Азотирование стали 40х13 в плазме высокочастотного разряда
В процессе исследования были получены данные о структурных и функциональных свойствах стали 40х13 после процесса высокочастотного азотирования в Ar+N2+H2 среде, выявлено влияние потенциала смещения на свойства стали.
В результате работы показано, что в смеси аргона, азота и провести высокочастотное плазменное азотирование с получением глубокой диффузионной зоны. Проведено исследование кристаллической структуры в зависимости от амплитуды потенциала смещения. Исследовано влияние потенциала смещения на шероховатость поверхности, микроструктуру образцов. Оценена износостойкость покрытий. Определенно влияние амплитуды потенциала смещения на коррозионную стойкость образцов из стали 40х13.
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………… 13
Раздел 1. Азотирование …………………………………………………………………………………………………….. 15
1.1 Азотирование сталей: описание процесса и методы азотирования ………………………………… 15
1.3 Высокочастотное азотирование …………………………………………………………………………………… 24
1.4 Влияние параметров ионно-плазменного азотирования на структурные и функциональные
свойства сталей ………………………………………………………………………………………………………………… 26
1.4.1 Влияние температуры ионно-плазменного азотирования на структурные и
функциональные свойства сталей …………………………………………………………………………………….. 26
1.4.2 Влияние времени ионно-плазменного азотирования на структурные и
функциональные свойства сталей …………………………………………………………………………………….. 33
1.3.3 Влияние состава смеси газов на структурные и функциональные свойства сталей . 34
1.4.4 Влияние рабочего давления при азотировании на структурные и функциональные
свойства сталей ………………………………………………………………………………………………………………… 35
1.3.5 Влияние величины потенциала смещения на изделии на структурные и
функциональные свойства сталей …………………………………………………………………………………….. 37
Раздел 2. Экспериментальные методы и оборудование …………………………………………………………. 40
2.1 Лабораторная установка ……………………………………………………………………………………………… 40
2.2 Индуктивно−связанный источник плазмы РПГ−128 …………………………………………………….. 42
2.3 Методика пробоподготовки подложек …………………………………………………………………………. 43
2.4 Метод анализа морфологии поверхности …………………………………………………………………….. 44
2.5 Анализ кристаллической структуры образцов ……………………………………………………………… 45
2.6 Изучение микроструктуры поверхности ………………………………………………………………………. 48
2.7 Изучение микротвёрдости образцов …………………………………………………………………………….. 49
2.6 Исследование износостойкости образцов …………………………………………………………………….. 50
2.8 Определение коррозионной стойкости ………………………………………………………………………… 51
3 Экспериментальная часть …………………………………………………………………………………………………. 53
3.1 Режимы азотирования образцов …………………………………………………………………………………… 53
3.2 Исследование кристаллической структуры ………………………………………………………………….. 54
3.3 Микроструктура поверхности ……………………………………………………………………………………… 57
3.4 Шероховатость поверхности ……………………………………………………………………………………….. 60
3.5 Исследование твердости образцов по глубине ……………………………………………………………… 62
3.5 Изучение изностойкости ……………………………………………………………………………………………… 63
3.6 Коррозионная стойкость ……………………………………………………………………………………………… 64
Заключение …………………………………………………………………………………………………………………………. 69
Раздел 4. Финансовый менеджмент, ресурсосбережение и ресурсоэффективность ………………… 70
Введение ………………………………………………………………………………………………………………………….. 70
4.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований
с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………………………. 70
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования …………………………………….. 70
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………………………………………… 71
4.2 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………………………….. 72
4.3 Планирование научно-исследовательских работ …………………………………………………… 73
4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………………………………………… 73
4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………………………….. 73
4.3.3 Разработка графика проведения исследования ……………………………………………………. 74
4.4 Бюджет научно-технического исследования………………………………………………………….. 77
4.4.1 Расчет материальных затрат НТИ ………………………………………………………………………. 77
4.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ …………………………. 78
4.4.3 Основная заработная плата исполнителей темы ………………………………………………….. 79
4.4.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ……………………………………….. 81
4.4.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …………………………… 81
4.4.6 Накладные расходы……………………………………………………………………………………………. 82
4.4.6 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта …………………… 82
4.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей) эффективности исследования ……………… 83
4.5.1 Интегральный показатель ресурсоэффективности ………………………………………………. 83
4.5.2 Интегральный показатель эффективности вариантов исполнения разработки ……… 84
Выводы по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсосбережение и ресурсоэффективность» 86
Раздел 5 Социальная ответственность …………………………………………………………………………………. 87
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………… 87
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………………………………….. 88
5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые нормы
трудового законодательства ……………………………………………………………………………………………… 88
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны исследователя …………. 88
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………………………………………… 90
5.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов ……………………………………………… 91
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………………………………………… 99
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………………………………. 100
Выводы по Разделу 5 Социальная ответственность ……………………………………………………………. 103
Список литературы ……………………………………………………………………………………………………………. 104
Приложение A …………………………………………………………………………………………………………………… 111
Современная промышленность сталкивается с такими проблемами, как
преждевременный износ деталей и инструментов. Это исходит из того, что большинство
технологических процессов связанно с увеличением нагрузок, температур, агрессивных сред, в
которых работают технологические изделия. Следовательно, материалы, используемые для
производства конечных изделий, должны обладать определённым сочетанием функциональных
свойств, например, таких как износостойкость и коррозионная стойкость.
В настоящее время накоплен большой опыт по применению различных методов
химико‒термической обработки материалов, когда поверхностные слои металлов и/или сплавов
подвергают диффузионному насыщению элементами внедрения, в результате которого на
поверхности изделия образуется новый слой. Изменение химического состава поверхностных
слоёв достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой,
газообразной, плазменной), в которой обычно осуществляется нагрев. В результате изменения
химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,
что, в свою очередь, вызывает изменение функциональных свойств модифицированного
материала. Один из наиболее эффективных инструментов для изменения свойств поверхности –
азотирование.
В общем смысле азотированием называют процесс химико-термической обработки
материалов, заключающийся в насыщении поверхностного слоя азотом, с целью повышения
твёрдости, износостойкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости изделий [1]. В
настоящее время уже разработано большое число методов азотирования, используется газовое
азотирование, азотирование в растворах, широко востребовано ионно-плазменное
азотирование. Для технологического применения большой интерес вызывает ионно-плазменное
азотирование, которое осуществляется в разряженной среде. Несмотря на то, что оно требует
использование вакуумных систем, ионно-плазменное азотирование может быть реализовано
при меньшей температуре, обладает достаточно высокой повторяемостью и стабильностью, что
крайне важно при производстве конечных изделий. Тем не менее, значимой проблемой
азотирования является изменение морфологии поверхности изделий, которое может быть
вызвано как изменением кристаллической структуры азотируемой поверхности, так и её
эрозией в результате воздействия пучков ионов или плазмы. Ввиду этого, обычно после
азотирования выполняется дополнительная механическая обработка поверхности (шлифовка и
полировка) [2]. Изменение морфологии поверхности при азотировании существенно
ограничивает возможность реализации дуплексной технологии обработки материалов [3],
которая включает в себя азотирование поверхности и последующее осаждение
функционального покрытия в вакууме, используя физические методы осаждения.
Дуплексная обработка обычно применяется для улучшения адгезии и механических
свойства покрытий ввиду упрочнения основы (материала) в результате азотирования. Ввиду
этого большой практический интерес вызывает разработка технологии азотирования в вакууме,
которая оказывает минимальное влияние на морфологию поверхности. Для решения
рассматриваемой проблемы может быть эффективно применение азотирования в
высокочастотном разряде при использовании низких значений потенциала смещения на
изделии. Как влияет потенциал смещения на структурные характеристики, морфологию и
функциональные свойства металлов/сплавов изучено недостаточно, поэтому требуется
выполнить исследования такого рода на примере одного из широко используемых для
азотирования материала, например, стали 40х13.
Цель работы – получение данных о влиянии потенциала смещения на структурные и
функциональные свойства стали 40х13 при высокочастотном азотировании.
Задачи:
‒ выбор режимов азотирования стали 40х13 в плазме высокочастотного разряда;
‒ изучение структуры стали 40х13;
‒ определение функциональных свойств стали 40х13;
‒ анализ полученных результатов.
Объект исследования: сталь 40х13.
Предмет исследования: структурные и функциональные свойства стали 40х13.
Методы исследования: анализ литературы по теме исследования, изучение
кристаллической структуры, микроструктуры, морфологии поверхности, твердости,
износостойкости и коррозионной стойкости, обобщение и анализ, сравнение.
Раздел 1. Азотирование
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (30 отзывов)
5 (145 отзывов)
4.1 (20 отзывов)
4.9 (35 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
4.8 (105 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
