автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Высокотемпературное ионное азотирование конструкционных и инструментальных сталей в тлеющем разряде с полым катодом

На правах рукописи

РАМАЗАНОВ Камиль Нуруллаевич

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ИОННОЕ АЗОТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ С ПОЛЫМ КАТОДОМ

05.16.01 - металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2009

003464684

Работа выполнена в ГОУ ВПО Уфимском государственном авиационном техническом университете на кафедре технологии машиностроения

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Будилов Владимир Васильевич

доктор физико-математических наук, професс Шаркеев Юрий Петрович

Ведущая организация:

кандидат технических наук Гончаренко Игорь Михайлович

Открытое акционерное общество «Институт технологии и организации производства», г. Уфа

Зашита состоится « 27 » февраля 2009 г. в 16.00 часов на заседании диссертац онного совета Д 003.038.01 при ИФПМ СО РАН по адресу: 634021, г. Томе пр. Академический, 2/4, факс: (3822) 492576

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН.

Автореферат разослан января 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

О.В. Сизов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Работоспособность деталей машин и инструмента во многом определяется состоянием поверхностного слоя. Для повышения твердости, прочности и износостойкости широко применяются различные методы термической и химико-термической обработки.

С ростом требований к качеству упрочненного слоя, к показателям экономической эффективности процессов, к подбору материалов в зависимости от поверхностных свойств, диффузионному слою и сечению деталей, а также вследствие увеличения объемной доли сложнолегированных легкопассивирующихся сталей и сплавов в процессе производства деталей и инструмента, становиться актуальным применение регулируемых процессов в многокомпонентных атмосферах, ресурсосберегающих, вакуумных, ионно-плазменных технологий.

В последнее время все большее развитие и применение получают методы и способы ионного азотирования, которые позволяют не только избавиться от недостатков традиционных методов (газовое, в кипящем слое, в жидких средах), но и получить следующие преимущества: возможность регулирования параметров обработки в широком интервале режимов и за счет этого — структуры, фазового состава, твердости, износостойкости, шероховатости; высокую скорость насыщения; получение диффузионных слоев заданного фазового состава и строения; высокий класс чистоты поверхности; большую экономичность процесса за счет значительного сокращения общего времени обработки; повышение коэффициента использования электроэнергии; сокращение расхода насыщающих газов; процесс не токсичен и отвечает требованиям по защите окружающей среды.

Причиной повышенного внимания к проблеме высокотемпературного азотирования и светлой закалки является уникальные свойства поверхности изделия, которые формируются в результате обработки: высокая твердость на поверхности, не изменяющаяся при нагреве до 500-600°С, высокая износостойкость, низкая склонность к задирам, высокий предел выносливости и высокая кавитацион-ная стойкость.

Высокотемпературному азотированию конструкционных и инструментальных материалов в литературе уделяется большое внимание, однако не все аспекты такого упрочения изучены достаточно полно. Весьма мало сведений о структуре и свойствах конструкционных и инструментальных сталей, прошедших высокотемпературное ионное азотирование, в том числе совмещенное со светлой закалкой, причем экспериментальные данные недостаточно систематизированы и часто весьма противоречивы.

С целью интенсификации процесса насыщения обрабатываемой поверхности, целесообразно использование тлеющего разряда с эффектом полого катода, который позволяет существенно увеличить плотность ионного тока вследствие многократной осцилляции электронов в катодной полости, образованной поверхностью детали и экраном. В работах Ю.Е. Крейнделя, Н.М. Лемешева, А.И. Слос-мана, В.В. Будилова, С.Р. Шехтмана, Р.Д. Агзамова экспериментально было доказано, что при ионном азотировании в условиях проявления эффекта полого катода значение поверхностной микротвердости и глубины азотированного слоя су-

щественно выше по сравнению с обработкой в тлеющем разряде с плоским катодом при равных параметрах процесса (время, давление, температура), что обеспечивает значительное повышение производительности, экономию электроэнергии и азотирующего газа.

Таким образом, тематика диссертационной работы, направленная на решение проблемы высокотемпературного ионного азотирования конструкционных и инструментальных сталей в тлеющем разряде с полым катодом, представляется актуальной, поскольку позволит сократить время азотирования до 1 - 2 часов и получать диффузионные слои заданного фазового состава с высокой поверхностной микротвердостью и износостойкостью, и тем самым обусловит дальнейшее развитие технологий, направленных на улучшение эксплуатационных свойств деталей и иструмента.

Целью работы является исследование и разработка новой технологии высокотемпературного ионного азотирования, в том числе совмещенной со светлой закалкой в тлеющем разряде с полым катодом конструкционных и инструментальных сталей, обеспечивающих целенаправленное формирование фазового состава и повышение механических свойств.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ моделей взаимодействия плазмы тлеющего разряда с поверхностью конструкционных и инструментальных материалов.

2. Разработка способов высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки, включающей высокотемпературное ионное азотирование и последующую светлую закалку, основанных на модифицировании в тлеющем разряде с полым катодом.

3. Исследование влияния ионного азотирования, высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом, на фазовые превращения в конструкционных и инструментальных сталях.

4. Исследование влияния ионного азотирования, высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом, на механические свойства конструкционных и инструментальных сталей.

5. Разработка технологий высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки, включающей высокотемпературное ионное азотирование и последующую светлую закалку в тлеющем разряде с полым катодом.

Основные положения, полученные лично автором и выносимые на защиту:

1. Результаты исследования характеристик тлеющего разряда с полым катодом в смеси газов, зависимостей плотности тока от напряжения, давления и расстояния между обрабатываемой поверхностью и экраном.

2. Способы высокотемпературного ионного азотирования конструкционных и инструментальных сталей, в том числе совмещенного со светлой закалкой, основанные на модифицировании в тлеющем разряде с полым катодом, обеспечивающие целенаправленное формирование заданного фазового состава и повышение механических свойств.

3. Результаты исследования влияния высокотемпературного ионного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой, на скорость насыщения обрабатываемой поверхности атомарным азотом, на количественный и качественный фазовый состав сталей 38Х2МЮА, ЗОХГСА и Х12.

4. Зависимости микротвердости и износа от фазового состава, режимов и способов обработки конструкционных и инструментальных сталей в тлеющем разряде с полым катодом.

Научная новизна:

1. Установлено, что в условиях высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом скорость роста диффузионной зоны в 3 - 5 раз выше по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки А) в системе железо - азот в тлеющем разряде с полым катодом, вследствие роста диффузионной подвижности элементов при температурах предпревра-щения ферритно-цементитной смеси в аустенит.

2. Установлено, что в отличие от ионного азотирования в тлеющем разряде при температурах ниже точки А1 в системе железо - азот, при котором в сталях ЗОХГСА, 38Х2МЮА и Х12 шпридная зона преимущественно состоит из £-фазы Ре2.3(Т\'), а также нитридов легирующих элементов (СгЫ, Сг2Н (Ре, Сг)2_3М), кар-бонитридных фаз (Ре(Ме)2.3(М,С), Ре(Ме)4(М,С), Сг(К,С), Сг2(^,С)) и а-фазы насыщенной азотом, при ионном высокотемпературном ионном азотировании в тлеющем разряде с полым катодом £-фаза отсутствует, а ншридная зона характеризуется большей однородностью и преимущественно состоит из у'-фазы Ре4(Ы), (Ре, Ме)4М, нитридов легирующих элементов, карбонитридных фаз, а также оксида (Ре, Ме)304 с кристаллической решеткой шпинели.

3. Установлено, что высокий уровень упрочнения поверхности, достигаемый в результате применения высокотемпературного ионного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой, в тлеющем разряде с полым катодом, позволяет повысить износостойкость стали 38Х2МЮА в 12 и 30 раз соответственно по сравнению с исходным состоянием и в 2,5 и 6 раз соответственно по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки А( в системе железо - азот, вследствие целенаправленного формирования заданного фазового состава и микротвердости.

4. Впервые исследованы методы высокотемпературного ионного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой в тлеющем разряде с эффектом полого катода, реализуемого сетчатым экраном.

Достоверность результатов определяется применением комплекса современных методов исследования, использованием сертифицированного оборудования, соответствием экспериментальных результатов с данными других авторов.

Вклад автора состоит в совместных с научным руководителем постановке задач диссертации, а также проведении экспериментов, обработке полученных результатов, формулировке выводов и положений, выносимых на защиту, написании статей по теме диссертации.

Практическая ценность работы:

• Зависимости температуры обрабатываемой поверхности от времени при различных значениях рабочего давления при обработке в тлеющем разряде в условиях проявления и без проявления полого катода, а также кривые охлаждения поверхности конструкционных и инструментальных сталей в потоке различных газов н в масле, зависимости фазового состава от температуры насыщения могут быть использованы при назначении технологических режимов высокотемпературного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой, в тлеющем разряде с полым катодом.

• Впервые разработаны способы высокотемпературного ионного азотирования (Патент № 2276201 от 10.05.2006), светлой закалки (Патент № 2277592 от 10.06.2006, Патент № 2275433 от 27.04.2006) и комбинированный обработки (Патент № 2324001, от 10.05.08) стальных изделий в тлеющем разряде с полым катодом, формируемый между деталью и экраном.

• Разработан и внедрен в производство технологический процесс высокотемпературного ионного азотирования матриц холодновысадочного автомата для обрезки шести- и четырехгранников болтов, применяемых в производстве автонормалей на заводе БелЗАН. Проведенные испытания показали, что стойкость штамповой оснастки повысилась в 2 - 3 раза.

• Разработан и внедрен типовой технологический процесс модифицирования поверхности деталей типа «Стакан», включающий высокотемпературное ионное азотирование, на модернизированной установке ННВ - 6,6 - И1 на ОАО "Уфимское моторостроительное производственное объединение".

