Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Ноября 2012 в 19:16, дипломная работа
Работоспособность деталей, подвергающихся воздействию циклических нагрузок, интенсивному изнашиванию, контактным напряжениям в значительной степени определяется физико-химическими свойствами рабочих поверхностей. Поэтому современное развитие машиностроения и автомобильной промышленности требует не только разработки новых материалов, но и совершенствования существующих технологий термической и химико-термической обработки деталей.
Введение……………………………………………………………………
6
Анализ состояния вопроса…………………………………………….
9
Характеристика фаз и фазовых превращений в
системе Fe–N…………………………………………………….
9
Азотирование сталей……………………………………………
12
Классификация процессов азотирования……………………...
14
Азотирующие среды…………………………………………….
17
Газовые атмосферы…………………………………………..
17
Расплавы и растворы для азотирования в жидких средах...
17
Порошковые компоненты для азотирования……………….
18
Механизмы формирования, строение и свойства азотированного слоя…………………………………………….
18
Влияние легирующих элементов на структуру и свойства азотированного слоя…………………………………………….
23
Технология азотирования……………………………………….
25
Материалы, методики и оборудование для проведения экспериментальных исследований……………………………………
28
Металлографические исследования азотированного слоя…...
34
Рентгеновские исследования азотированного слоя…………...
34
Механические испытания………………………………………
35
Определение коррозионной стойкости азотированной поверхности……………………………………………………...
35
Измерение геометрических размеров………………………….
35
Ионное азотирование…………………………………………………..
37
Механизм ионного азотирования………………………………
42
Технология ионного азотирования……………………………..
47
Установка ионного азотирования и принцип ее действия……
49
Условия комплектования садки при ионном азотировании….
52
Характеристика мартенситно-стареющих сталей……………..
52
Азотирование мартенситно-стареющих сталей……………….
58
Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение…..
60
Влияние температуры азотирования на глубину и свойства азотированного слоя…………………………………………….
60
Влияние продолжительности выдержки на глубину и микротвердость азотированного слоя………………………….
64
Влияние давления газовой среды на глубину и микротвердость азотированного слоя………………………….
66
Рентгеноструктурные и металлографические исследования азотированного слоя…………………………………………….
68
Результаты механических испытаний………………………….
73
Результаты испытания коррозионной стойкости стали 03Х11Н10М2Т – ВД (ЭП678У – ВД) после азотирования…...
74
Изменение геометрических размеров после ионного азотирования……………………………………………………..
75
Выводы по работе……………………………………………….
80
Организационно – экономическая часть……………………………...
81
Технико-экономическое обоснование целесообразности проведения данного исследования……………………………..
81
Планирование научно – исследовательской работы………….
82
Расчет сметы затрат на проведение НИР………………………
89
Затраты на основные и вспомогательные материалы……..
90
Затраты на основную заработную плату участников НИР..
91
Затраты на дополнительную заработную плату участников НИР………………………………………………..
92
Затраты на отчисления на единый социальный налог с заработной платы участников НИР…………………………...
92
Затраты на амортизацию оборудования……………………
93
Затраты на электроэнергию…………………………………
95
Накладные расходы………………………………………….
95
Смета затрат на проведение НИР…………………………...
96
Расчет экономического эффекта от внедрения печи ионного азотирования ОКБ-1566………………………………………...
97
Выводы по экономической части………………………………………...
103
Промышленная экология и безопасность производства…………….
104
Введение……………………………………………………………………
104
Безопасность производства……………………………………..
104
Комплексный анализ условий труда………………………..
104
Количественная оценка опасных и вредных производственных факторов………………………………….
106
Микроклимат…………………………………………………
108
Воздух рабочей зоны………………………………………...
110
Меры безопасности при работе на вакуумной установке
ОКБ – 1566……………………………………………………..
112
Рекомендации по защите от выявленных опасных и вредных производственных факторов………………………..
114
Выводы по экологической части…………………………………………
117
Список использованных источников ………………
Введение………………………………………………………… |
6 |
|
9 |
|
9 |
|
12 |
|
14 |
|
17 |
|
17 |
|
17 |
|
18 |
|
18 |
|
23 |
|
25 |
|
28 |
|
34 |
|
34 |
|
35 |
|
35 |
|
35 |
|
37 |
|
42 |
|
47 |
|
49 |
|
52 |
|
52 |
|
58 |
|
60 |
|
60 |
|
64 |
|
66 |
|
68 |
|
73 |
|
74 |
|
75 |
|
80 |
|
81 |
|
81 |
|
82 |
|
89 |
|
90 |
|
91 |
|
92 |
|
92 |
|
93 |
|
95 |
|
95 |
|
96 |
|
97 |
Выводы по экономической части………………………………………... |
103 |
|
104 |
Введение………………………………………………………… |
104 |
|
104 |
|
104 |
|
106 |
|
108 |
|
110 |
|
112 |
|
114 |
Выводы по экологической части………………………………………… |
117 |
Список использованных источников …………………………………… |
118 |
Современное машиностроение требует существенного повышения качества, эксплуатационной надежности и увеличения срока службы деталей и механизмов.
