Моделирование формирования ионно-модифицированных слоев железа

Набокова, Ольга Олеговна Отделение информационных технологий (ОИТ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Цель работы – построение модели и исследование основных закономерностей диффузионных процессов при азотировании железа, ознакомление с физикой и моделями процесса.
В результате исследования построена модель и приведены исследования влияния температуры азотирования, концентрации азота на поверхности азотируемого железа и распыления поверхности.
Модель была реализована в математическом пакете Matlab с открытым программным кодом, что позволяет вносить коррективы в модель.

Введение ………………………………………………………………………………………………… 13

I Нестационарное уравнение диффузии…………………………………………………….. 15

1.1 Общее определение диффузии. Законы Фика ……………………………………. 15

1.1.1 Нестационарное уравнение диффузии …………………………………………. 21

1.2 Постановка краевых задач о зависимости концентрации вещества от
пространственной координаты и времени. Одномерный случай ………………. 23

1.2.1 Краевая задача без начальных условий ………………………………………… 23

1.2.2 Краевая задача с начальными условиями (задача Коши)……………….. 24

1.3 Аналитические решения уравнения диффузии с однородными
граничными условиями. ………………………………………………………………………… 26

1.3.1 Решение уравнения диффузии с однородными граничными
условиями методом разделения переменных ……………………………………….. 26

1.3.2 Решение уравнения диффузии с неоднородными граничными
условиями методом разделения переменных ……………………………………….. 32

II Плазменно-пучковая обработка материалов …………………………………………… 33

2.1 Азотирование металлов …………………………………………………………………… 33

2.1.1 Газовое азотирование …………………………………………………………………. 34

2.1.2 Каталитическое газовое азотирование ………………………………………… 34

2.1.3 Ионно-плазменное азотирование…………………………………………………. 35

2.2 Формирования ионно-модифицированных слоев. Диаграмма фазовых
состояний Fe-N …………………………………………………………………………………….. 36

2.3. Азотирование стали ……………………………………………………………………….. 39
III Моделирование формирования ионно-модифицированных слоев железа с
учетом распыления поверхности ионами пучка ………………………………………… 41

3.1 Математическая модель формирования ионно-модифицированных слоев
при азотировании железа ……………………………………………………………………… 41

3.2 Численные расчеты формирования ионно-модифицированных слоев
железа ионами азота ……………………………………………………………………………….. 52

3.2.1 Влияние температуры азотирования ……………………………………………. 53

3.2.2 Влияние концентрации азота на границе образца …………………………. 56

3.2.3 Влияние распыления поверхности ионами азота …………………………. 60

Ⅳ Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 61

4.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 61

4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………….. 61

4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………………………………………. 62

4.2 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………….. 64

4.3 Инициация проекта …………………………………………………………………………. 67

4.3.1 Цели и результат проекта……………………………………………………………. 67

4.3.2 Организационная структура ……………………………………………………….. 68

4.4 Планирование управлением научно-техническим проектом ……………….. 69

4.4.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………………….. 69

4.5 Бюджет научно-технического исследования ……………………………………… 72

4.5.1 Затраты на материалы ………………………………………………………………… 72

4.5.2 Социальное оборудование для научных работ ……………………………… 73

4.5.3 Основная заработная плата исполнителей темы …………………………… 73
4.5.4 Отчисления во внебюджетные формы …………………………………………. 76

4.5.5 Накладные расходы ……………………………………………………………………. 77

4.5.6 Прочие затраты ………………………………………………………………………….. 78

4.6 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта …………….. 78
4.7 Реестр рисков ………………………………………………………………………………….. 79
4.8 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования……………………………………………. 80
Вывод к разделу ……………………………………………………………………………………… 83

Ⅴ Социальная ответственность ………………………………………………………………… 84

5.1 Анализ опасных и вредных факторов ……………………………………………….. 84

5.1.1 Воздействие магнитного поля и ионизирующего излучения …………. 89

5.1.2 Электростатическое поле ……………………………………………………………. 90

5.1.3 Производственный шум и вибрации ……………………………………………. 90

5.1.4 Микроклимат в помещении ………………………………………………………… 92

5.1.5 Освещенность рабочей зоны ……………………………………………………….. 94

5.1.6 Психофизические факторы …………………………………………………………. 97

5.2 Электробезопасность……………………………………………………………………….. 98

5.3 Экологичность разрабатываемой темы ……………………………………………. 101

5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………. 102

Вывод к разделу …………………………………………………………………………………… 105

Заключение …………………………………………………………………………………………… 106

Список использованных источников ………………………………………………………. 107

Приложение А ………………………………………………………………………………………. 111

Азотирование является важной термохимической обработкой
поверхности, которая используется для улучшения износостойкости,
коррозионной стойкости, а также твёрдости стальных деталей. В зависимости
от сорта стали, способа и условий обработки детали при облучении пучками
низкоэнергетических ионов (1-3 кэВ) и ионно-плазменной обработке могут
быть сформированы нитридные структуры на глубинах от нескольких
десятков до нескольких сотен микрометров [1-4].