Реализация результатов работы 1. Обработана опытная партия матриц и пуансонов из быстрорежущей стали Р6М5, применяемых в производстве автонормалей на заводе БелЗАН, по разработанному технологическому процессу высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом. Проведенные испытания показали, что стойкость штамповой оснастки повысилась в 2 - 3 раза.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Международной конференции «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (Харьков, 2004, 2007, 2008); Научно - технической конференции «Вакуумная наука и техника» (Судак, 2004, 2005, 2006, 2008); Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2004, 2006); 7-й Международной конференции «Вакуумные нанотехнологии и оборудование» (Харьков, 2006); Международной конференции «Радиационная физика» (Севастополь, 2007); Международной конференции «Газоразрядная плазма и ее технологические применения» (Томск, 2007); Международной научно-технической конференции «Молодежь в авиации: новые решения и передовые технологии» (Запорожье, 2008); Региональных научно-технических конференциях (Уфа, 2004, 2005, 2006, 2007,2008).

Публикации По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе 5 статей в рецензируемых журналах из перечня ВАК, 4 патента РФ на изобретения и 1 положительное решения на изобретение.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и приложений, изложена на 152 станицах, включая 50 рисунков, 9 таблиц и библиографию из 125 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и применения ионно-плазменных технологий для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств поверхности. Отражены научная новизна и практическая значимость работы, а также перечислены основные результаты и положения выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ методов азотирования, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик поверхностей деталей машин и инструмента.

Широко используемый в промышленности метод азотирования в диссоциированном аммиаке с применением печного нагрева обладает такими серьёзными недостатками, как большая длительность процесса, трудность насыщения азотом легко пассивирующихся высоколегированных сталей, образование хрупкой s-фазы на поверхности деталей, неблагоприятные воздействия на окружающую среду.

Методы ионно-плазменного азотирования позволяют не только избавиться от перечисленных выше недостатков, но и добиться ряда важных преимуществ (большая скорость насыщения, возможность проведения регулируемых по составу и свойствам азотированного слоя процессов насыщения, экологическая безопасность, низкие показатели расхода энергии, управляемость, стабильность и предсказуемость конечных показателей обработки, их равномерность по поверхности ввиду отсутствия взаимного перекрытия участков).

Методы ионно-плазменного азотирования широко исследуются в последнее время. Достаточно отметить работы таких ученых как Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н., Коган Я.Д., Коваль H.H., Андреев A.A., Пастух И.М., Герасимов С.А., Гусева М.И., Любимов В.В., Панайоти Т.А., Петрова Л.Г.

Из анализа литературных данных было установлено, что перспективным является процесс высокотемпературного азотирования при 700°С, а также высокотемпературное азотирование с последующей закалкой диффузионного слоя, в результате такого вида упрочнения конструкционные и инструментальные стали приобретают: высокую твердость на поверхности, не изменяющуюся при нагреве до 500-600°С; высокую износостойкость; низкую склонность к задирам; высокий предел выносливости; высокую кавитационную стойкость; хорошую сопротивляемость коррозии.

Высокотемпературное азотирование получило широкое распространение для повышения эксплуатационных свойств инструмента горячего деформирования, к примеру для штампов, работающих при повышенных температурах, больших удельных нагрузках, в условиях развития усталостных процессов.

Рассмотрены процессы, происходящие при взаимодействие плазмы с поверхностью детали при азотировании в тлеющем разряде, а также проанализированы модели процесса азотирования в тлеющем разряде. Из анализа литературных данных можно выделить следующие модели процесса азотирования в тлеющем разряде: технологическая; И. Кольбеля, Б. Эденхофера, Ю.М. Лахтина; Б. Н. Арзамасова; энергетическая И.М. Пастуха.

Анализ процессов взаимодействия плазмы с поверхностью показывает, что для увеличения эффективности ионного азотирования необходимо увеличить плотность ионного потока. Это возможно либо при использовании специальных источников ионов (в этом случае область рабочего давления составляет не более 1 Па), либо используя эффект полого катода, который способствует увеличению степени ионизации вблизи обрабатываемой поверхности.

Было предложено проводить высокотемпературное ионное азотирование конструкционных и инструментальных сталей при температурах 700°С предпре-вращения ферритно-цементитной смеси в аустенит, когда диффузионная подвижность элементов резко возрастает, а время азотирования сокращается до 1-2 ч, а также метод упрочнения, включающий высокотемпературное ионное азотирование и последующую светлую закалку в условиях вакуума за один технологический цикл.

По результатам анализа исследований ионного азотирования в тлеющем разряде в области влияния технологических параметров и режимов обработки на качество и состав азотированного слоя, был выбран состав насыщающего газа: N - 50%, Аг - 45%, С2Н2 - 5%, а также диапазон рабочего давления для ионного азотирования при температуре 550°С равный 100-200 Па, а для ионного азотирования при температуре 700°С равный 200-300 Па.

На основании данного анализа были поставлены цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены методики определения микротвердости, металлографического исследования азотированного и закаленного слоя, рентгено-структурного анализа обработанных образцов, контроля температуры, а также методика определения износостойкости.

Объектом для проведения исследований ионного азотирования в тлеющем разряде с ЭПК были выбраны конструкционные стали 38Х2МЮА, 30ХГСА, 16ХЗНВФМБ-Ш (ДИ39), 13Х11Н2В2МФ-Ш (ЭИ961) и инструментальные стали 9ХС, ХВГ, Х12, Р6М5.

Экспериментальные исследования проводились на модернизированных серийных установках ННВ-6.6-И1 и ЭЛУ-5.

В третьей главе представлены исследования влияния ионного азотирования, высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом на структуру, фазовый состав, сингонию и период кристаллической решетки, остаточную деформацию и величину напряжений, область когерентного рассеяния и средний размер кристаллитов конструкционных и инструментальных сталей.

На рисунке 1 показана микроструктура образцов из стали 38Х2МЮА, подвергнутых ионному азотированию, высокотемпературному ионному азотированию и комбинированной обработке.

Анализ структуры стали 38Х2МЮА после ионного азотирования при 550°С (рис. 1, а) показывает наличие карбонитридной и нитридной зоны, состоящей из нитридов основного металла и легирующих элементов (к примеру (Ре, Сг)2.3М) и карбонитридных фаз (Ре(Ме)2л(М,С), Ре(Ме)4(Ы,С)), а также а-фазу насыщенную азотом. На рис. I, а, б, видно, что структура карбонитридной и нитридной зоны ультрамелкозернистая. Переход от азотированного слоя к нижележащим слоям

плавный, что является одним из основных требований к микроструктуре азотированной стали. Толщина диффузионной зоны изменяется от 50 до 100 мкм.

а) ионное азотирование при Т= 550°С, г = 3 ч, /> = 150 Па,/ = 0,4 А, U= 400 В

6) высокотемпературное азотирование при Т= 700°С, / = 1 ч, Р = 200 Па, /=0,5 А, У=450 В

Рисунок 1. Микроструктура стали 38Х2МЮА

в) высокотемпературное азотирование с последующей светлой закалкой от Т= 930°С, Р - 200 Па, /=0,6 А, и — 500 В

Структура закаленной стали 38Х2МЮА - мартенсит, остаточный аустенит и карбиды. Наблюдаются светлые поля - смесь мартенсита и аустенита, эти участки более легированы вследствие структурной неоднородности стали. Морфологический тип мартенситных кристаллов стали 38Х2МЮА - пакетный, кристаллы пакетного мартенсита имеют форму тонких (0,1-0,2 мкм) пластин (реек). Установлено, что в отличии от светлой закалки, в результате комбинированной обработки (рис. 1, в) на поверхности стали 38Х2МЮА образуется карбонитридная у'-фаза (Ре(М)4(М,С) далее расположены у-фаза и а-фаза пересыщенная азотом. Поверхностный слой с расположенной под ним развитой мартенситной зоной, предотвращающей продавливание слоя у'-фазы.

После ионного азотирования при 550°С на всех исследованных сплавах получается упрочненный слой, состоящий из двух зон (рис. 1, а): зоны соединений (белый слой) и диффузионной зоны. После насыщения при 700 °С белый слой отсутствует и диффузионная зона характеризуется большей однородностью (рис. 1, б). По данным рентгеноструктурного анализа, на поверхности азотированной при 700 °С стали присутствует у'-фаза типа (Ре, Ме)4Ы в виде весьма тонкого слоя (<5 мкм), а на поверхности азотированной при температуре 550 °С обнаружена помимо у'-фазы е-фаза типа (Ре, Ме^И.

На рис. 2 показаны дифрактограммы поверхности образцов из стали 38Х2МЮА подвергнутых ионному азотированию, высокотемпературному ионному азотированию и комбинированной обработке.

На дифрактограмме (рис. 2, б) поверхности образца из материала 38Х2МЮА после ионного азотирования обнаружены рефлексы е-фазы Ре2_;,(>Г), Ре2_3(М,С), у'-фазы Ре4Ы, Ре4(М,С), а также фазы состоящие из нитридов и карбо-нитридов хрома (СгК, Сг(Ы,С), Сг21\'; Сг2(Ы,С)). Вследствие обработки в смеси азота, аргона и ацетилена (Ы2 - 50%, Аг - 45%, С2Н2 - 5%), на поверхности выявлены рефлексы карбонитридов Ре4(К,С), Сг(Ы,С), Сг2СЫ,С).

