. Локальные методы анализа материалов. М.: Металлургия, 1973. - 256 с.

150. Рид С. Электронно-зондовый микроанализ // Пер. с англ. М.: Мир, 1979.- 423 с.

151. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник / Под ред. Л.М. Берштейна, А.Г. Рахштадта. 4-е изд., перераб. и доп. - Т.1. - М.: Металлургия, 1991. - 304 с.

152. Герасимов А.Ф., Конев В.И., Тимофеева Н.Ф. Исследования реакционной диффузии в системах металл сложный газ. Система вольфрам - углерод- азот. Физика металлов и металловедение, 1961. - Т. 11. - Вып. 4. - С. 596-600.

153. Коломыцев П.Т. Жаростойкие диффузионные покрытия для деталей энергетических машин,- В кн.: Защитные покрытия на металлах. Киев: Наукова думка, 1972. -Вып. 6. - С. 157-163.

154. Пасечник С.Я., Коротков В.Д., Локатом О.В. Электролизноеборохромиро-вание стали. В кн.: Защитные покрытия на металлах. - Киев: Наукова думка, 1971.-Вып. 4.-С. 127-132.

155. Пермяков В.Г., Труш И.Х., Кривенко Л.Ф. Комплексное насыщение технического железа бором и кремнием. В кн.: Защитные покрытия на металлах. - Киев: Наукова думка, 1971. - Вып. 5. - С. 120-124.

156. Борирование железа. / Г.В. Земсков, Р.А. Коган, И.Н. Шевченко, В. С. Ви-дерман. Металлофизика. - Киев: Наукова думка, 1972. - Вып. 6. - С. 117-119.

157. Структура борированного слоя после диффузионного насыщения другими элементами. / Г.В. Земсков, Р.А. Коган, И.Н. Шевченко, В. С. Видерман. -Металлофизика. Киев: Наукова думка, 1972. - Вып. 41. - С. 80-87.

158. Бескоровайный Н.М., Иванов В.К., Зуев Т.М. Поведение углерода в системах типа металл жидкий литий - углерод // Металлургия и металловедение чистых металлов. - М.: Атомиздат, 1966. - Вып. 5. - С. 15-21.

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

160. Архаров В.И., Конев В.Н. В кн.: Труды семинара по жаростойким материалам. Киев: Наукова думка, 1960. - 37 с.

161. Ляхович JI.C. Многокомпонентные диффузионные покрытия. Минск: Наука и техника, 1974. - 288 с.

162. Марчевский А.Г., Сладков И.Б. Термодинамические расчёты в металлургии. Справочник. -М.: Металлургия, 1985. 135 с.

163. Крестовников А.Н., Вигдорович В.Н. Справочник по расчётам равновесий металлургических реакций. М.: Металлургиздат, 1962. - 312 с.

164. Яценко С.П., Салтыкова Е.А., Диев В.Н., Рыкова JI.H. Термодинамические свойства жидких металлов системы Li-Ga. Журнал физической химии. -1973. - Т. XI, VII. - Вып. 9. - С. 2417-2419.

165. Бенсон С. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1964. - 36 с.

166. Смитлз К. Дж. Металлы. Справочник. М.: Металлургия, 1980. - 436 с.

167. Карапетьянц М.Х. Методы сравнительного расчёта физико-химических свойств. -М.: Наука, 1965. -401 с.

168. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М.: Металлургия, 1972. - 583 с.

169. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочник / Под ред. О.А. Банных и М.Е. Дрица. М.: Металлургия, 1986.-439 с.

170. Фром Е., Гебхард Е. Газы и углерод в металлах. М.: Металлургия, 1980.- 620 с.

171. Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. JL: Наука, 1972.-384 с.

172. Никитин В.И. Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твёрдые. М.: Атомиздат, 1967. - 328 с.

173. Белащенко Д.К. Явление переноса в жидких металлах и полупроводниках.- М.: Атомиздат, 1970. 399 с.

174. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургиз-дат, 1962.-456 с.

175. Патент 2271265 РФ. Инструмент для обработки металлов резанием и давлением / А.Г. Соколов, В.П. Артемьев, Е.Г. Соколов, А.А. Чалов. Опубл. 10.03.06 г. -Бюл. № 7.

176. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брост-рем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990.-688 с.

177. Баландин Ю.Ф., Марков В.Г. Конструкционные материалы для установок с жидкометаллическими теплоносителями. JL: Судпромгиз, 1961. - 178 с.

178. Полок X. Ядерные энергетические установки для космоса // Атомная техника за рубежом. 1969. №3. - С. 16-21.

179. Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физико-химические основы применения жидкометаллических теплоносителей. М.: Атомиздат, 1970.-280 с.

180. Энштейн Л.Ф. Коррозия в жидких металлах. М.: Госэнергоиздат, 1958. -56 с.

181. Distefano J.R. Hoffman F.F. Corrosion mechanisms in refractory metal-alkali metal systems // The science and technology of tungsten, tantalum, molybdenum, niobium and their allous. Oxford; London: Pergamon press, 1964. - P. 257-288.

182. Distefano J.R. Hoffman F.F. Corrosion Mechanisms in Refractory metal -Alkalimetal Systems // Atom Energy Rev. 1964. - 2, № 1. - P. 3 - 33.

183. Поляк M.C. Технология упрочнения. Технол. методы упрочнения. В 2т. Т.2. -М.: «Л.В.М.-СРИПТ», Машиностроение, 1995. 688 с.

184. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана: Справочник термиста. Попова Л.Е., Попов А.А. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1991. - 503 с.

185. Энциклопедический справочник термиста-технолога: В 3 т.: Т. 2 / С.Б. Масленков, А.И. Ляпунов, В.М. Зинченко, Б.К. Ушаков. Под общ. ред. С.Б. Масленкова. М.: Наука и технологии, 2004. - 608 с.

186. Ананьевский В.А., Дабижа Л.А. Коррозия поверхностного микрорельефа твёрдых наплавочных материалов в растворах КОН // Сопротивление материалов в агрессивных средах: Труды Кранодар. политех, ин-та, 1976, вып. 71(2).-С. 41-46.

187. Ляшенко Б.А. Несущая способность материалов и конструктивных элементов с защитными покрытиями в экстремальных условиях эксплуатации. Автореф. док. диссертации. Киев: институт проблем прочности АН УССР, 1976.-42 с.

188. Саркисов Н.М., Шишов С.В. Гидромеханическая щелевая перфорация. -НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС, 2002. - Вып. 91.

189. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СКВАЖИННЫЙ ПЕРФОРАТОР ПГМЩ-146. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