 Получена система дифференциальных уравнений, описывающая
взаимосвязанный рост ε и γ’ нитридных слоев железа, динамика которых
зависит от времени, коэффициента диффузии и скорости распыления.
 Проведено исследование влияния температуры азотирования,
концентрации азота на поверхности железа и распыления ионами
обрабатываемой поверхности на динамику слоев и распределение
концентрации азота.
 Показано, что скорость роста каждого слоя была высокая на
начальных стадиях процесса азотирования, при увеличении скорости
распыления время насыщения азотом и ширина слоев уменьшаются.
 Математическая модель формирования нитридных слоев может
быть использована для расчета толщины составного слоя в различных
процессах азотирования.

1.Калин, Б.А. Перспективные радиационно-пучковые технологии
обработки материалов: Учебник / В.А Грибков, Ф.И. Григорьев, Б.А. Калин,
В.Л. Якушин/ под ред. Б.А. Калина. М: Круглый год, 2001. – 528 с.
2.Современные тенденции модифицирования структуры и свойств
материалов.: под ред. Н. Н. Коваля и В. Е. Громова; Томск: Изд-во НТЛ, 2015.
– 378 с.
3.Модификацияматериаловкомпрессионнымиплазменными
потоками / В. В. Углов [и др.]. – Минск: БГУ, 2013. – 248 с.
4.Engelko, V., Yatsenko B., Mueller G., Bluhm H. Pulsed electron beam
facility (GESA) for surface treatment of materials // Vacuum. – 2001. – V. 62/2–3.
– P. 211–216
5.Лопатин И. В. Генерация объемной плазмы в разрядах низкого
давления с полым катодом для азотирования поверхности металлов: дис. канд.
тех. наук: 05.27.02 / Лопатин Илья Викторович; [Место защиты: Ин-т
сильноточ. электроники]. – Томск, 2013. – 161 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/1429.
6.Akhmadeev Yu. H., Lopatin I. V., Koval N. N., Schanin P. M.,
Kolobov Yu. R., Vershinin D. S., Smolyakova M. Yu. // Proc. оf 10th Int. Conf.
(Tomsk: Russia, 19-24 September2010), – P. 228-231.
7.Рябчиков, А. Модификация стали 40Х при высокоинтенсивной
имплантации ионов азота / Рябчиков, А., Сивин, Д. О., Ананьин, П. С.,
Иванова, А. И., Углов, В. В., & Корнева, О. С. // Известия высших учебных
заведений. Физика (2018), 61(2), 60-66.
8.Ryabchikov, A. I. Nitriding of steel 40x with a high-intensity ion beam
/ Ryabchikov, A. I., An, T. M. K., Koval, T. V., Sivin, D. O., Anan’in, P. S., &
Korneva, O. S. // In Journal of Physics (2018, November).: Conference Series (Vol.
1115, No. 3, p. 032019). IOP Publishing
9.Б.С.Бокштейн. Диффузия в металлах. Издательство Металлургия,
119034, Москва, 1978, – 245 с
10.Г.А. Блейхер, В.П. Кривобоков. Теоретические основы обработки
материалов импульсными электронными материалами и ионными пучками.
Учеб. Пособие. Издательство ТПУ, Томск 2009. – 227 с.
11.Лахтин Ю.М., Леонтьевна В.П. Материаловедение: Учебник для
высшихтехническихзаведений.–3-еизд,перераб.идоп.–
М.:Машиностроение, 1990. – 528 с.: ил.
12.Koval T. V. Numerical simulation of discharge plasma generation and
nitriding the metals and alloys / Koval T. V., Manakov R. A., Nguyen Bao H., Tran
My K. A. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering – “XII
International Conference Radiation-Thermal Effects and Processes in Inorganic
Materials” 2016. Volume 168, conference 1. С. 012044.
13.Яловец А. П. Диффузионный массоперенос при плазменной
обработке металлов / Яловец А. П., Лейви А. Я., Талала К. А. // 11-я
Международная конференция «Взаимодействие излучений с твердым мелом»,
23-25 сентября 2015 г. Минск, Беларусь. – С. 65-66.
14.Hosseini,S.R.,Kermanpur,A.&Ashrafizadeh,F.(2007).
Mathematical modelling of nitrogen depth profile in the nitriding of pure iron, Proc.
8th Conference Surface Engineering and Heat Treatment, Iranian Society of Surf.
Sci. & Tech., Kerman, pp. 571-578.
15.Sun, Y. & Bell, T. (1997). A numerical model of plasma nitriding of
low alloy steels. Mater. Sci. and Eng. A, Vol. 224, pp. 33-47
16.Фролов А.В., Бакаева Т.Н. Безопасность жизнедеятельности.
Охрана труда. 2-е изд., доп. и перераб. – Ростов на Дону: Феникс, 2008. — 750
с.
17.С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др. Безопасность
жизнедеятельности: Учебник для вузов; Под общ. ред. С.В. Белова.7-е изд.,
стер. – М.: Высш.шк., 2007. – 616 с
18.СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к ПК и
организации работы».
19.СанПиН 2.1.7.1322-03.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Александр Р. ВоГТУ 2003, Экономический, преподаватель, кандидат наук
    4.5 (80 отзывов)
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфин... Читать все
    Специальность "Государственное и муниципальное управление" Кандидатскую диссертацию защитил в 2006 г. Дополнительное образование: Оценка стоимости (бизнеса) и госфинансы (Казначейство). Работаю в финансовой сфере более 10 лет. Банки,риски
    #Кандидатские #Магистерские
    123 Выполненных работы
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Кооперативные игры на гиперграфах
    📅 2019 год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет