6. плазменное упрочнение в солевом растворе NaCO с добавкой 20% CО к плазмообразующему аргону (без оплавления)
К комбинированным способам плазменного легирования относятся способы плазменного легирования (твердая фаза + жидкая фаза; твердая фаза + жидкая + газовая фаза и т.д.) рис. 2.46.
Плазменное легирование из жидкой, твердой и газовой фазы
Исследования проводились на стали 20, 45. В качестве жидкой среды использовался водный раствор соли аммония (различной концентрации), газовые среды (азот и пропан, СО2), пасты (углеродосодержащие, азотосодержащие).
Азотирование Проведенные исследования показали, что увеличение концентрации азота в зоне обработки приводит к повышению содержания азота в поверхностных слоях, следствием чего является увеличение глубины слоя и микротвердости, табл. 2.16. Микроструктура слоя после комплексного легирования такая же, как и после простого азотирования из газовой и твердой фазы. Непосредственно на поверхности образуется насыщенная азотом нетравящаяся ε – фаза, за ней переохлажденная γ – фаза, под которой находится азотистый мартенсит.
Нитроцементация. Особенностью комбинированного способа нитроцементации при плазменном упрочнении является повышенная концентрация азота и углерода. Слой наибольшей твердости и глубины получается при комбинации: плазмообразующий газ (азот 100 %) + азотоуглеродосодержащая паста.
Глубина диффузионного слоя на стали 20 составляла 0,6-1,1 мм, микротвердость 11000-12500 Мпа. Микротвердость повышается при увеличении скорости нагрева. Нагрев с большей скоростью уменьшает время, в течении которого азотоуглеродосодержащая паста находится в расплавленном состоянии, что увеличивает концентрацию активных атомов углерода и азота на границе раздела: насыщенная среда - поверхность металла. Однако, концентрации азота и углерода приводит к увеличению остаточного аустенита (от 2,5 до 10 % на стали 20), что снижает микротвердость. Глубина диффузионного слоя на стали 45 составляла 0,65-0,8 мм., а микротвердость 11200 -13000 Мпа. Содержание остаточного аустенита увеличивается при повышении скорости обработки (от 8 до 15 %). Нитроцементированный слой на стали 45 после легирования по структуре аналогичен процессу нитроцементации, описанному выше.
Табл. 2.16.
|
Марка стали |
Вариант легирования |
Глубина слоя, мм |
Микротвердость, Мпа |
|||||
|
Легированного |
Общая |
|||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||||
|
Сталь 20 |
1. Плазмообразующий газ азот (100%) (без оплавления 2. Плазмообразующий газ азот (100%) + 90% водный раствор хлористого аммония (без оплавления) 3. Плазмообразующий газ азот (100%)+90% водный раствор хлористого аммония (с оплавлением) 4. Плазмообразующий газ азот (60%) + аргон (40%) +азотосодержащая паста (с оплавлением) 5. Плазмообразующий газ азот (100%) + 50% водного раствора хлористого аммония +азотосодержащая паста ( с оплавлением) 6. Плазмообразующий газ аргон (100%)+ 50% водного раствора хлористого аммония +азотосодержащая паста (с оплавлением) 7. Плазмообразующий газ аргон (100%)+ азотосодержащая паста (с оплавлением) |
0,3-0,35 0,35-0,55 0,6-0,8 0,6-0,8 0,75-0,1 0,75-0,1 0,6-0,8 |
0,7 0,9 1,8 2 3 1,2 2 |
8100-8200 8300-9400 8800-12000* (пористая поверхность) 7200-8800 9100-11300* (пористая поверхность) 8800-9500 8800-9200 |
||||
Эффект «азотного кипения»
Многокомпонентное насыщение (N,С,В,Сг,V,Тi,W,Ni и др.)
Плазмообразующий газ (60 % азота +10% пропана + 30 % аргона) + боросодержащая паста (режим с оплавлением поверхности). В оплавленной зоне на стали 45 ближе к поверхности расположен слой, содержащий бориды ( FеВ,Fе3В), глубиной 10-50 мкм, под ним располагается слой содержащий нитрид Fе2N, карбонитрид Fе2(СN), азотистый мартенсит, остаточный аустенит (10 %) глубина слоя 0,2-0,3 мм, рис. 2.48.