Работоспособность деталей, подвергающихся
воздействию циклических
Доля химико-термической обработки в общем объёме упрочняющих технологий в машиностроении составляет около 30 %. Химико-термическая обработка сочетает химическое и термическое воздействия с целью изменения химического состава, строения и свойств поверхностного слоя металла или сплава, что обеспечивает повышение поверхностной твёрдости, износостойкости, контактно-усталостной прочности и других свойств деталей машин и инструмента. Изменить свойства поверхности деталей машин, инструментов можно двумя способами: нанесением на поверхность нового материала и изменением состава поверхностного слоя металла, обеспечивающего требуемое изменение его свойств. Во втором случае поверхность металла подвергают диффузионной химико-термической обработки, в результате чего на поверхности изделия получается новый, отличающийся от сердцевины сплав.
В настоящее время в
В последнее время в различных отраслях промышленности широко применяется новый метод азотирования — ионное азотирование. Ионное азотирование, осуществляется в тлеющем разряде, возбуждаемом на поверхности детали (катоде) в атмосфере аммиака, азота или смеси водорода и азота при разряжении 133-665 Па и рабочем напряжении 350-550 В.
Метод ионного азотирования позволяет существенно сократить длительность азотирования и уменьшить деформацию деталей сложной конфигурации.
Ионному азотированию подвергаются все конструкционные стали, содержащие нитридообразующие элементы — нитраллон, а также высокопрочные коррозионно-стойкие стали. В космической отрасли ионное азотирование применяется ограничено, в основном, для упрочнения деталей автоматики из высокопрочных мартенситно-стареющих марок сталей, работающих на износ под действием вибраций и высоких контактных нагрузок. Это объясняется отсутствием исследований влияния процесса на качество деталей и изделий с учетом условий их хранения и эксплуатации.
Целью данной работы является исследование, разработка и внедрение технологии ионного азотирования деталей из коррозионностойких мартенситно-стареющих сталей.
Настоящая работа проводилась в следующих направлениях:
Результаты исследований были использованы при разработке технологического процесса ионного азотирования детали из стали ЭП678У-ВД.
Работа выполнялась на ГКНПЦ им. М.В.Хруничева в 2006 – 2007 г.г.
1. Анализ состояния вопроса
1.1. Характеристика фаз и фазовых превращений
в системе Fe – N
В стабильной системе Fe – N в равновесии находятся a и g-твердые растворы азота в железе и газообразный азот. Высокоазотистые соединения (нитриды) диссоциируют с выделением азота [1].
Образующийся азот под высоким давлением скапливается в дефектных местах решетки (дислокациях, границах зерен и т.д.) сначала в атомарном, а затем в молекулярном виде. Однако, как и в системе Fe – C, наибольшее значение имеет не равновесная, а метастабильная система Fe – N, приведенная на рис. 1. В метастабильной системе железо – азот образуются следующие фазы (рис. 1, 2):
При температуре 590°С g-фаза претерпевает эвтектоидный распад g ® a + g¢.
В условиях больших переохлаждений g-фаза претерпевает мартенситное превращение.
Рис. 1. Диаграмма состояния Fe – N (а) и область растворимости азота
в феррите (б)
Азотистый мартенсит имеет тетрагональную объемно-центрированную решетку (рис.2). Атомы азота в ней распределены по позициям, отвечающим серединам ребер элементарной ячейки, и вызывают деформацию кристаллической решетки железа. Тетрагональность азотистого мартенсита при одинаковых атомарных соотношениях несколько меньше, чем углеродистого мартенсита. При распаде (отпуске) a¢-фазы сначала образуется метастабильная a¢¢-фаза, отвечающая нитриду Fe16N2, а затем образуется нитрид Fe4N.
Рис. 2. Кристаллическое строение фаз в системе Fe – N
Со многими легирующими
В азотированном слое присутствуют различные азотистые фазы в соответствии с диаграммой Fe – N и температурой процесса.
При температуре азотирования ниже эвтектоидной (591°С) азотированный слой состоит из трех фаз: e, g¢ и a [2].
1.2. Азотирование сталей
Азотирование сталей — это процесс
диффузионного насыщения поверх
Азотированию можно
подвергать любые стали перлитного,
ферритного и аустенитного классов,
а также чугуны. Азотирование широко
применяется в различных отрасл
Процесс низкотемпературного
При высокотемпературном
Технология азотирования проста и экономична. Важно и то, что этот способ химико-термической обработки – как правило, заключительный этап обработки изделий. Однако традиционный процесс азотирования имеет существенные недостатки: большая продолжительность диффузионного насыщения, хрупкость упрочненного поверхностного слоя, трудность осуществления насыщения легкопассивирующих материалов, невозможность получения слоя одинаковой толщины по всей обрабатываемой поверхности деталей сложной конфигурации и другие.
Внедрение азотирования в производство началось более 60 лет назад, когда немецкий инженер А. Фри предложил специально азотируемые стали (нитраллои). По данным Международного общества по термической обработке и покрытия материалов (МОТОМ), азотирование является одним из основных методов поверхностного упрочнения, применение которого в промышленно развитых странах непрерывно увеличивается и к 2000 г. составило 25 – 30 % от общего объема изделий упрочненных химико-термической обработкой[0].
1.3. Классификация процессов азотирования
В настоящее время разработано множество технологических вариантов процесса. Процессы азотирования классифицируются по: