Разработка технологии цементации стальных изделий для машиностроения

ВВЕДЕНИЕ 10
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЦЕМЕНТАЦИЕЙ 11
1.1 Цементация 11
1.2 Карбюризатор 12
1.3 Цементация в графите 13
1.3.1 Цементация наплавкой углеродосодержащих смесей 15
1.3.2 Микродуговая цементация 20
1.3.3 Электроискровая цементация 23
1.3.4 Плазменная цементация 26
1.3.5 Электромагнитная цементация 30
1.3.6 Электроконтактная цементация 31
1.4 Оборудование для цементации 33
1.4.1 Камерные печи 33
1.4.2 Шахтные печи 34
1.4.3 Карусельные печи 35
1.5 Оснастка для цементации: контейнер 36
1.6 Особенности процесса электроконтактной цементации 38
1.7 Патентное исследование 41
2 ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 44
3 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЦЕМЕНТАЦИИ С РЕЗИСТИВНЫМ НАГРЕВОМ 46
3.1 Тип изделий 46
3.2 Схема электроконтактной цементации 48
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ 40Х ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ 51
4.1 План эксперимента упрочнения поверхностного слоя образцов из стали 40Х методом электроконтактной цементации 51
4.1.1 Подготовка образцов 51
4.1.2 Измерение твердости образцов после цементации 63
4.1.3 Исследование структуры стали после цементации 66
4.2 Результаты исследования и измерения твердости диффузионного слоя 66
4.2.1 Результаты измерения макротвердости 66
4.2.2 Результаты измерения микротвердости 68
4.2.3 Исследование структуры поверхностного слоя 74
5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 85

1. Шевельков, В.В. Материаловедение: учеб. / В.В. Шевельков. – Псков.: ППИ, 2006. – 97с.
2. Гуляев, А.П. Металловедение: учеб. /А.П. Гуляев. – М.: Металлургия, 2006. – 554 с.
3. Корецкий, Я.Г. Цементация стали: учеб. / Я.Г. Корецкий. – Л. : Судпромгиз, 1962. – 230 с.
4. Хубатхузин, А. А. Повышение твердости и физико-механических свойств металлов и их сплавов: учеб. / А. А. Хубатхузин // Вестн. Каз. Технологического Университета. – 2013. – Т. 16; №23. – С. 25 – 28.
5. Хубатхузин, А. А. Электрофизические методы обработки углеродистой инструментальной стали У8 / А. А. Хубатхузин // Вестн. Каз. Технологического Университета. – 2014. – Т. 17; №12. – С. 30 – 33.
6. Христолюбова, В. И. Анализ физико-механических свойств металлорежущего и обрабатывающего инструмента при обработке ВЧ плазмой пониженного давления / В. И. Христолюбова // Вестн. Каз. Технологического Университета. – 2014. – Т. 17; №11. – С. 185-187.
7. Рыкалин, Н.Н. Низкотемпературная плазма и ее применение / Н.Н. Рыкалин // Семинар в Москве. Вестн. АН СССР. – 1973. – № 7. – С. 50-52.
8. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий: учеб. / Ю.П. Адлер. – М.: Наука, 1976. – 279 с.
9. Гадалов, В.Н. Использование метода склерометрии для оценки металлов и сплавов с электрофизическими покрытиями: учеб. / В.Н. Гадалов. – КГТУ, АОО «Демо», г. Воронеж, АОО «Горнообогатительной комбинат», г. Железногорск, – 2006 г.
10. Черноиванов, В.И. Организация и технология восстановления деталей машин: учеб. / В.И. Черноиванов. – Изд. 2-е, доп. и перераб. – М: ГОСНИТИ, 2003. – 488 с.
11. Шевченко, О.И. Процесс электроискровой цементации в ультразвуковом поле / О.И. Шевченко, Г.Е. Трекин // Bестник ПНИПУ, 2016. – Т. 18. – № 3. – С. 63-76.
12. Пат. 2283893 Российская Федерация, МПК8 C23C 8/66. Способ ускоренной цементации стали / Орлов П.С.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ярославская государственная сельскохозяйственная академия. – № 2004124644/02 заявл.12.08.2004; опубл. 20.09.2006, Бюл. №26. – 8 с. : ил.
