Комбинированные способы плазменного легирования
Рис. 2.46. Влияние среды на степень упрочнения на стали 3.
1.
исходная твердость
2.
плазменное упрочнение на воздухе
3.
плазменное упрочнение в воде
4,5. плазменное упрочнение в солевом растворе
NaCO (без оплавления и с оплавлением соответственно)
6. плазменное упрочнение в солевом растворе
NaCO с добавкой 20%
CО к плазмообразующему аргону (без оплавления)
К комбинированным способам плазменного легирования относятся способы плазменного легирования (твердая фаза + жидкая фаза; твердая фаза + жидкая + газовая фаза и т.д.) рис. 2.46.
Плазменное легирование из жидкой, твердой и газовой фазы
Исследования проводились на стали 20, 45. В качестве жидкой среды использовался водный раствор соли аммония (различной концентрации), газовые среды (азот и пропан, СО2), пасты (углеродосодержащие, азотосодержащие).
Азотирование
Проведенные исследования показали, что увеличение концентрации азота в зоне обработки приводит к повышению содержания азота в поверхностных слоях, следствием чего является увеличение глубины слоя и микротвердости, табл. 2.16. Микроструктура слоя после комплексного легирования такая же, как и после простого азотирования из газовой и твердой фазы. Непосредственно на поверхности образуется насыщенная азотом нетравящаяся ε
– фаза, за ней переохлажденная γ
– фаза, под которой находится азотистый мартенсит.
Нитроцементация.
Особенностью комбинированного способа нитроцементации при плазменном упрочнении является повышенная концентрация азота и углерода. Слой наибольшей твердости и глубины получается при комбинации: плазмообразующий газ (азот 100 %) + азотоуглеродосодержащая паста.
Глубина диффузионного слоя на стали 20 составляла 0,6-1,1 мм, микротвердость 11000-12500 Мпа. Микротвердость повышается при увеличении скорости нагрева. Нагрев с большей скоростью уменьшает время, в течении которого азотоуглеродосодержащая паста находится в расплавленном состоянии, что увеличивает концентрацию активных атомов углерода и азота на границе раздела: насыщенная среда - поверхность металла. Однако, концентрации азота и углерода приводит к увеличению остаточного аустенита (от 2,5 до 10 % на стали 20), что снижает микротвердость. Глубина диффузионного слоя на стали 45 составляла 0,65-0,8 мм., а микротвердость 11200 -13000 Мпа. Содержание остаточного аустенита увеличивается при повышении скорости обработки (от 8 до 15 %). Нитроцементированный слой на стали 45 после легирования по структуре аналогичен процессу нитроцементации, описанному выше.
Табл. 2.16.
|
Марка стали |
Вариант легирования |
Глубина слоя, мм |
Микротвердость, Мпа | ||
|
Легированного |
Общая | ||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 | |
|
Сталь 20 |
1. Плазмообразующий газ азот (100%) (без оплавления 2. Плазмообразующий газ азот (100%) + 90% водный раствор хлористого аммония (без оплавления) 3. Плазмообразующий газ азот (100%)+90% водный раствор хлористого аммония (с оплавлением) 4. Плазмообразующий газ азот (60%) + аргон (40%) +азотосодержащая паста (с оплавлением) 5. Плазмообразующий газ азот (100%) + 50% водного раствора хлористого аммония +азотосодержащая паста ( с оплавлением) 6. Плазмообразующий газ аргон (100%)+ 50% водного раствора хлористого аммония +азотосодержащая паста (с оплавлением) 7. Плазмообразующий газ аргон (100%)+ азотосодержащая паста (с оплавлением) |
0,3-0,35 0,35-0,55 0,6-0,8 0,6-0,8 0,75-0,1 0,75-0,1 0,6-0,8 |
0,7 0,9 1,8 2 3 1,2 2 |
8100-8200 8300-9400 8800-12000* (пористая поверхность) 7200-8800 9100-11300* (пористая поверхность) 8800-9500 8800-9200 | |
Эффект «азотного кипения»
Многокомпонентное насыщение
(N,С,В,Сг,V,Тi,W,Ni и др.)
Плазмообразующий газ (60 % азота +10% пропана + 30 % аргона) + боросодержащая паста (режим с оплавлением поверхности). В оплавленной зоне на стали 45 ближе к поверхности расположен слой, содержащий бориды ( FеВ,Fе3В), глубиной 10-50 мкм, под ним располагается слой содержащий нитрид Fе2N, карбонитрид Fе2(СN), азотистый мартенсит, остаточный аустенит (10 %) глубина слоя 0,2-0,3 мм, рис. 2.48.