12. Зміцнення сталей шляхом модифікації їхньої поверхні іонно-плазмовим азотуванням у жевріючому розряді

Автори:

Надтока В. М.¹, Штапенко Е. П.², Краєва В. С.¹, Краєв М. В.¹

Організація:

ДП “КБ “Південне” ім. М. К. Янгеля”, Дніпро, Україна¹; Український державний університет науки та технологій²

Сторінка: Kosm. teh. Raket. vooruž. 2024, (1); 102-113

DOI: https://doi.org/10.33136/stma2024.01.102

Мова: Українська

Анотація: Розглянуто технологію зміцнення сталей шляхом модифікації їхньої поверхні методом іонно-плазмового азотування у жевріючому розряді. Іонно-плазмове азотування є багатофакторним процесом, що вимагає вивчення впливу умов процесу азотування на структуру модифікованих шарів, яка, у свою чергу, визначає їхні механічні властивості. Об’єктами досліджень були: аустенітна сталь 12Х18Н10Т, вуглецева сталь Ст3 та конструкційна сталь 45. Дослідження проводили для двох умов створення плазми: вільного розташування зразків на поверхні катода (конфігурація І) та всередині порожнистого катода (конфігурація ІІ). Втановлено оптимальні параметри процесу іонно-плазмового азотування, що забезпечують стабільність процесу та створюють умови для інтенсивної дифузії азоту в поверхню сталі. Для інтенсифікації процесу азотування у газове середовище аргон-азот додавали водень. Робочий тиск у камері підтримувався в діапазоні 250-300 Па, тривалість процесу становила 120 хв. Наведено порівняльні характеристики структури та мікротвердості модифікованих поверхонь досліджуваних сталей для двох технологій іонно-плазмового азотування. Металографічне дослідження структури поверхневих модифікованих шарів у поперечному перерізі показало наявність шаруватого азотованого шару, що складається з різних фаз і має різну глибину залежно від матеріалу зразка та режиму оброблення. Азотований шар сталі 12Х18Н10Т складався з чотирьох підшарів: верхнього «білого» нітридного шару, подвійного дифузійного шару та нижнього перехідного шару. Загальна глибина азотованого шару при зазначеному часі оброблення досягла 23 мкм, застосування порожнистого катода збільшило її на 26% до 29 мкм. Азотовані шари сталі Ст3 і сталі 45 складалися з двох підшарів – товстого “білого” нітридного шару і загальної дифузійного товщиною порядку 18 мкм. Мікротвердість азотованого шару сталі Ст3 становила 480 HV, збільшившись у 2,5 рази, а сталі 45 – 440 HV, збільшившись в 1,7 рази. Застосування порожнистого катода для цих сталей зменшує глибину азотованого шару, але при цьому мікротвердість збільшується за рахунок утворення товстішого та щільнішого нітридного шару на поверхні. Результати проведених досліджень можуть бути використані для зміцнення поверхонь сталевих деталей ракетно-космічної техніки, нанесення високоміцних покриттів.

Ключові слова: іонне азотування, жевріючий розряд, структура шару в поперечному перерізі, зміцнення, мікротвердість.

Список використаної літератури:

1. Loskutova T. V., Pogrebova I. S., Kotlyar S. M., Bobina M. M., Kapliy D. A., Kharchenko N. A., Govorun T. P. Physichni ta tekhnologichni parametry azotuvannya stali Х28 v seredovyschi amiaku. Journal nano-elektronnoi physiki. 2023. №1(15). s. 1-4.
2. Al-Rekaby D. W., Kostyk V., Glotka A., Chechel M. The choice of the optimal temperature and time parameters of gas nitriding of steel. Eastern-European journal of Enterprise Technologies. 2016. V. 3/5(81). P.44-49.
3. Yunusov A. I., Yesipov R. S. Vliyanie sostava gazovoy sredy na process ionnogo azotirovaniya martensitnoy stali 15Х16К5НР2МВФАБ-Ш. Vestnik nauki. 2023. №5(62). s. 854-863.
4. Zakalov O. V. Osnovy tertya i znoshuvannya u mashinah: navch. posibnik, vydavnytstvo TNTU im. I. Pulyuya, Ternopil. 2011. 332 s.
5. Kindrachuk M. V., Zagrebelniy V. V., Khizhnyak V. G., Kharchenko N. A. Technologichni aspeckty zabespechennya pratsezdatnosti instrument z shvydkorizalnykh staley. Problemy tertya ta znoshuvannya. 2016. №1 (70). S. 67-78.
6. Skiba M. Ye., Stechishyna N. M., Medvechku N. K., Stechishyn M. S., Lyukhovets’ V. V. Bezvodneve azotuvannya u tliyuchomu rozryadi, yak metod pidvyschennya znosostiykisti konstruktsiynykh staley. Visn. Khmelnitskogo natsionalnogo universitetu. 2019. №5. S. 7-12.
7. Axenov I. I. Vakkumno-dugovye pokrytiya. Technologiya, materialy, struktura i svoistva. Kharkov, 2015. 379 s.
8. Pastukh I. M., Sokolova G. N., Lukyanyuk N. V. Azotirovanie v tleyuschem razryade: sostoyanie i perspektyvy. Problemy trybologii. 2013. №3. S. 18-22.
9. Pastukh I. M. Teoriya i praktika bezvodorodnogo azotirovanniya v tleuschem razryade: izdatelstvo NNTs KhFTI. Kharkov, 2006. 364 s.
10. Sagalovich O. V., Popov V. V., Sagalovich V. V. Plasmove pretsenziyne azotuvannya AVINIT N detaley iz staley i splaviv. Technologicheskie systemy. 2019. №4. S. 50-56.
11. Kozlov A. A. Nitrogen potential during ion nitriding process in glow-discharge plasma. Science and Technique. 2015. Vol. 1. P. 79-90.
12. Nadtoka V., Kraiev M., Borisenko А., Kraieva V. Multi-component nitrated ion-plasma Ni-Cr coating. Journal of Physics and Electronics. 2021. №29(1). Р. 61–64. DOI 10.15421/332108.
13. Nadtoka V., Kraiev M., Borisenko A., Bondar D., Gusarova I. Heat-resistant MoSi2–NbSi2 and Cr–Ni coatings for rocket engine combustion chambers and respective vacuum-arc deposition technology/ 74th International Astronautical Congress (IAC-23-C2.4.2), Baku, Azerbaijan, 2-6 October 2023.
14. Kostik K. O., Kostik V. O. Porivnyalniy analiz vplyvu gazovogo ta ionno-plazmovogo azotuvannya na zminu struktury i vlastyvostey legovannoi stali 30Х3ВА. Visnik NTU «KhPI». 2014. №48(1090). S. 21-41.
15. Axenov I. I., Axenov D. S., Andreev A. A., Belous V. A., Sobol’ O.V. Vakuumno-dugovye pokrytiya: technologia, materialy, struktura, svoistva: VANT NNTs KhFTI, Kharkov. 2015. 380 s.
16. Pidkova V. Ya. Modyfikuvannya poverkhni stali 12Х18Н10Т ionnoyu implantatsieyu azotom. Technology audit and production reserves. 2012. Vol. 3/2(5). P. 51-52.
17. Kosarchuk V. V., Kulbovsliy I. I., Agarkov O. V. Suchasni metody zmitsnennya i pidvyschennya znosostiykosti par tertya. Ch. 2. Visn. Natsionalnogo transportnogo universytetu. 2016. Vyp. 1(34). S. 202-210.
18. Budilov V. V., Agzamov R. D., Ramzanov K. N. Issledovanie i razrabotka metodov khimiko-termicheskoy obrabotki na osnove strukturno-fasovogo modifitsirovaniya poverkhnisti detaley silnotochnymi razryadami v vakuume. Vestnik UGATU. Mashinostroenie. 2007. T. 9, №1(19). S. 140-149.
19. Abrorov A., Kuvoncheva M., Mukhammadov M. Ion-plasma nitriding of disc saws of the fiber-extracting machine. Modern Innovation, Systems and Technologies. 2021. Vol. 1(3). P. 30-35.
20. Smolyakova M. Yu., Vershinin D. S., Tregubov I. M. Issledovaniya vliyaniya nizkotemperaturnogo azotirovanniya na strukturno-fasoviy sostav i svoistva austenitnoy stali. Vzaimodeystvie izlecheniy s tverdym telom: materialy 9-oi Mezhdunarodnoy konferentsii (Minsk, 20-22 sentyabrya 2011 g.). Minsk, 2011. S. 80-82.
21. Adhajani H., Behrangi S. Plasma Nitriding of Steel: Topics in Mining, Metallurgy and Material Engineering by series editor Bergmann C.P. 2017. 186 p.
22. Fernandes B.B. Mechanical properties of nitrogen-rich surface layers on SS304 treated by plasma immersion ion implantation. Applied Surface Science. 2014. Vol. 310. P. 278-283.
23. Khusainov Yu. G., Ramazanov K. N., Yesipov R. S., Issyandavletova G. B. Vliyanie vodoroda na process ionnogo azotirovanniya austenitnoy stali 12Х18Н10Т. Vestnik UGATU. 2017. №2(76). S. 24-29.
24. Sobol’ O. V., Andreev A. A., Stolbovoy V. A., Knyazev S. A., Barmin A. Ye., Krivobok N. A. Issledovanie vliyaniya rezhimov ionnogo azotirovanniya na strukturu i tverdost’ stali. Vostochno-Yevropeyskiy journal peredovykh tekhnologiy. 2015. №2(80). S. 63-68.
25. Kaplun V. G. Osobennosti formirovanniya diffusionnogo sloya pri ionnom azotirovannii v bezvodorodnykh sredakh. FIP. 2003. T1, №2. S. 145.

Повний текст (PDF) || Зміст 2024 (1)

Завантажень статті: 13

Переглядів анотації:

884

Динаміка завантажень статті

Динаміка переглядів анотації

Географія завантаженнь статті

Країна	Місто	Кількість завантажень
США	Буфало; Чикаго; Ешберн; Даллас; Сіетл; Портленд	6
Німеччина	Фалькенштайн; Фалькенштайн	2
Франція		1
Unknown		1
Китай	Шеньчжень	1
Україна	Кременчук	1
Словаччина		1