Рис. 2.48.Распределение микротвердости
по глубине легированного слоя на стали 45
1.Р=4кВт
2.Р= 6,5 кВт
Плазменное легирование стали 20 карбидами (порошки) + плазмообразующий газ (60 % азота, 40 % аргона) в режиме оплавления поверхности показало, что в упрочненном слое образуются диффузионные слои сложного состава. Так, при использовании карбида титана, в диффузионном слое образуется нитрид титана, карбид титана, интерметаллид Fе2Т1, оплавленная зона состоит из α- твердого раствора на основе железа и α- титана. При легировании WC (порошок) + (порошок) + плазмообразующий газ (аргон 90 % + 10 % пропана) упрочненный слой имеет композитное строение.
Предварительное нанесение нитрида титана на поверхность стали 20 с последующей плазменной обработкой азотной струей (без оплавления поверхности) увеличивает глубину диффузионного слоя на 30-50 % и микротвердость на 40-50 %.
Возможны другие способы комбинированного легирования, позволяющие увеличивать глубину и микротвердость легированного слоя, такие как ХТО + плазменное легирование; нанесение покрытия + плазменное легирование (с оплавлением и без оплавления); термодеформационное упрочнение + плазменное легирование; электроискровое легирование + плазменное легирование и т.д.).
Плазменное легирование можно использовать для упрочнения титановых сплавов (в часности азотирование и цементирование из газовой фазы, карбоборирование, карбосилицирование из твердой фазы) алюминиевых, медных и других сплавов.
2.3.2. Плазменное упрочнение в сочетании с другими способами воздействия на металлы
Плазменное упрочнение в сочетании с другими способами: такими как объемная закалка, закалка ТВЧ, лазерная закалка, ультразвуковая обработка, термодеформационное упрочнение, наплавка, напыление и др. позволяют повысить механические свойства упрочненных деталей. В работе [9] показаны различные варианты комплексного упрочнения. Исследованы структура, твердость, трещиностойкость и характер разрушения сталей ЗОХ1ГСА, 45, 9ХФ, 150ХНМ при различных сочетаниях объемной и плазменной термической обработки (плазменная закалка + отпуск, объемная закалка +пламенная закалка + отпуск). Использование комплексного упрочнения позволяет повысить трещиностойкость, микротвердость и износостойкость, по сравнению с простой плазменной закалкой в 1,5-2 раза. Плазменное упрочнению в сочетании с предварительной закалкой ТВЧ позволяет повысить трещиностойкость, ударную вязкость, пластичность в 1,3-2 раза, при сохранении твердости и износостойкости поверхности на высоком уровне [9]. Комплексная технология плазменного упрочнения включает в себя:
-закалка ТВЧ + плазменное упрочнение;
-закалка ТВЧ + отпуск + плазменное упрочнение
(температура отпуска 290, 300, 400 ° С).
Упрочненная таким способом деталь имеет композиционный рабочий слой [9] с высокой износостойкостью и трещиностойкостыю, и относительно, мягкую
пластичную сердцевину, рис. 2.49. Природа образования внутреннего отпущенного слоя аналогична случаю плазменного упрочнения предварительно закаленных сталей.
Рис. 2.49. Схема расположения упрочненных
слоев при плазменном упрочнении после закалки ТВЧ
1- слой плазменного (воздействия
2- отпущенный слой
3- слой закалки ТВЧ.
Более сложный композиционный рабочий слой образуется после комбинации:
- объемная закалка + плазменная закалка + лазерная закалка + отпуск
(температура отпуска 200° С);
- закалка ТВЧ + отпуск + плазменная закалка + лазерная закалка + отпуск
(температура отпуска 200° С);
- закалка ТВЧ +отпуск + плазменная закалка+ лазерная закалка
(температура отпуска 200° С).
Каждый из способов в отдельности обеспечивает определенную глубину упрочненного слоя и степень дисперсности мартенсита в нем
ZТВЧ› ZП.З. › ZЛ.З. , dТВЧ › dП.З. › dЛ.З.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
