WEB-ресурс научно-практических конференций

К.т.н. Рудик О.Ю.

Хмельницький національний університет, Україна

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ІОННОГО АЗОТУВАННЯ

Підвищення зносостійкості азотованих шарів може бути досягнуте введенням в насичуючу атмосферу вуглецевмісних компонентів, тобто при застосуванні комбінованого режиму насичення. Це пояснюється утворенням пластичніших карбонітрідів заліза з меншою концентрацією азоту та кількістю високоазотних, твердих і крихких фаз, а також підвищеною корозійною стійкістю.

Для вивчення механізму корозійно-механічного зношування використовували установку торцевого тертя, яка дозволяє одержувати кінетику зміни електродного потенціалу, фрикційних і зносостійких характеристик, температури поверхні тертя, характеристик тертя залежно від зміни електродного потенціалу системи.

Встановлено, що комбіноване азотування підвищує зносостійкість поверхонь у порівнянні з одностадійним в 1,1 - 1,5 рази (табл. 1), а в порівнянні з неазотованими зразками – в 2 - 3 рази.

Таблиця 1. Зносостійкість (мкм/км) матеріалів у дифузійному соці (v = 1 м/с, P = 4 МПа)

Металографічним аналізом поверхонь тертя азотованих матеріалів слідів крихкого руйнування або задирок не виявлено. В окремих місцях виявлені темні оксидні плівки та сліди мікрорізання.

Залежно від умов навантаження на фрикційному контакті, наприклад, при механічному або хіміко-механічному зношуванні, зносостійкість матеріалів, в основному, визначається їх корозійною стійкістю. Тому досліджувалася корозійна стійкість азотованих сталей і чавунів у статиці, при перемішуванні й терті зразків з коловою швидкістю v = 1 м/с в кислому середовищі. Кінетику електрохімічних процесів вивчали за допомогою потенціостата П-5827М-14 з реєстрацією поляризаційних кривих.

Випробуваннями встановлено (табл. 2), що швидкість корозії матеріалів при азотуванні комбінованим способом зменшується. При цьому значно облагороджуються електродні потенціали матеріалів, а на анодних поляризаційних кривих розширяється пасивна область і збільшується щільність струму пасивації та повної пасивації.

Таблиця 2. Швидкість корозії (г/(м ² год.)) азотованих матеріалів

в кислому середовищі у статиці та при перемішуванні

Примітка. Чисельник – статика, знаменник – перемішування.

Застосування методу активного планування експерименту дозволило отримати рівняння регресії електродного потенціалу ( ЕП , мВ ) поверхні сталі 45Х, швидкості її корозії ( К, г/(м ² ?год.) ) при перемішуванні кислого середовища з коловою швидкістю 1 м/с, процесу зношування ( З, мкм; щлях тертя L = 20 км ), мікротвердості поверхні ( HV 1 , ГПа):

                           (1)

                           (2)

                      (3)

                      ( 4 )

                   ( 5 )

                        ( 6 )

де t – температура іонного азотування, ° С;

С _азот ,   С _{пропан   –} вміст азоту або пропану в насичуючій атмосфері, % об.;

P – тиск насичуючої атмосфери, Па.

Аналіз моделей показав, що найбільший статистично значущий вплив на досліджувані характеристики чинить температура іонного азотування. З її підвищенням електродний потенціал розблагороджується, корозійна стійкість погіршується, знос сталі збільшується з одночасним пониженням мікротвердості поверхні. Підвищення вмісту азоту (пропану) в насичуючій атмосфері та її тиску, навпаки, викликають облагороджування електродного потенціалу, зменшення швидкості корозії, збільшення зносостійкості сталі й мікротвердості її поверхні.

Результати проведених досліджень дозволили для кожної пари властивостей визначити коефіцієнти парної кореляції, які є мірою тісноти лінійного зв'язку між двома випадковими величинами. Проведений кореляційний аналіз дозволяє визначити одну властивість матеріалу і по її значенню оцінювати інші.

Для оцінки властивостей сталі 45Х по наявних експериментальних характеристиках одержані наступні кореляційні рівняння:

                                              (6)

                                            (7)

Між мікротвердістю поверхні та корозійно-механічним зношуванням кореляційних зв‘язків не виявлено.