а) в исходном состоянии б) после ионного азотирования при

Г=550°С, г = Зч,Р=150Па, /=0,4 А, С/=400В

в) послс высокотемпературного азоти- г) после высокотемпературного азотиро-рования при Т- 700°С, / = 1 ч, валия с последующей светлой закалкой от

Р = 200 Па,/=0,5 А, {/=450В Т= 930°С, Р"200 Па, /= 0,6 А, С/= 500В

Рисунок 2. Дифрактограммы образца из стали 38Х2МЮА

На дифрактограмме (рис. 2, е) поверхности образца из материала 38Х2МЮА после высокотемпературного ионного азотирования помимо рефлексов у'-фазы Ре4М, Ре4(К,С) и фаз состоящих из нитридов и карбонитридов хрома (СгМ, Сг(И,С), Сг2К, Сг2(М,С)), обнаружены также рефлексы оксида (Ре, Ме)304 с кристаллической решеткой шпинели, в которой содержатся легирующие элементы. Поскольку сродство к кислороду у всех металлов без исключения больше сродства к азоту или углероду, то неизбежны обменные реакции, т.е. кислород частично заменит азот и углерод в диффузионном слое. И как следствие при этом образуются оксидные структуры. Оксинитридные зоны более пластичны, чем оксидные пленки Ре203, и в то же время обладают близкими к последним антиадгезионными свойствами. Формирование оксинитридных покрытий, не склонных к схватыванию, очень важно для работоспособности узла трения в начальный период износа, когда локальные давления чрезвычайно велики и больше, чем при установившемся износе, а также для инструмента работающего в условиях горячего деформирования деталей из титановых сплавов и жаропрочных никелевых сплавов.

На дифрактограмме (рис. 2, г) поверхности образца из материала 38Х2МЮА после высокотемпературного ионного азотирования с последующей

светлой закалкой, обнаружены также рефлексы мартенсита (а-Ре(С)) и остаточного аустенита у-Ре(С), у-Ре(Ы,С).

При повышении концентрации углерода в стали параметры решеток £ и у'-фазы увеличиваются за счет замены части атомов азота (гц=0,071нм) большими атомами углерода (гс=0,077нм). Однако периоды решетки а и с изменяются неодинаково: наиболее активно увеличивается значение а, благодаря чему отношение с/а для карбонитридной е-фазы уменьшается. Это может служить рентгено-структурным критерием для идентификации карбонитридной природы е-фазы.

Величина напряжений нитридных фаз изменяется в диапазоне от 4,5 до 17*108 Па, было отмечено, что с ростом температуры азотирования величина напряжений снижается, а в результате комбинированной обработки достигает своего максимального значения. Образование азотисто-углеродистого аустенита в диффузионном слое при совмещении азотирования со светлой закалкой задерживает начало мартенситного превращения на поверхности по сравнению с сердцевиной, что приводит к увеличению остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое.

В четвертой главе представлены исследования влияния ионного азотирования, высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом на микротвердость поверхности и изменение микротвердости по глубине слоя конструкционных и инструментальных сталей. Приведены результаты исследования влияния высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом на износостойкость стали 38Х2МЮА.

В результате ионного азотирования образцов из конструкционных и инструментальных сталей при температуре 550°С произошло увеличение микротвердости поверхности в 3-5 раз. Высокотемпературное ионное азотирование при температуре 700°С конструкционных и инструментальных сталей приводит к увеличению микротвердости поверхности в 2,5-3 раза. В отличии от ионного азотирования, в результате высокотемпературного ионного азотирования поверхностная микротвердость упрочненного слоя ниже, вследствие образования на поверхности у'-фазы типа ((Ре, Ме)4Ы, (Ре, Ме)4 (N,0)), и выклинивания более твердой высокоазотистой £-фазы типа ((Ре, Ме^.зЫ, (Ре, Ме)3 (И,С)). Установлено, что в результате использования комбинированного метода обработки (высокотемпературное ионное азотирование и последующая светлая закалка) достигается максимальная микротвердость на поверхности всех образцов.

Установлено, что ионное азотирование в смеси азота с аргоном (N2 - 75%, Аг-25%) не эффективно для сталей. Азотирование в смеси азота, аргона и ацетилена (Ы - 50%, Аг - 45%, С2Н2- 5%) на различных режимах приводит к увеличению микротвердости на поверхности до НУ5<я10000 МПа. При этом максимальная поверхностная микротвердость была получена при давлении 200 Па.

На рис. 3, а, б, показано изменение микротвердости по глубине азотированного слоя стали 38Х2МЮА и Х12, обработанных в тлеющем разряде с полым катодом, при температуре 550°С для традиционного ионного азотирования и при температуре 700°С для высокотемпературного ионного азотирования. Обработка проводилась в смеси газов азота, ацетилена и аргона (N2-50%, Аг - 45%, С2Нг-5%).

I2000

Е [ото 8000

> s

í то

т

г 4000 &

i 2000 S

S — , —

_ V

12000

10 20 50 40 SO «1 70 80 40 № 110 120 Рясстояже or амергносп, MKM

■ - 38Х2МЮА - азотирование при

Г= 550°C, í = Зч - - 38Х2МЮА - азотирование при Г=700°С, /= 1ч

0 10 20 30 40 50 60 70 !0 М 100 НО 120 Р|сгто«нн( от поверхности, мкм

—■--Х12- азотирование при

Т= 550°С, (= 3 ч —- Х12 - азотирование при Г=700°С, < = 1 ч

а) сталь 38Х2МЮА

6) сталь Х12

Рисунок 3. Изменение мнкротвердости по глубине азотированного слоя после азотирования в тлеющем разряде с полым катодом

Из рис. 3, а, б, следует, что в условиях высокотемпературного ионного азотирования при 700°С значение глубины азотированного слоя существенно выше по сравнению с азотированием при 550°С. Увеличение глубины азотированного слоя на образцах азотированных при температуре 700"С в тлеющем разряде с полым катодом объясняется ростом диффузионной подвижности элементов при температурах предпревращения ферритно-цементитной смеси в аустенит, а также вследствие разложении поверхностных нитридов и проникновении образовавшегося азота в глубь металла, при этом толщина высокоазотистой зоны с-фазы с ростом температуры уменьшается.

Из рис. 3, а, б, следует, что в условиях как традиционного так и высокотемпературного ионного азотирования минимальным значением глубины азотированного слоя обладает образцы из стали XI2, содержащей большее количество нитридообразующих элементов, это объясняется тем что легирующие элементы (Мп, Сг, Мо, V, V/ ) образуют ниггридный слой, который обладает свойствами экранирования и замедляющий скорость диффузии азота. Также необходимо отметить, что распределение микротвердости по глубине азотированного слоя для стали Х12 неравномерное вследствие большего содержания углерода (С 2-2,2%) по сравнению со сталью 38Х2МЮА (С 0,3-0,4%). По данным исследований увеличение содержания углерода в стали резко повышает толщину поверхностной пористой зоны с-фазы, и одновременно препятствует равномерному развитию внутренней зоны азотирования. Распределение микротвердости по глубине азотированного слоя для стали 38Х2МЮА более равномерное вследствие содержания А! и Б), которые способствуют развитию у'-фазы (Ре(М)4(]\',С) в виде сплошного слоя или пластин, расположенных по плоскостям скольжения и границам зерен на значительную глубину.

На рис. 4 представлена сравнительная износостойкость поверхности образцов из стали 38Х2МЮА в зависимости от метода обработки.

Высокий уровень упрочнения поверхности, достигаемый в результате применения высокотемпературного ионного азотирования при 700°С и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом, позволяет повысить износостойкость стали 38Х2МЮА в 12 и 30 раз соответственно по сравнению с исходным состоянием и в 2,5 и 6 раз соответственно по сравнению с ионным азотированием при 550°С.

В условиях изнашивания при контактных нагрузках (5,ОН) без смазочного материала высокой износостойкостью обладает образец с ультрамелкозернистой структурой, состоящей из нитридов основного металла к легирующих элементов (к примеру (Ре, Сг)4Ь') и карбонитридных фаз (Ре(Меи(НС)) в поверхностном слое и с расположенной под ним развитой мар-тенситной зоной, предотвращающей продавливание слоя у'-фазы.

В пятой главе представлены экспериментальные исследования вольт-амперных характеристик тлеющего разряда, зависимости температуры поверхности от режимов обработки в тлеющем разряде в условиях проявления и без проявления полого катода. Приведены кривые охлаждения поверхности конструкционных и инструментальных сталей в потоке различных газов и в масле, разработанные технологические процессы высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки, включающей высокотемпературное ионное азотирование и последующую светлую закалку в тлеющем разряде с полым катодом.

Эксперименты по определению скорости охлаждения конструкционных и инструментальных сталей в вакуумной установке показали, что при охлаждении образцов потоком аргона с давлением 0,2 МПа, скорость охлаждения составила 40°С/сек. При увеличении давления потока аргона до 2,5 МПа, скорость охлаждения возрастает до 100аС/сек. Использование в качестве охлаждающего газа гелия позволяет увеличить скорость охлаждения до 200°С/сек. При охлаждении образцов в вакуумном масле, скорость охлаждения достигает максимального значения 400 °С/сек, которая является достаточной для получения структуры мартенсита.

По результатам экспериментальных исследований в рамках диссертационной работы были разработаны технологические процессы высокотемпературного

Рисунок 4. Сравнительная износостойкость поверхности образцов в зависимости от метода обработки:

а) в исходном состоянии (закалка + высокий отпуск); б) ионное азотирование при 550°С; в) высокотемпературное ионное азотирование при 700°С; г) комбинированная обработка (высокотемпературное ионное азотирование при 700°С с последующей светлой закалкой от 940°С).

ионного азотирования, высокотемпературного ионного азотирования с последующей светлой закалкой.

Результаты испытания матриц и пуансонов для холодновысадочного автомата показали экономическую эффективность и целесообразность применения разработанной технологии высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом, при этом стойкость штамповой оснастки повысилась в 2-3 раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ моделей и процессов взаимодействия плазмы тлеющего разряда с поверхностью показывает, что для увеличения эффективности ионного азотирования необходимо увеличить плотность ионного потока и как следствие количество атомарного азота. Это возможно либо при использовании специальных источников ионов (в этом случае область рабочего давления составляет не более 1 Па), либо используя эффект полого катода, который способствует увеличению степени ионизации вблизи обрабатываемой поверхности.

