Исследование процессов жидкофазного алитирования углеродистых сталей
|
Введение 5
1 Образование интерметаллических фаз при алитировании 7
1.1 Структурообразование и свойства алюминидов железа 7
1.2 Свойства интерметаллических соединений системы железо-алюминий 11
1.3 Анализ методов алитирования стали 16
1.4 Анализ методов исследования процессов диффузионного алитирования и свойств алитированного слоя 22
1.4.1 Механические свойства 23
1.4.2 Износостойкость 25
1.4.3 Химический состав и структура наплавленного покрытия 28
2 Методика исследования процессов алитирования стали 31
2.1 Исследование влияния алюминия на свойства стали 31
2.2 Методика исследования процессов диффузионного отжига сталей с алюминиевым покрытием 35
2.3 Методика исследования процессов жидкофазного алитирования 35
2.4 Исследования твердости покрытий 36
2.5 Методика исследования электросопротивления покрытия 40
2.6 Методика исследования износостойкости покрытий 41
2.7 Методика исследования жаростойкости 42
3 Исследование процессов диффузионного отжига сталей с алюминиевым покрытием 44
3.1 Исследование влияния алюминия на свойства стали 44
3.2. Исследование влияние режимом диффузионного отжига на химический состав покрытия 46
3.3 Исследование твердости алитированного покрытия 53
3.4 Исследование электросопротивления покрытия 57
3.5 Исследование износостойкости алитированной стали с алюминиевым покрытием 60
3.6 Исследование процессов жидкофазного алитирования стали 62
Заключение 73
Список используемой литературы и используемых источников 74
Приложение А Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 700°C и времени выдержки 15 минут 77
Приложение Б Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 700°C и времени выдержки 30 минут 79
Приложение В Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 700°C и времени выдержки 60 минут 81
Приложение Г Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 750°C и времени выдержки 15 минут 83
Приложение Д Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 750°C и времени выдержки 30 минут 85
Приложение Е Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 750°C и времени выдержки 60 минут 87
Приложение Ж Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 800°C и времени выдержки 15 минут 89
Приложение И Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 800°C и времени выдержки 30 минут 91
Приложение К Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 800°C и времени выдержки 60 минут 93
Приложение Л Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 850°C и времени выдержки 15 минут 95
Приложение М Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 850°C и времени выдержки 30 минут 97
Приложение Н Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 850°C и времени выдержки 60 минут 99
Приложение П Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 900°C и времени выдержки 15 минут 101
Приложение Р Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 900°C и времени выдержки 30 минут 103
Приложение С Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 900°C и времени выдержки 60 минут 105
1 Образование интерметаллических фаз при алитировании 7
1.1 Структурообразование и свойства алюминидов железа 7
1.2 Свойства интерметаллических соединений системы железо-алюминий 11
1.3 Анализ методов алитирования стали 16
1.4 Анализ методов исследования процессов диффузионного алитирования и свойств алитированного слоя 22
1.4.1 Механические свойства 23
1.4.2 Износостойкость 25
1.4.3 Химический состав и структура наплавленного покрытия 28
2 Методика исследования процессов алитирования стали 31
2.1 Исследование влияния алюминия на свойства стали 31
2.2 Методика исследования процессов диффузионного отжига сталей с алюминиевым покрытием 35
2.3 Методика исследования процессов жидкофазного алитирования 35
2.4 Исследования твердости покрытий 36
2.5 Методика исследования электросопротивления покрытия 40
2.6 Методика исследования износостойкости покрытий 41
2.7 Методика исследования жаростойкости 42
3 Исследование процессов диффузионного отжига сталей с алюминиевым покрытием 44
3.1 Исследование влияния алюминия на свойства стали 44
3.2. Исследование влияние режимом диффузионного отжига на химический состав покрытия 46
3.3 Исследование твердости алитированного покрытия 53
3.4 Исследование электросопротивления покрытия 57
3.5 Исследование износостойкости алитированной стали с алюминиевым покрытием 60
3.6 Исследование процессов жидкофазного алитирования стали 62
Заключение 73
Список используемой литературы и используемых источников 74
Приложение А Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 700°C и времени выдержки 15 минут 77
Приложение Б Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 700°C и времени выдержки 30 минут 79
Приложение В Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 700°C и времени выдержки 60 минут 81
Приложение Г Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 750°C и времени выдержки 15 минут 83
Приложение Д Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 750°C и времени выдержки 30 минут 85
Приложение Е Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 750°C и времени выдержки 60 минут 87
Приложение Ж Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 800°C и времени выдержки 15 минут 89
Приложение И Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 800°C и времени выдержки 30 минут 91
Приложение К Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 800°C и времени выдержки 60 минут 93
Приложение Л Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 850°C и времени выдержки 15 минут 95
Приложение М Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 850°C и времени выдержки 30 минут 97
Приложение Н Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 850°C и времени выдержки 60 минут 99
Приложение П Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 900°C и времени выдержки 15 минут 101
Приложение Р Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 900°C и времени выдержки 30 минут 103
Приложение С Структура и химический состав покрытий после диффузионного отжига при температуре 900°C и времени выдержки 60 минут 105
«Износостойкость - сопротивление материалов деталей машин и других трущихся изделий износу» [1, с. 5]. Процессы разрушения взаимно скользящих поверхностей твердых тел чрезвычайно многообразны и сложны. До сих пор далеко не ясным и мало изученным является механизм образования частицы износа. Ее возникновение, по-видимому, обусловлено схемой взаимодействия и возникающим напряженным состоянием, поведением материала (хрупкое, пластичное), физическими особенностями контакта (молекулярные силы, адгезия, схватывание), изменением самих физических условий в ходе трения и изнашивания (установление температурных полей, возникновение в зоне трения частиц износа). Наиболее простым видом изнашивания является абразивное, когда возникновение частицы износа происходит чисто механически. Разрушающими телами обычно являются минеральные высокотвердые частицы с неметаллическим типом межатомных связей, при которых адгезия и схватывание пренебрежимо малы. Распространенность абразивного изнашивания велика; оно не исключено в процессах обычного трения со смазкой. Бороться же с абразивным износом очень трудно. Поэтому вопрос о повышении сопротивляемости абразивному изнашиванию является весьма актуальным. Особо остро вопрос о повышении сопротивляемости абразивному изнашиванию стоит в горнодобывающей промышленности. Такие машины, как мельницы, щековые дробилки, транспортеры и т.д. работают в особо жестких условиях эксплуатации, т.к. находятся в постоянном контакте с минералами, вследствие чего, происходит быстрое изнашивание рабочих поверхностей, что влечет за собой дорогостоящий ремонт оборудования. Следовательно, увеличение срока службы горнодобывающего оборудования за счет повышения износостойкости рабочих поверхностей является актуальным.