13. Bakon, J.L. Heat Treatment of Steels / J.L. Bakon. – New York. : John Wiley & Sons, 1999. – 418 p.
14. Пат. 2384649 Российская Федерация, МПК7 С23 С12/02. Способ термодифузионного упрочнения стальных деталей / Коршунов В.В.; заявитель и патентообладатель Коршунов В.В.; заявл. 20.06.2008; опубл. 20.03.2010, Бюл. №8.
15. Дробяз, Е.А. Структура и свойства поверхностных слоев низкоуглеродистой стали, полученных методом наплавки углеродосодержащих порошковых смесей и последующей закалки / Е.А. Дробяз // Материаловедение, 2013. – №4. – С. 5-11.
16. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов: учеб. / И.И. Новиков. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
17. Батаев, В.А. Упрочнение боковых граней головок железнодорожных рельсов электронно-лучевой обработкой в воздушной среде // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2002. – № 12. – С. 14–18.
18. Гуляев, А.П. Инструментальные стали: учеб. / А.П. Гуляев, К.А. Малинина, С.М. Саверина. – 2-е изд. – М. : Машиностроение, 1975. – 272 с.
19. Bryson, W.E. Heat Treatment, Selection, and Application of Tool Steels / W.E. Bryson. – Carl Hanser Verlag, Munich, Germany, 2009. – 249 p.
20. Cain, T. Hardening, Tempering and Heat Treatment / T. Cain. – Argus Books Ltd, 1984. – 124 p.
21. Liedtke, D. Merkblatt Wärmebehandlung von Stahl – Härten, Anlassen, Vergüten, Bainitisieren / D. Liedtke. – Düsseldorf: Stahl-Informations-Zentrum, 2005. – 38 s.
22. Домбровский, Ю.М. Выбор углеродсодержащей порошковой среды для микродуговой цементации / Ю.М. Домбровский // «Технические науки», 2013. – С. 72-73
23. Шевченко, О.И. Процесс электроискровой цементации в ультразвуковом поле / О.И. Шевченко // Машиностроение, 2016. – С. 63-76
24. Steel Heat Treatment: Metallurgy And Technologies / G.E. Totten [et al.] – Taylor & Francis Group, 2006. – 820 p.
25. Термоциклирование. Структура и свойства / А.М. Гурьев [и др.] // Ползунский альманах, 2014. – № 2. – С. 5-9.
26. Дальский, А.М. Технология конструкционных материалов: учеб. / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова и др. М.: Машиностроение, 2005. – 592 с.
27. Кнорозов, Б.В. Технология металлов и материаловедение: учеб. / Б.В. Кнорозов, Л.Ф. Усова и др. М.: Металлургия, 1987. – 800 с.
28. Гюи, В.В. Плазменная цементация углеродистых сталей с использлванием паст в твердой фазе / В. В. Гюи // Вестник науки и образования Северо-запада России, 2015. – С. 1-7
29. Балановский, А.Е. Плазменное поверхностное упрочнение металлов: учеб. / А.Е. Балановский. – Иркутск.: Изд-во ИрГТУ, 2006. – 180 с.
30. Болховитинов, Н.Ф. Металловедение и термическая обработка: учеб. / Н.Ф. Болховитинов. – М.: Машиностроение, 1965. – 505 с.
31. Бердников, А.А. Структура закаленных углеродистых сталей после плазменного поверхностного нагрева / А.А. Бердников // Металловедение и термического обработка металлов,1997. – № 6. – С 2-4.
32. Чудина, О.В. Комбинированные методы поверхностного упрочнения сталей с применением лазерного нагрева. Теория и технология: учеб. / О.В. Чудина. – М.: МАДИ (ГТУ), 2003. – 248 с.
33. Кузьмин, Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы: учеб. / Б.А. Кузьмин. М.: Машиностроение, 1989. – 494 с.
34. Арзамасов, В.Н. Материаловедение: учеб. / В.Н. Арзамасов. М.: Машиностроение, 2005. – 384 с.
35. Солнце, В.П. Металловедение и технология металлов: учеб. / В.П. Солнцев. М.: Металлургия, 1988. – 512 с.
36. Прейс, Г.А. Технология конструкционных материалов: учеб. / Г.А. Прейс, Н.А. Сологуб. Киев.: Выща шк., 1991. – 390 с.
37. Дальский, А.К. Технология конструкционных материалов: учеб. / А.К. Дальский. М.: Машиностроение, 2001. – 447 с.
38. Комарова, О.С. Технология конструкционных материалов: учеб. / О.С. Комаров. Минск: ООО «Новое знание», 2005. – 560 с.
39. Паршин, А.М. Металловедение и термическая обработка: учеб. / А.М. Паршиа. Ленинград, 2004. – 108 с.
40. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учеб. / Ю.М. Лахтин. М.: Машиностроение, 1990. – 400 c.
41. Куницкая, В.Е. Химико-термическая обработка металлов / В.Е. Куницкая, Л.И. Рослякова, И.Н. Росляков // Взгляд молодых ученых, 2016. – Т.3. – С. 212-215.
42. Крукович, М.Г. Газовое азотирование в герметичных контейнерах / М.Г. Крукович // «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин», 2013. – С. 198-204
43. Бахрачева, Ю.С. Повышение долговечности узлов трения термоциклической нитроцементацией / Ю.С. Бахрачева // Машиностроение, 2012. – №3. – С. 7-12.
44. Исследование износостойкости сталей 40 и 40Х, упрочненных цианированием / В.Н. Гадалов [и др.] // Материалы и технологии ХХI века. – Пенза, 2016. – С.11-16.
45. Малькова, Н.Ю. Недостатки процессов и перспективные способы химико-термической обработки / Н.Ю. Малькова // Успехи современного естествознания, 2007. – №12. – С. 87
46. Рыжавина, Л.В. Цементация в твердом карбюризаторе / Л.В. Рыжавина, О.В. Чуднова // Успехи современного естествознания, 2012. – №6. – С. 176-177.
47. Чейлях, А.П. Влияние закалки на структуру, состав метастабильного остаточного аустенита и абразивную износостойкость цементованных конструкционных сталей / А.П. Чейлях, М.А. Рябикина, Н.Е. Караваева // Висник приазовського державного техничного университету, 2012. – С. 95 – 101.
48. Формирование структуры и свойств поверхностных слоев при науглероживании низкоуглеродистых мартенситных сталей / А.С. Иванов [и др.] // Новые технологии получения и обработки материалов, 2006. – №6. – С. 72-79.
49. Ву Ван Гюи, Исследование износостойкости поверхности стали после плазменной цементации с использованием углеродосодержащей пасты / Ву Ван Гюи, А.Е. Балановский // Машиностроение и машиноведение. –Вестник ИрГТУ, 2017. – Т.21. – №4. – С. 10-21.
50. Surface carburization of steel castings / E.B. Тen [et al.] // Moscow Institute of Steel and Alloys. – Steel in translation, 2011. – Т.43. – №1. – Р.19-22
51. Пат. 2477336 Российская Федерация, МПК8 C23C 8/60, C23C 8/66. Способ цементации металлического изделия / Домбровский Ю.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Донской государственный технический университет”. – № 2011131656/02 заявл. 27.07.2011; опубл. 10.03.2013, Бюл. №7. – 6 с. : ил.
52. Валько, А.Л. Влияние вакуумной высокотемпературной цементации на величину зерна конструкционных сталей / А.Л. Валько, С.П. Руденко, А.Н. Чичин // Актуальные вопросы машиноведения, 2014. – №3. – С. 343-346.
53. Liu, I.-D. Super-carburization of low alloy steel in a vacuum furnace / L.-D. Liu, F.-S. Chen // Department of Mechanical Engineering, Taiwan Department of Materials Engineering, Tatung University. – Surface and coatings technology, 2004. – Т.183. – № 2. – Р. 233-238.
54. Шевченко, О.И. Процесс электроискровой цементации в ультразвуковом поле / О.И. Шевченко, Г.Е. Трекин // Bестник ПНИПУ, 2016. – Т. 18. – № 3. – С. 63-76.
55. Марусин, М.В. Цементация стали при высокоэнергетической индукционной закалке / М.В. Марусин, А.Б. Виноградов, В.В. Марусин // ИТПМ СОРАН. – С. 101-103.
56. Баранов, Е.М. Химико-термическая обработка стали: учеб. пособие / Е.М. Баранов. – Хабаровск. : ДВГУПС, 2005. – 37 с.
57. Ruchuan, Y. Carburization behavior of iron-based alloys in methane/hydrogen gas mixtures / Y. Ruchuan. – King Fahd University of Petroleum and Minerals, 2003. – 151 р.
58. Oxide Coatings Formed on Titanium Treated by High Frequency Currents / A. A. Fomin, [и др.] // Technical Physics Letters, 2015. – №9. – Р. 909–911
59. Лахтин, Ю.М. Химико-термическая обработка металлов: учеб. / Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. – М. : Металлургия, 1985. – 256 с.
60. Khusid, B.M. Carburization of high-chromium steels / B.M. Кhusid, E.M. Кhusid, B.B. Khina // Рroceedings of the 2nd asm heat treatment and surface engineering conference. Minsk, 1994 / Byelorussian Acad of Sciences, 1994. – Part 1, 1994. – Р.203-208.
61. Пат. 2477336 Российская Федерация, МПК8 C23C 8/60, C23C 8/66. Способ цементации металлического изделия / Домбровский Ю.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Донской государственный технический университет”. – № 2011131656/02 заявл. 27.07.2011; опубл. 10.03.2013, Бюл. №7. – 6 с. : ил.
62. Пат. 2283893 Российская Федерация, МПК8 C23C 8/66. Способ ускоренной цементации стали / Орлов П.С.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Ярославская государственная сельскохозяйственная академия. – № 2004124644/02 заявл.12.08.2004; опубл. 20.09.2006, Бюл. №26. – 8 с. : ил.
63. Пат. 2044105 Российская Федерация, МПК8 C23C8/22. Способ поверхностного упрочнения стальных деталей / Бондаренко А.В., Жуков А.А., Бондарюк Н.Н., Малимон В.И.; заявитель и патентообладатель Винницкий политехнический институт, Научно-производственное предприятие “Гамма”. – заявл. 04.07.1991; опубл. 20.09.1995, Бюл. №17. – 7 с. : ил.
64. Пат. 2087550 Российская Федерация, МПК8 C21D1/42, C23C8/22. Способ термической обработки деталей из легированной стали / Макарьев А.Н., Исупов В.П., Аноцкий С.В.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество “Автоваз”. – заявл. 04.08.1994, опубл. 20.08.1997, Бюл. №8. – 7 с. : ил.
65. Пат. 2172360 Российская Федерация, МПК8 C23C12/00,
C23F17/00. Способ упрочнения литого режущего инструмента из быстрорежущей стали/ Субботин А.В., Салманов Н.С., Занозин А.А.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество “Алтайский трактор”. – заявл. 16.11.1999, опубл. 20.08.2001, Бюл. №26. – 6 с. : ил.
66. Пат. 2120478 Российская Федерация, МПК8 C21D1/42,
C21D7/04. Способ формирования упрочненного слоя детали/ Леменков В.Я.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество “ГАЗ”. – заявл. 01.04.1997, опубл. 20.10.1998, Бюл. №8. – 7 с. : ил.
67. Пат. 2130507 Российская Федерация, МПК8 C23C8/22. Способ химико-термической обработки внутренней поверхности трубы/ Сельницын М.Г., Лесничий В.Ф., Козловский А.М., Пыхов С.И.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество “УралЛУКтрубмаш”. – заявл. 22.06.1998, опубл. 20.05.1999, Бюл. №8. – 7 с. : ил.
68. Пат. 2436850 Российская Федерация, МПК8 C23C8/22. Способ упрочнения рабочей поверхности зубьев/ Захаров Н.В.; заявитель и патентообладатель ОАО «ДМЗ». – заявл. 02.02.2010, опубл. 10.08.2011.
69. ГОСТ 1050-88 Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия. – Введ. 1991-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 30 с.
70. ГОСТ 6456-82 Шкурка шлифовальная бумажная. Технические условия. – Введ. 1982-18-02. – М.: Изд-во стандартов, 1982. – 19 с.
71. ГОСТ 9450-76 Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников – Введ. 1977-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 1977. – 35 с.
72. Атлас микроструктур черных и цветных металлов и сплавов: учеб. / А.А. Андрушевич [и др.]. – Минск.: БГАТУ, 2012. – 100 с.