2. Разработаны способы высокотемпературного ионного азотирования, светлой закалки и комбинированной обработки (высокотемпературного ионного азотирования с последующей светлой закалкой) в плазме тлеющего разряда с полым катодом, которые позволяют проводить модифицирование поверхности конструкционных и инструментальных сталей. При этом фазовое состояние зависит от химического состава и температурно-временных параметров процесса обработки. При изменении этих параметров в диффузионном слое могут образовываться нитридные и карбонитридные соединения основного металла и легирующих элементов типа £ и у'-фаз, а также оксинитридные соединения типа - (Ре, Ме)304, различающиеся средними размерами кристаллитов, объемной долей, величиной остаточной деформации и напряжений.

3. Установлено, что в отличие от ионного азотирования в тлеющем разряде при температурах ниже точки А) в системе железо - азот, при котором в сталях ЗОХГСА, 38Х2МЮА и Х12 нитридная зона преимущественно состоит из £-фазы Ре2.3(К), Ре2-з(КС), а также нитридов легирующих элементов (СгЫ, Сг2Н (Ре, Сг)2.3Ы), карбонитридных фаз (Ре(Ме)2.3(М,С), Ре(Ме)4(Ы,С), Сг(Ы,С), Сг2(М,С)) и а-фазы насыщенной азотом, при высокотемпературном ионном азотировании в тлеющем разряде с полым катодом е-фаза отсутствует, а нитридная зона характеризуется большей однородностью и преимущественно состоит из у'-фазы Ре4(Ы), (Ре, Ме^И, нитридов легирующих элементов, карбонитридных фаз, а также оксида (Ре, Ме)304 с кристаллической решеткой шпинели. Установлено, что в отличии от светлой закалки, при которой образуется структура состоящая из мартенсита (а-Ре(С)), остаточного аустенита у-Ре(С), у-Ре(КС), а также карбидов, в результате комбинированной обработки на поверхности сталей образуется кар-бонитридная у'-фаза (Ре(М)4(М,С) далее расположены у - фаза и а-фаза пересыщенная азотом. Поверхностный слой с расположенной под ним развитой мартен-ситной зоной, предотвращающей продавливание слоя у'-фазы.

4. Установлено, что в условиях высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом скорость роста диффузионной зоны в 3—5 раз выше по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки Ai в системе железо - азот в тлеющем разряде с полым катодом, вследствие роста диффузионной подвижности элементов при температурах предпревращения фер-ритно-цементитной смеси в аустенит, а также разложения поверхностных нитридов и проникновения образовавшегося азота в глубь металла

5. Установлено, что в условиях изнашивания при контактных нагрузках (5,0 Н) без смазочного материала максимальной износостойкостью обладает образец со структурой состоящей из нитридов основного металла и легирующих элементов (к примеру (Fe, Cr)4N), а также карбонитридных фаз (Fe(Me)4(N,C)) в поверхностном слое и с расположенной под ним развитой мартенситной зоной, предотвращающей продавливание слоя у'-фазы. Высокий уровень упрочнения поверхности, достигаемый в результате применения высокотемпературного ионного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом, позволяет повысить износостойкость стали 38Х2МЮА в 12 и 30 раз соответственно по сравнению с исходным состоянием и в 2,5 и 6 раз соответственно по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки А| в системе железо — азот.

6. Разработаны технологии высокотемпературного ионного азотирования и высокотемпературного ионного азотирования с последующей светлой закалкой, основанные на модифицировании в тлеющем разряде с полым катодом, которые позволяют получать диффузионные слои заданного фазового состава, а также значительно сократить общее время обработки в 2-4 раза, энергозатраты и расход насыщающих газов. Высокотемпературное ионное азотирование приводит к интенсификации процесса насыщения и обеспечивает высокую кинетическую эффективность процесса по сравнению с традиционными методами азотирования. Производственные испытания матриц и пуансонов для холодновысадочного автомата показали экономическую эффективность и целесообразность применения разработанной технологии высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом, при этом стойкость штамповой оснастки повысилась в 2-3 раза.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК:

1. Будилов, В.В. Технология ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом [Текст] / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Р.Д. Агзамов // МиТОМ. -2007,- №7.- С. 25-29.

2. Будилов, В.В. Исследование и разработка методов химико-термической обработки на основе структурно-фазового модифицирования поверхности деталей сильноточными разрядами в вакууме [Текст] / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Р.Д. Агзамов // Вестник УГАТУ. - Уфа, 2007. № 1. - С. 117-127.

3. Рамазанов, К.Н. Высокотемпературное структурно-фазовое модифицирование конструкционных сталей плазмой тлеющего разряда [Текст] / К.Н. Рамазанов, Р.Д. Агзамов//Известия вузов. Физика. -2007. -№9. Приложение. -С.479-483.

4. Буднпов, В.В. Технология ионного азотирования деталей ГТД в тлеющем разряде с полым катодом [Текст] / В.В. Будшюв, К.Н. Рамазанов // Вестник УГАТУ. - Уфа, 2008. № 1(26). - С. 82-87.

5. Рамазанов, К.Н. Исследование влияния азотирования и высокотемпературного азотирования в тлеющем разряде с Эффектом Полого Катода на фазовые превращения в конструкционных и инструментальных сталях [Текст] / К.Н. Рамазанов // Вестник УГАТУ. - Уфа, 2008. № 1(26). - С. 100-108.

Статьи в других изданиях:

1. Рамазанов, К.Н. Термическая и химико-термическая обработка материалов в тлеющем разряде с эффектом полого катода [Текст] / К.Н. Рамазанов, Р.Д. Аг-замов, // Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий : сб. науч. тр. / Уфа: Изд. Гилем, - 2004. - С. 203-212.

2. Будилов, В.В. Ионное азотирование в тлеющем разряде с эффектом полого катода при низких давлениях [Текст] / В.В. Будилов, Р.Д. Агзамов, К.Н. Рамазанов // Вакуумная наука и техника: материалы Всероссийской научно - технической конференции. - Москва, 2004. С. 416-419.

3. Будилов, В.В. Исследование процессов ионно-плазменного азотирования [Текст] / В.В. Будилов, Р.Д. Агзамов, К.Н. Рамазанов // ОТТОМ - 5: материалы международной конференции. - Харьков, - 2004, - С. 48-56.

4. Пат. 2275433 Российская Федерация, МПК7 С 21 Э 1/09, С 21 О 1/38. Способ поверхностного упрочнения деталей [Текст] / Будилов В.В., Агзамов Р.Д., Рамазанов К.Н.; патентообладатель Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. -№ 2004133438/02; заявл. 16.11.04; опубл. 27.04.06, Бюл. №12-3 е.: ил.

5. Пат. 2277592 Российская Федерация, МПК7 С 21 Б 1/06. Способ светлой закалки изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода [Текст] / Будилов В.В., Агзамов Р.Д., Рамазанов К.Н. ; патентообладатель Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - № 2004121289/02 ; заявл. 12.07.04; опубл. 10.06.06, Бюл. №16. -3 е.: ил.

6. Пат. 2276201 Российская Федерация, МПК7 С 23 С 8/36, С 23 С 8/80. Способ азотирования изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода [Текст] / Будилов В.В., Агзамов Р.Д., Рамазанов К.Н. ; патентообладатель Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - № 2004132581/02 ; заявл. 09.11.04; опубл. 10.05.06, Бюл. №13.-3 е.: ил.

7. Пат. 2324001 Российская Федерация, МПК7 С 23 С 8/36, С 23 С 8/80. Способ термической и химико-термической обработки стальных изделий в вакууме [Текст] / Будилов В.В., Рамазанов К.Н.; патентообладатель Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - № 2006124368; заявл. 06.07.06; опубл. 10.05.08, Бюл. №13. -5 е.: ил.

8. Заявка № 2006111692/02(012717) МПК8 С 23 С 8/36. Способ ионного азотирования внутренней поверхности труб [Текст] / Будилов В.В., Агзамов Р.Д., Ра-

мазанов К.Н. ; заявитель Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - № 2006111692/02 ; заявл. 10.04.06. — 4 е.: ил.

9. Мухин, B.C. Применение эффекта полого катода для термической и химико-термической обработки материалов в тлеющем разряде [Текст] / B.C. Мухин, В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов и др. // Теплофизика технологических процессов: материалы Всероссийской научно - технической конференции. - Рыбинск,

2005. С. 124 - 128.

10. Будилов, В.В. Термическая обработка конструкционных сталей в вакууме с использованием тлеющего разряда [Текст] / В.В. Будилов, Р.Д. Агзамов, К.Н. Рамазанов // Вакуумная наука и техника: материалы Всероссийской научно—технической конференции. - Москва, 2005. С. 290-294.

П.Мухин, B.C. Исследование и разработка технологии термической и химико-термической обработки конструкционных и инструментальных сталей в вакууме [Текст] / B.C. Мухин, В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов и др. // Проблемы машиноведения, конструкционных материалов и технологий : сб. науч. тр. / Уфа: Изд. Гилем, - 2005. - С. 183-196.

12. Мухин, B.C. Применение эффекта полого катода для термической и химико-термической обработки материалов в тлеющем разряде [Текст] / B.C. Мухин, В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов и др. // Теплофизика технологических процессов: материалы Всероссийской научно - технической конференции. - Рыбинск,

2006. С. 120-124.

13. Будилов, В.В. высокотемпературное азотирование и светлая закалка инструментальных сталей в вакууме [Текст] / В.В. Будилов, Р.Д. Агзамов, К.Н. Рамазанов // Вакуумная наука и техника: материалы Всероссийской научно - технической конференции. - Москва, 2006. С. 280-285.

14. Рамазанов, К.Н. Технология высокотемпературного азотирования и светлой закалки инструментальных сталей в вакууме [Текст] / К.Н. Рамазанов // Вакуумные нанотехнологии и оборудования: материалы международной научно-технической конференции. - Харьков, - 2006, - С. 19-22.

15. Мухин, B.C. Исследование и разработка технологии высокотемпературного азотирования и светлой закалки инструментальных сталей в вакууме [Текст] / B.C. Мухин, В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов и др. // Проблемы машиноведения и критических технологий в машиностроительном комплексе республики Башкортостан: сб. науч. тр. / Уфа: Изд. Гилем, - 2006. - С. 131-137.

16. Рамазанов, К.Н. Исследование и разработка методов химико-термической обработки поверхности деталей в вакууме на основе высокотемпературного структурно фазового модифицирования [Текст] / К.Н. Рамазанов // ОТТОМ-8: материалы международной научно - технической конференции. - Харьков, -

2007.- С. 156-161.

17. Рамазанов, К.Н. Исследование и разработка процесса высокотемпературного азотирования на основе структурно фазового модифицирования сильноточными разрядами в вакууме [Текст] / К.Н. Рамазанов, В.В. Будилов // Радиационная физика: материалы международной научно - технической конференции. — Севастополь, - 2007. - С. 70-75.

18. Мухин, B.C. Технологическое обеспечение качества поверхности деталей машин высокотемпературным ионно-плазменным модифицированием [Текст] / B.C. Мухин, В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов // Проблемы качества машин и их конкурентоспособности: материалы международной научно-технической конференции. - Брянск, - 2008,- С. 124-126.

19. Будипов, В.В. Применение ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом для упрочнения деталей ГТД [Текст] / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Р.Д. Агзамов // ОТТОМ - 9: материалы международной конференции. -Харьков, - 2008,- С. 205-211

20. Рамазанов, К.Н. Фазовые превращения в конструкционных и инструментальных сталях при азотировании в тлеющем разряде с эффектом полого катода [Текст] / К.Н. Рамазанов // ОТТОМ - 9: материалы международной конференции. - Харьков, - 2008.- С. 198-205

21. Будилов, В.В. Технология ионного азотирования деталей ГТД в тлеющем разряде с полым катодом [Текст] / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Н.С. Садкова // Молодежь в авиации: новые решения и передовые технологии: материалы международной научно-технической конференции авиамоторостроительной отрасли.-Запорожье,- 2008.- С. 272-274.

22. Будилов, В.В. Технология вакуумного ионно-плазменного упрочнения деталей ГТД [Текст] / В.В. Будилов, К.Н. Рамазанов, Н.С. Садкова // Вакуумная наука и техника: материалы международной научно - технической конференции.-Москва, 2008. С. 128-132.

Издательство лВ-Спектр» ИНН/КПП 7017129340/701701001

Формат 60*84'Лб. Печать трафаретная. Бумага офсетная. Гарнитура «Times New Roman». Пгч. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 9. 634055, г. Томск, пр. Академический, 13-24, тел. 49-09-91. E-mail: bmv@sibmail.com

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ П

ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ И

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ИОННО

ПЛАЗМЕННОГО СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

1.1. Анализ процессов азотирования

1.2. Азотирование в тлеющем разряде (ионное азотирование)

1.3 Высокотемпературное ионное азотирование конструкционных и 24 инструментальных сталей

1.4 Модели процесса азотирования в тлеющем разряде

1.5 Принципы управления диффузионным насыщением при 40 высокотемпературном ионно-плазменном структурно-фазовом модифицировании

Цель и задачи работы

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Объект исследований, механические свойства исследованных 49 материалов

2.2. Описание модернизированной установки ЭЛУ-5 для ионного 52 азотирования в тлеющем разряде

2.3. Методика измерения микротвердости

2.4. Методика металлографического исследования азотированного и 55 закаленного слоя

2.5. Методика рентеноструктурного анализа поверхности

2.6. Методика определения износостойкости поверхности

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФАЗОВЫХ И

СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В КОНСТРУКЦИОННЫХ И

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЯХ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ

В ОЗДЕЙСТВИИ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА В ВАКУУМЕ

3.1. Ионное азотирование в тлеющем разряде на основе эффекта 60 полого катода

3.2. Исследование влияния азотирования, высокотемпературного 63 азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с ЭПК на структуру конструкционных и инструментальных сталей

3 3 Исследование влияния азотирования, высокотемпературного 68 азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с ЭПК на фазовый состав конструкционных и инструментальных сталей

3 4 Исследование влияния азотирования, высокотемпературного 77 азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с ЭПК на величину напряжений и средний размер кристаллитов конструкционных и инструментальных сталей

Выводы

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЫСОКОТЕМПЕ

РАТУРНОГО СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ В

ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

КОНСТРУКЦИОННЫХ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

4.1. Экспериментальные результаты влияние состава рабочего газа и 93 режимов ионного азотирования, высокотемпературного азотирования и комбинированной обработки на микротвердость поверхности конструкционных и инструментальных сталей

4.2 Исследование влияния азотирования и высокотемпературного 97 азотирования в тлеющем разряде с ЭПК на изменение микротвердости по глубине слоя конструкционных и инструментальных сталей

4 3 Исследование влияния высокотемпературного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с ЭПК на износостойкость стали 38Х2МЮА

Выводы

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО 111 СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА В ВАКУУМЕ.

5Л. Экспериментальные исследования вольт-амперных характеристик 111 тлеющего разряда

5.2. Экспериментальные результаты температурных зависимостей при ИЗ ионном азотировании

5 3. Технологический процесс высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом 5 4 Технологический процесс высокотемпературного ионного 125 азотирования с последующей светлой закалкой

Выводы

Работоспособность деталей машин и инструмента во многом определяется состоянием поверхностного слоя. Для повышения твердости, прочности и износостойкости широко применяются различные методы термической и химико-термической обработки.

С ростом требований к качеству упрочненного слоя, к показателям экономической эффективности процессов, к подбору материалов в зависимости от поверхностных свойств, диффузионному слою и сечению деталей, а также вследствие увеличения объемной доли сложнолегированных легкопас-сивирующихся сталей и сплавов в процессе производства деталей и инструмента, становиться актуальным применение регулируемых процессов в многокомпонентных атмосферах, ресурсосберегающих, вакуумных, ионно-плазменных технологий.

В последнее время все большее развитие и применение получают методы и способы ионного азотирования, которые позволяют не только избавиться от недостатков традиционных методов (газовое, в кипящем слое, в жидких средах), но и получить следующие преимущества: возможность регулирования параметров обработки в широком интервале режимов и за счет этого - структуры, фазового состава, твердости, износостойкости, шероховатости; высокую скорость насыщения; получение диффузионных слоев заданного фазового состава и строения; высокий класс чистоты поверхности; большую экономичность процесса за счет значительного сокращения общего времени обработки; повышение коэффициента использования электроэнергии; сокращение расхода насыщающих газов; процесс не токсичен и отвечает требованиям по защите окружающей среды.

Причиной повышенного внимания к проблеме высокотемпературного азотирования и светлой закалки является уникальные свойства поверхности изделия, которые формируются в результате обработки: высокая твердость на поверхности, не изменяющаяся при нагреве до 500-600°С, высокая износостойкость, низкая склонность к задирам, высокий предел выносливости и высокая кавитационная стойкость.

Высокотемпературному азотированию конструкционных и инструментальных материалов в литературе уделяется большое внимание, однако не все аспекты такого упрочения изучены достаточно полно. Весьма мало сведений о структуре и свойствах конструкционных и инструментальных сталей, прошедших высокотемпературное ионное азотирование, в том числе совмещенное со светлой закалкой, причем экспериментальные данные недостаточно систематизированы и часто весьма противоречивы.

С целью интенсификации процесса насыщения обрабатываемой поверхности, целесообразно использование тлеющего разряда с эффектом полого катода, который позволяет существенно увеличить плотность ионного тока вследствие многократной осцилляции электронов в катодной полости, образованной поверхностью детали и экраном. В работах Ю.Е. Крейнделя, Н.М. Лемешева, А.И. Слосмана, В.В. Будилова, С.Р. Шехтмана, Р.Д. Агзамо-ва экспериментально было доказано, что при ионном азотировании в условиях проявления эффекта полого катода значение поверхностной микротвердости и глубины азотированного слоя существенно выше по сравнению с обработкой в тлеющем разряде с плоским катодом при равных параметрах процесса (время, давление, температура), что обеспечивает значительное повышение производительности, экономию электроэнергии и азотирующего газа.

Таким образом, тематика диссертационной работы, направленная на решение проблемы высокотемпературного ионного азотирования конструкционных и инструментальных сталей в тлеющем разряде с полым катодом, представляется актуальной, поскольку позволит сократить время азотирования до 1 - 2 часов и получать диффузионные слои заданного фазового состава с высокой поверхностной микротвердостью и износостойкостью, и тем самым обусловит дальнейшее развитие технологий, направленных на улучшение эксплуатационных свойств деталей и иструмента.

Основные положения, полученные лично автором и выносимые на защиту:

1. Результаты исследования характеристик тлеющего разряда с полым катодом в смеси газов, зависимостей плотности тока от напряжения, давления и расстояния между обрабатываемой поверхностью и экраном.

2. Способы высокотемпературного ионного азотирования конструкционных и инструментальных сталей, в том числе совмещенного со светлой закалкой, основанные на модифицировании в тлеющем разряде с полым катодом, обеспечивающие целенаправленное формирование заданного фазового состава и повышение механических свойств.

3. Результаты исследования влияния высокотемпературного ионного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой, на скорость насыщения обрабатываемой поверхности атомарным азотом, на количественный и качественный фазовый состав сталей 38Х2МЮА, ЗОХГСА и XI2.

4. Зависимости микротвердости и износа от фазового состава, режимов и способов обработки конструкционных и инструментальных сталей в тлеющем разряде с полым катодом.

Научная новизна:

1. Установлено, что в условиях высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом скорость роста диффузионной зоны в 3 — 5 раз выше по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки А] в системе железо - азот в тлеющем разряде с полым катодом, вследствие роста диффузионной подвижности элементов при температурах предпревращения ферритно-цементитной смеси в аустенит.

2. Установлено, что в отличие от ионного азотирования в тлеющем разряде при температурах ниже точки А) в системе железо - азот, при котором в сталях ЗОХГСА, 38Х2МЮА и XI2 нитридная зона преимущественно состоит из е-фазы Ре2.3(Т\Г), а также нитридов легирующих элементов (СгМ, Сг2М, (Ре, Сг)2.3М), карбонитридных фаз (Ре(Ме)23(М,С), Ре(Ме)4(М,С), Сг(1чГ,С),

Сг2(1Ч,С)) и 0!-фазы насыщенной азотом, при ионном высокотемпературном ионном азотировании в тлеющем разряде с полым катодом е-фаза отсутствует, а нитридная зона характеризуется большей однородностью и преимущественно состоит из у-фазы Ре4(Ы), (Ре, Ме)4]ЧГ, нитридов легирующих элементов, карбонитридных фаз, а также оксида (Ре, Ме)304 с кристаллической решеткой шпинели.

3. Установлено, что высокий уровень упрочнения поверхности, достигаемый в результате применения высокотемпературного ионного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой, в тлеющем разряде с полым катодом, позволяет повысить износостойкость стали 38Х2МЮА в 12 и 30 раз соответственно по сравнению с исходным состоянием и в 2,5 и 6 раз соответственно по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки А! в системе железо - азот, вследствие целенаправленного формирования заданного фазового состава и микротвердости.

4. Впервые исследованы методы высокотемпературного ионного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой в тлеющем разряде с эффектом полого катода, реализуемого сетчатым экраном.

Практическая ценность работы

1. Зависимости температуры обрабатываемой поверхности от времени при различных значениях рабочего давления при обработке в тлеющем разряде в условиях проявления и без проявления полого катода, а также кривые охлаждения поверхности конструкционных и инструментальных сталей в потоке различных газов и в масле, зависимости фазового состава от температуры насыщения могут быть использованы при назначении технологических режимов высокотемпературного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой, в тлеющем разряде с полым катодом.

2. Способы высокотемпературного азотирования, в том числе совмещенного со светлой закалкой, конструкционных и инструментальных сталей в тлеющем разряде с полым катодом, позволяют снизить себестоимость технологической операции азотирования и светлой закалки, за счет уменьшения энергозатрат, сокращения длительности процесса обработки, отсутствия необходимости в дорогостоящих защитных средах, простоты схемы обработки, не требующей проектирования специальных приспособлений и сравнительно невысокой стоимости оборудования.

Реализация результатов работы

1. Обработана опытная партия матриц для обрезки шести- и четырехгранников болтов, и пуансонов для операции редуцирования стержневой части болтов из быстрорежущей стали Р6М5, применяемые в производстве автонормалей на заводе БелЗАН, по разработанному технологический процессу ионного высокотемпературного азотирования матриц холодновысадочного автомата. Проведенные испытания показали, что стойкость штамповой оснастки повысилась в 2 - 3 раза.

2. Разработан и внедрен в производство технологический процесс ионного высокотемпературного азотирования матриц холодновысадочного автомата для обрезки шести- и четырехгранников болтов, применяемых в производстве автонормалей на заводе БелЗАН. Проведенные испытания показали, что стойкость штамповой оснастки повысилась в 2 - 3 раза.

3. Разработан и внедрен типовой технологический процесс модифицирования поверхности деталей типа «Стакан», включающий высокотемпературное ионное азотирование, на модернизированной установке ННВ-6,6-И1 на ОАО "Уфимское моторостроительное производственное объединение".

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Международной конференции «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (Харьков, 2004, 2007, 2008); Научно - технической конференции «Вакуумная наука и техника» (Судак, 2004, 2005, 2006, 2008); Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика техю нологических процессов» (Рыбинск, 2004, 2006); 7-й Международной конференции «Вакуумные нанотехнологии и оборудование» (Харьков, 2006); Международной конференции «Радиационная физика» (Севастополь, 2007); Международной конференции «Газоразрядная плазма и ее технологические применения» (Томск, 2007); Международной научно-технической конференции «Молодежь в авиации: новые решения и передовые технологии» (Запорожье, 2008); Региональных научно-технических конференциях (Уфа, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008).

Аннотация диссертационной работы по главам

В первой главе проведен анализ процессов азотирования, высокотемпературного азотирования и комбинированной обработки, включающей высокотемпературное азотирование с последующей светлой закалкой, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик поверхностей деталей машин и инструмента. Рассмотрены процессы, происходящие при взаимодействие плазмы с поверхностью детали при азотировании в тлеющем разряде, а также проанализированы модели процесса азотирования в тлеющем разряде.

Во второй главе рассмотрены методики определения микротвердости, металлографического исследования азотированного и закаленного слоя, рен-тгеноструктурного анализа обработанных образцов, контроля температуры, а также методика определения износостойкости.

В третьей главе представлены исследования влияния азотирования, высокотемпературного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом на структуру, фазовый состав, сингонию и период кристаллической решетки, остаточную деформацию и величину напряжений, область когерентного рассеяния и средний размер кристаллитов конструкционных и инструментальных сталей.

В четвертой главе представлены исследования влияния азотирования, высокотемпературного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом на микротвердость поверхности и изменение микротвердости по глубине слоя конструкционных и инструментальных сталей. А также исследование влияния высокотемпературного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом на износостойкость стали 38Х2МЮА.

В пятой главе представлены экспериментальные исследования вольт-амперных характеристик тлеющего разряда, зависимости температуры поверхности от режимов обработки в тлеющем разряде в условиях проявления и без проявления полого катода. Кривые охлаждения поверхности конструкционных и инструментальных сталей в потоке различных газов и в масле, разработанные технологические процессы высокотемпературного ионно-плазменного азотирования, высокотемпературного ионно-плазменного азотирования с последующей светлой закалкой.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ моделей и процессов взаимодействия плазмы тлеющего разряда с поверхностью показывает, что для увеличения эффективности ионного азотирования необходимо увеличить плотность ионного потока и как следствие количество атомарного азота. Это возможно либо при использовании специальных источников ионов (в этом случае область рабочего давления составляет не более 1 Па), либо используя эффект полого катода при азотировании в тлеющем разряде, который способствует увеличению степени ионизации вблизи обрабатываемой поверхности.

2. Разработаны способы высокотемпературного ионного азотирования, светлой закалки и комбинированной обработки (высокотемпературного ионного азотирования с последующей светлой закалкой) в плазме тлеющего разряда с полым катодом, которые позволяют проводить фазовое модифицирование поверхности конструкционных и инструментальных сталей. При этом фазовое состояние зависит от химического состава и температурно-временных параметров процесса обработки. При изменении этих параметров в диффузионном слое могут образовываться нитридные и карбонитридные соединения основного металла и легирующих элементов типа е и у-фаз, а также оксинитридные соединения типа - (Бе, Ме)304, различающиеся средними размерами кристаллитов, объемной долей, величиной остаточной деформации и напряжений.

3. Установлено, что в отличие от ионного азотирования в тлеющем разряде при температурах ниже точки А1 в системе железо - азот, при котором в сталях ЗОХГСА, 38Х2МЮА и Х12 нитридная зона преимущественно состоит из е-фазы Ре2з(ТчГ), Ре2.з(ТчГ,С), а также нитридов легирующих элементов (СгЫ, Сь!4!, (Бе, Сг)2.зЫ), карбонитридных фаз (Ре(Ме)2.3(ЪГ,С), Ре(Ме)4(М,С), Сг(НС), Сг2(Ы,С)) и а-фазы насыщенной азотом, при ионном высокотемпературном азотировании в тлеющем разряде с полым катодом е-фаза отсутствует, а нитридная зона характеризуется большей однородностью и преимущественно состоит из У-фазы Ее4(М), (Ее, Ме)41Ч, нитридов легирующих элементов, карбонитридных фаз, а также оксида (Ее, Ме)304 с кристаллической решеткой шпинели. Установлено, что в отличии от светлой закалки, при которой образуется структура состоящая из мартенсита (а-Ее(С)), остаточного аустенита 7~Ее(С), /у-Ре(М,С), а также карбидов, в результате комбинированной обработки на поверхности сталей образуется карбонитридная у-фаза (Ре(М)4(1М,С) далее расположены у -фаза и а-фаза пересыщенная азотом. Поверхностный слой с расположенной под ним развитой мартенситной зоной, предотвращающей продавливание слоя У-фазы.

4. Установлено, что в условиях высокотемпературного ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом скорость роста диффузионной зоны в 3 - 5 раз выше по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки А1 в системе железо - азот в тлеющем разряде с полым катодом, вследствие роста диффузионной подвижности элементов при температурах предпревращения ферритно-цементитной смеси в аустенит, а также вследствие радиационно-стимулированной диффузии атомарного азота вглубь металла в условиях проявления эффекта полого катода.

5. Установлено, что в условиях изнашивания при контактных нагрузках (5,0 Н) без смазочного материала максимальной износостойкостью обладает образец со структурой состоящей из нитридов основного металла и легирующих элементов (к примеру (Ее, Сг)4ТЧ), а также карбонитридных фаз (Ее(Ме)4(К,С)) в поверхностном слое и с расположенной под ним развитой мартенситной зоной, предотвращающей продавливание слоя У-фазы. Высокий уровень упрочнения поверхности, достигаемый в результате применения высокотемпературного азотирования и комбинированной обработки в тлеющем разряде с полым катодом, позволяет повысить износостойкость стали 38Х2МЮА в 12 и 30 раз соответственно по сравнению с исходным состоянием и в 2,5 и 6 раз соответственно по сравнению с ионным азотированием при температурах ниже точки А! в системе железо - азот.

6. Разработаны технологии высокотемпературного ионного азотирования и высокотемпературного ионного азотирования с последующей светлой закалкой, основанные на фазовом модифицировании в тлеющем разряде с полым катодом, которые позволяют получать диффузионные слои заданного фазового состава, а также значительно сократить общее время обработки в 2 - 4 раза, энергозатраты и расход насыщающих газов. Высокотемпературное азотирование приводит к интенсификации процесса насыщения и обеспечивает высокую кинетическую эффективность процесса по сравнению с традиционными методами азотирования. Производственные испытания матриц и пуансонов для холодновысадочного автомата показали экономическую эффективность и целесообразность применения разработанной технологии высокотемпературного азотирования матриц и пуансонов, при этом стойкость штамповой оснастки повысилась в 2 - 3 раза.

1. Агзамов Р.Д., Будилов В.В. Ионное азотирование в тлеющем разряде с эффектом полого катода // ОТТОМ-4: сб. докладов/ Международная конференция. Харьков, 2003, С. 262-265.

2. Агзамов Р.Д. Повышение производительности и качества поверхностного слоя деталей путем дополнительной ионизации газа при ионно-плазменной обработке. Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук. -Уфа, 2004. 135 с.

3. Андреев A.A., Кунченко В.В., СаблевЛ.П., Шулаев В.М. Дуплексная обработка инструментальных сталей в вакууме// ОТТОМ-2: сб. докладов/ Международная конференция. Харьков, 2001, С. 48-56.

4. Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах. М.: Машиностроение, 1979, 224 с.

5. Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка сплавов в активизированных газовых средах // Вестник машиностроения. 1986. №9, С. 49-53.

6. Арзамасов Б.Н., Виноградов A.B., Велищанский A.B. Ионное азотирование сплавов // Новые сплавы и методы упрочнения деталей машин. М.: МВТУ, 1981. С. 105-117.

7. Арзамасов Б.Н., Братухин А.Г., Елисеев Ю.С., Панайоти Т.А. Ионная химико-термическая обработка сплавов. М.: Изд-во МВТУ им Баумана, 1999, 400 с.

8. Арзамасов Б.Н. Семенов А.П., Кацура A.A., Горбов А.Л., Костюков В.В. Повышение износостойкости штампового инструмента ионным азотированием // Трение и износ. 1986. №4, С. 711-713.

9. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. -М.: Атомиздат, 1969. -191 с.

10. Ю.Бабад-Захряпин A.A., Кузнецов Г.Д. Химико-термическая обработка втлеющем разряде. -М.: Атомиздат, 1975. 175 с.11 .Бабад-Захряпин A.A., Кузнецов Г.Д., Радиационно-стимулируемая химико-термическая обработка, —М.: Энергоиздат, 1982. 182 с.

11. Биберман JI.M., Воробьев В.С, Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982, 375 с.

12. Бородин B.C., Коган Ю.М. Исследование разряда в полом катоде. // ЖТФ. -1966. -Т XXXVI. -Вып. 1. -С. 181-185.

13. Бородин B.C., Коган Ю.М., Лягущенко Р.Н. Исследование разряда в полом катоде -2. // ЖТФ. -1966. -Т XXXVI. -Вып. 7. -С. 1198-1201.

14. Бронштейн И.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969. 391 с.

15. Будилов В.В. Обеспечение эксплуатационных свойств деталей ГТД вакуумными ионно-плазменными методами обработки с учетом технологической наследственности. Диссертация на соискание доктора технических наук. -Уфа, 1994, 372 с.

16. Будилов В.В., Агзамов Р.Д., Рамазанов К.Н. Способ светлой закалки изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода. Патент на изобретение № 2277592, МПК 7, C21D1/06 от 12.07.2004, 3 с.

17. Будилов В.В., Агзамов Р.Д., Рамазанов К.Н. Способ поверхностного упрочнения деталей. Патент на изобретение № 2275433, МПК 7, C21D1/09, C21D1/38 от 16.11.2004, 3 с.

18. Будилов В.В., Агзамов Р.Д., Рамазанов К.Н. Способ азотирования изделий в тлеющем разряде с эффектом полого катода. Патент на изобретение № 2276201, МПК 7, С23С8/36, С23С8/80 от 09.11.2004, 3 с.

19. Будилов В.В., Агзамов Р. Д., Рамазанов К.Н. Технология ионного азотирования в тлеющем разряде с полым катодом. // МиТОМ. 2007. №7. С.25-29.

20. Будилов В.В., Шехтман С.Р., Киреев P.M. Использование разряда с полом катодом для обработки поверхности конструкционных материалов // Физика и химия обработки материалов. -2001. -№2. -С.31-35.

21. Будовицин В.А., Репин М.Ф. Повышение эффективности извлечения заряженных частиц из плазменного источника на основе отражательного разряда с полым катодом. // Электронная обработка материалов. №4. 1990. С.44-47.

22. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991., 237 с.

23. Вайнштейн JI.A., Собельман И.И., Юков Е.А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979, 320 с.

24. Васильева Г.Г., Крейндель Ю.Е. Эффект полого катода в разряде типа пеннинга низкого давления // ЖТФ. -1969. -Т. XXXIX. -Вып. 2. -С. 298-301.

25. Велихов Е.П., Ковалев A.C., Рахимов A.C. Физические явления в газоразрядной плазме. М.: Атомиздат, 1987, 312 с.

26. Воронин Н. А., Семёнов А. П. Вакуумные ионно-плазменные технологии упрочнения поверхностей деталей машин // Сб. «Методы и средства упрочнения поверхностей деталей концентрированными потоками энергий». Москва: Наука, 1991, 402 с.

27. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. М.: Мир, 1989, 564 с.

28. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. -М.: Атомиздат, 1972, 356 с.

29. Галицкий В. М. и др. Теория столкновений атомных частиц / В. М. Галицкий, Е. Е. Никитин, Б. М. Смирнов.-М.: Наука, 1981, 254 с.

30. Герасимов и др. Курс физической химии. М.: Химия, 1970, т.1, 592с, 1973, т.2, 623 с.

31. Герасимов С. А. Прогрессивные методы азотирования. Университет технического прогресса в машиностроении. М.: Машиностроение, 1985, с. 32.

32. Герасимов С.А., Жихарев A.B., Березина Е.В. и др. Новые идеи о механизме образования структуры азотированных сталей // МиТОМ. 2004. №1. С.13-17.

33. Голант В. Е. и др. Основы физики плазмы / В. Е. Голант, А. П. Жилинский, И. Е. Сахаров. -М.: Атомиздат,1977, 384 с.

34. Голубев B.C., Пашкин C.B. Тлеющий разряд повышеного давления. -М.: Наука, 1990, 380 с.

35. Гончаренко И.М., Ахмадеев Ю.Х., Иванов Ю.Ф. и др. Азотирование технически чистого титана в тлеющем разряде с полым катодом // Физика плазмы. 2008. Т: 31, № 10

36. Грановский B.JI. Электрический ток в газах. Установившийся ток. -М.: Наука, 1971, 544 с.

37. Гусева М.И. и др. Глубокое азотирование мартенситной стали и титанового сплава при имплантационно-плазменной обработке // Металлы. -2000. -№2. -С. 106-111.

38. Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. М.: Энергоатомиздат, 1987, 264 с.

39. Двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд и перспективы его использования в вакуумно-плазменной технологии / Л.П.Саблев, Р.И.Ступак, В.И.Шелохаев // Тезисы докладов 4-й научно-технической конференции "Вакуумные покрытия-87", Рига, 1987. С. 182 189

40. Кириченко, В.Н., Ткаченко В.М., Тютюнник В.Б. Влияние геометрических размеров, материала катода и рода газа на область оптимальных давлений тлеющего разряда с цилиндрическим полым катодом // ЖТФ. -1976. -Т. 46. -Вып. 9.-С. 1857-1867.

41. Клярфельд Б.Н., Москалев Б.И. Роль фотоэффекта в эмиссии электронов из катода тлеющего разряда в Кг и Хе // ЖТФ. -1969. -Т. XXXIX. -Вып. 6. -С. 1066-1069.

42. Коваль H.H. Источники низкотемпературной плазмы и электронных пучков на основе дуговых разрядов низкого давления с полым анодом / Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук. Томск, 2000, 74 с.

43. Крейндель Ю.Е., Лемешев Н.М., Слосман А.И. Эффект полого катода при азотировании в тлеющем разряде // Электронная обработка материалов. -1990. -вып. 6. -С. 38-47.

44. Крейндель Ю.Е., Никулин С.П. Тлеющий разряд с полым катодом в режиме частичного заполнения полости плазмой // ЖТФ. -1992. -Т 62. -Вып. 4. С. 89-93.

45. Крейндель Ю.Е., Осипов И.В., Ремпе.Н.Г. Параметры плазмы в отрицательном разряде с полым катодом // ЖТФ.-1992. -Т 62. -Вып. 10. С. 165-169.

46. Крейндель Ю.Е., Пономарева Л.П., Пономарев В.П., Слосман А.И. Об азотировании анода в тлеющем разряде // Электронная обработка материалов. 1984, №4, С. 32-34.

47. Куляпин В.М., Старцева O.A. Взаимосвязанные процессы в электрическом разряде. -Уфа: УАИ, 1989, 51 с.

48. Кучеренко Е.Т. Справочник по физическим основам вакуумной техники. -Киев: Вища школа, 1981, 358 с.

49. Лахтин Ю.М. Высокотемпературное азотирование // МиТОМ. 1991. №2. С.25-29.

50. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Металлургия, 1983, 360 с.

51. Лахтин Ю. М., Арзамасов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов: Учеб. пособие для вузов по спец. "Металловедение, оборуд. и технология терм, обраб. металлов. -М.: Металлургия, 1985, 256 с.

52. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. -М.: Машиностроение, 1976, 256 с.

53. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Регулируемые процессы азотирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 1978, №8, С. 12-15.

54. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д. Структура и прочность азотированных сплавов / Сер. под общ. ред. М. Л. Бернштейна, И. И. Новикова. -М.: Металлургия, 1982, 175 с.

55. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шапошников В. Н. Исследование процесса азотирования стали в тлеющем разряде//Электронная обработка материалов. 1976, №5, С. 15-18.

56. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г-Й., Бемер 3. Теория и технология азотирования. М.: Металлургия, 1991, 320 с.

57. Лахтин Ю.М., Крымский Ю.Н. Физические процессы при ионном азотировании // Защитные покрытия на металлах. Киев: Наукова думка, 1968. в. 2, С. 225-229.

58. Лахтин Ю.М., Неустроев Г.Н., Сологубова Н.И., Фролова Л.П. Нитроцементация при 700°С с последующей закалкой поверхностного слоя // МиТОМ. 1987. №5. С.32-36.

59. Лахтин Ю.М., Фетисова И.П. Высокотемпературное азотирование сталей аустенитного и ферритно-мартенситного класса // Металловедение и термическая обработка. М.: Машиностроение, 1971. Вып.7. С.104-110.

60. Месяц Г. А., Проскуревский Д. И. Импульсный электрический разряд в вакууме / Отв. ред. Г. А. Воробьев; АН СССР, Сиб. отд-ние, Ин-т сильноточ. электрон. -Новосибирск: Наука. -Сиб. отд-ние, 1984, 256 с.

61. Мирдель Е. Электрофизика / Пер. с нем. /Под ред. В.И. Раховского. М.: Мир,1972, с. 191.

62. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / под. ред. Паута Дж.М. М.: Машиностроение, 1987, 424 с.

63. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. -М.: Энергоатомиздат, 1969, 180 с.

64. Москалев В. А., Сергеев Г. И. Измерение параметров пучков заряженных частиц. -М.: Энергоатомиздат, 1991, 237 с.

65. Мухин B.C. Технологические аспекты прочности деталей ГТД // Оптимизация процессов обработки конструкционных материалов. -Уфа: Уаи,1990, 75 с.

66. Мухин B.C., Смыслов A.M., Боровский С.М. Модификация поверхности деталей ГТД по условиям эксплуатации. М.: Машиностроение, 1995, -190 с.

67. Мухин B.C., Шустер Л.Ш. Износ инструмента и долговечность из авиационных материалов. -Уфа: Уаи, 1987, 215 с.

68. Никулин С.П. Устойчивость и эмиссионные свойства газоразрядных структур с осциллирующими электронами // Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. -Томск, 1992, 19 с.

69. Никулин С.П. Характеристики тлеющего разряда низкого давления с цилиндрическим полым катодом при большой протяженности катодного слоя // ЖТФ. -1992. -Т 62. -Вып. 12. -С. 21-27.

70. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение, термообработка и рентгенография. -М.:МИСИС, 1994, 480с.

71. Пастух И.М. Кинетика прикатодных процессов как фактор формирования энергетического спектра падающего потока // Вестник ТУП. Хмельницкий, 2004, №1, С. 53-64.

72. Пастух И.М. Методика обработки данных многофакторных моделей // Вестник ТУП. Хмельницкий, 2002, №6, С. 42-46.

73. Пастух И.М. Модификация металлов с применением азотирования в тлеющем разряде: состояние и перспективы // Проблемы трибологии. Хмельницкий, 2004, №3-4, С. 42-55.

74. Пастух И.М. Особенности технологии моделирования многофакторных закономерностей // Проблемы трибологии. Хмельницкий, 2004, №1, С.35-39

75. Пастух И.М., Здыбель A.C. Характеристики образования нитридов в сталях при азотировании в тлеющем разряде // ОТТОМ 9: материалы международной конференции. - Харьков, - 2008.— С. 162-168

76. Пастух И.М. Факторы управляемости вакуумно-диффузионными газоразрядными технологиями модификации поверхности металлов // Проблемы трибологии. Хмельницкий: 2001, №2; С. 93-96.

77. Пастух И.М. Энергетический спектр падающего потока при азотировании в тлеющем разряде //Вестник ТУП. Хмельницький, 2005, №5,ч. 1,т. 1, С. 5-15.

78. Пастух И.М., Здыбель О.С. Проблемы моделирования процесса азотирования в тлеющем разряде // Вестник ТУП. Хмельницкий, 2005, №1, С. 7-11.

79. Перспективы применения ионной обработки в авиадвигателестроении / Каблов E.H., Мубояджян С.А., Сулима A.M., Ягодкин Ю.Д. и др.// Авиационная промышленность. -1992. -№ 9. -С. 9-12.

80. Петрова Л.Г. Высокотемпературное азотирование жаропрочных сплавов // МиТОМ. 2004. №1. С. 18-24.

81. Петрова Л.Г. Внутреннее азотирование жаропрочных сталей и сплавов // МиТОМ. 2001. №1. С.10-17.

82. Петрова Л.Г. Регулирование фазового состава азотированных слоев в многокомпонентных сплавах // МиТОМ. 2002. №4. С. 13-19.

83. Плещивцев М.В. Катодное распыление. -М.: Атомиздат, 1988, 343 с.

84. Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии: Учебн. пособие для вузов по спец. электрон, техники. -М.: Высш. шк,1988, 254 с. 93 .Р. Чаттерджи-Фишер и др. Азотирование и карбонитрирование. -М.: Металлургия, 1990, 280 с.

85. Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. -М.: Наука, 1980, 416 с.

86. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. -2-е изд., перераб. и доп. -М.:Наука,1992, 535с.

87. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. -М.: Высшая школа, 1987, 320 с.

88. Рамазанов К.Н. Технология высокотемпературного азотирования и светлой закалки инструментальных сталей в вакууме. // «Вакуумные нанотехнологии и оборудование»: сб. докладов / Международная конференция. Харьков, 2006.-С. 19-22.

89. Свойства неорганических соединений / Справочник. JL: Химия, 1983,390 с. ЮО.Семенов А.П., Батуев Б.Ш. К вопросу извлечения ионов из разряда с полымкатодом в условиях проникающей плазмы // ЖТФ, 1991. -Т 61. -Вып.5. -С. 123-134.

90. Синкевич O.A., Стаханов И.П. Физика плазмы. Стационарные процессы в частично ионизованном газе. М.: Высшая школа, 1991, 191с.

91. Смирнов Б.М. Введение в физику плазмы. М.: Наука, 1982, с. 24.

92. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. -М.: Атомиздат, 1974, 367 с.

93. Смирнов Б.М. Физика слабо-ионизированного газа в задачах с решениями. -М.: Наука, 1985, 424 с.

94. Смирнов Б.М. Физика атома и иона. -М.:Энергоатомиздат, 1986. -215 с.

95. Юб.Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей / Колл. авторов; Под ред. А.Г. Братухина, Г.К. Язова, Б.Е. Карасева. —М.: Машиностроение, 1997,416с.

96. Справочник химика/ 2-е изд. JI.-M.: Госхимиздат, 1962, т. 1, 1071 с.

97. Струмилова Н.В. и др. Ионно-стимулированное легирование поверхности конструкционной стали // 6-th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2002. -401-404p.

98. Сулима A.M., Шулов B.A., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988.

99. Фокин М. Н. Жигалова К. А. Методы коррозионных испытаний металлов. Под ред. Колотыркина Я. М. -Москва: Металлургия, 1986, 80 с.

100. Чен Ф. Введение в физику плазмы. / Пер. с англ. -М.: Мир, 1987.- 210 с.

101. И.Чернетский А.В. Введение в физику плазмы. М.: Атомиздат, 1969, 303 с.

102. Ягодкин Ю.Д. Основы технологических процессов обработки пучками заряженных частиц деталей газовых турбин при их изготовлении и ремонте: Автореф. дис. док. техн. наук. Москва, 1995, 38 с.

103. Edenhofer В, Bewley T.J. Heat Treatment. 1976, Metal Soc., London, 1978, p. 203.

104. Edenhofer B. Physikalishe und metallkundliche Vorgange beim Nitriren in Plasma einer Glimmentladung // Harterei-Technishe Mitteilungen. 1974, Bd. 29, №2, S. 105-112.

105. Goncharenko I.M. Evolution of the structure and phase composition of hardened 4140 steel in the process of plasma nitriding // 5-th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. -Tomsk, 2000. -330-333p.

106. Grim R. Industrial advances for plasma nitriding. Proceedings of International Conference of Ion Nitriding & Carburizing, 1989: Cincinnati, Ohio. -160-164p.

107. Keller K. Jonnitriren steuerbare Oberflachenver festigung durch Jonnitriren // Technishe Rundshau. 1971, Bd. 63, №37, S. 33-39.

108. Keller K. Schcichtaufbau glimmnitrierten Eisenwerkstoffe // Harterei Technische Mitteilung. 1971, Bd. 26, №2, S. 120-128.

109. Kolbel J. Die Nitridschitbildung beider Glimmnitrierung // Forschungsberichte des Landes Nordrhein-Westfalen. 1965, № 1555, S. 1-19

110. Koval N.N. Elion nitriding of steels // 5-th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. -Tomsk, 2000. -327-329p.

111. Kwon S.C., Lee G.H., Yoo M.C. A comparative study between pulsed and D.C. ion nitriding behavior in specimens with blind holes. Proceedings of a International Conference of Ion Nitriding, 1986: Cleveland, Ohio. -301-305p.

112. Remges W., Luhr J. Plasma (Ion) nitriding and plasma (Ion) nitrocarburizing units, application and experiences. Proceedings of a International Conference of Ion Nitriding & Carburizing, 1989: Cincinnati, Ohio. -420-426p.