В качестве износостойких покрытий весьма перспективно применение сплавов системы железо-алюминий. Эти сплавы, прежде всего, отличаются невысокой стоимостью и достаточно высокой твердостью при наличии в структуре промежуточных, интерметаллидных фаз. Современной промышленностью освоена технология производства стали с алюминиевым покрытием. При термической обработке (диффузионном отжиге) такого материала создаются условия образования на поверхности слоя интерметаллидных фаз, который должен отличаться высокой твердостью износостойкостью.
Таким образом, целью данной магистерской диссертации является: повышение износостойкости деталей из углеродистых сталей за счет формирования на их поверхности слоя алюминида железа.
В качестве износостойких покрытий весьма перспективно применение сплавов системы железо-алюминий. Эти сплавы, прежде всего, отличаются невысокой стоимостью и достаточно высокой твердостью при наличии в структуре промежуточных, интерметаллидных фаз. Современной промышленностью освоена технология производства стали с алюминиевым покрытием. При термической обработке (диффузионном отжиге) такого материала создаются условия образования на поверхности слоя интерметаллидных фаз, который должен отличаться высокой твердостью износостойкостью.
Таким образом, целью данной магистерской диссертации является: повышение износостойкости деталей из углеродистых сталей за счет формирования на их поверхности слоя алюминида железа.
1. Разработано оборудование, и методика проведения исследований влияния алюминия на механические свойства стали.
2. Скомпоновано оборудование и разработана методика исследований процессов формирования покрытий диффузионным отжигом сталей с алюминиевым покрытием и жидкофазным алитированием.
3. Разработана методика и изготовлено оборудование и оснастка для исследования механических и эксплуатационных свойств покрытий системы железо-алюминий.
4. На основании проведенных исследований установлено, что алюминий повышает твердость сталей и снижает ударную вязкость. Так твердость стали с 10% алюминия составляет 300HB, а с 50% алюминия 550HB. Ударная вязкость при содержании алюминия до 10% снижается в 5 раз.
5. Диффузионный отжиг сталей с алюминиевым покрытием в интервале температур 600-1000С при времени выдержки 15-60 минут приводит к формированию на границе раздела интерметаллидного слоя состоящего из интерметаллидных фаз Al3Fe; Al5Fe2; AlFe3. Оптимальными режимами, с точки зрения достижения высокой износостойкости, можно считать нагрев до 700-800°С с временем выдержки более 30-60 минут; нагрев до 800-900°С с временем выдержки 15-30 мину.
6. Жидкофазное алитирование сталей в алюминиевых расплавах с легирующими элементами: никель, железо, медь, титан снижает эрозию поверхности образцов и повышает твердость алитированного слоя. Максимальной твердостью обладает алитированный слой, полученный при легировании алюминия титаном или железом.
2. Скомпоновано оборудование и разработана методика исследований процессов формирования покрытий диффузионным отжигом сталей с алюминиевым покрытием и жидкофазным алитированием.
3. Разработана методика и изготовлено оборудование и оснастка для исследования механических и эксплуатационных свойств покрытий системы железо-алюминий.
4. На основании проведенных исследований установлено, что алюминий повышает твердость сталей и снижает ударную вязкость. Так твердость стали с 10% алюминия составляет 300HB, а с 50% алюминия 550HB. Ударная вязкость при содержании алюминия до 10% снижается в 5 раз.
5. Диффузионный отжиг сталей с алюминиевым покрытием в интервале температур 600-1000С при времени выдержки 15-60 минут приводит к формированию на границе раздела интерметаллидного слоя состоящего из интерметаллидных фаз Al3Fe; Al5Fe2; AlFe3. Оптимальными режимами, с точки зрения достижения высокой износостойкости, можно считать нагрев до 700-800°С с временем выдержки более 30-60 минут; нагрев до 800-900°С с временем выдержки 15-30 мину.
6. Жидкофазное алитирование сталей в алюминиевых расплавах с легирующими элементами: никель, железо, медь, титан снижает эрозию поверхности образцов и повышает твердость алитированного слоя. Максимальной твердостью обладает алитированный слой, полученный при легировании алюминия титаном или железом.
