Технологічні параметри процесу карбоазотування в тліючому розряді значно впливають на фізико–механічні характеристики, структуру, фазовий склад і зносостійкість карбонітрідного шару, тому вивчення цього впливу є важливим завданням.

Дослідження проводилися на сталях: 12ХН3А, 40Х, ХВГ. Завданням досліджень було визначення залежності характеристик карбоазотованого шару (глибини, твердості, структури, фазового і хімічного складу) від основних параметрів технологічного процесу (тиску, складу насичувального середовища, температури і тривалості процесу). У якості робочих газів застосовувалися суміші азоту і аргону (75 % N₂ + 25 % Ar) і пропану С₃Н₈, температура насичення змінювалася від 480 ºС до 600 ºС, тиск газової суміші в процесі дифузійного насичення – від 80 Па до 400 Па, тривалість процесу – від 20 хв до 240 хв. Технологічні параметри насичення вибиралися виходячи із результатів попередньо проведених досліджень [1].

В процесі дослідження використовувалися методи металографії, і хімічного аналізів, в результаті застосування яких визначалися наступні характеристики карбоазотованого шару: структура і товщина із застосуванням мікроскопів         ММР–2Р; мікротвердість із застосуванням мікротвердоміра ПМТ–3; фазового складу із застосуванням рентгенівського приладу ДРОН–3М.

З метою раціонального проведення дослідів і отримання достовірної інформації застосовувались математичні методи планування експериментів (плани першого і другого порядку) і статистичні методи обробки результатів експериментів [2].

Застосування методу карбоазотування в тліючому розряді до зміцнення деталей машин ставить завдання знаходження таких технологічних режимів його проведення, при яких досягаються максимальні результати в потрібних вихідних параметрах. Виходячи з того, що сам процес карбоазотування в тліючому розряді дозволяє широку зміну властивостей отримуваних покриттів через прості, легко керовані технологічні параметри, отримується можливість  їх оптимізації за заданими контрольними характеристиками. При цьому вихідними параметрами процесу поверхневого зміцнення можуть бути як експлуатаційні (зносостійкість, міцність, тріщиностійкість, втомна витривалість), так і внутрішні фізико−механічні властивості (товщина карбідного шару, фазовий склад дифузійного шару, його структура, твердість тощо).

З метою визначення оптимальної кількості пропану в насичуючому середовищі та тиску в розрядній камері проведено ряд технологічних режимів зміцнення сталей 12ХН3А, ХВГ та 40Х. Технологічні параметри процесу утворення карбідного шару в тліючому розряді: температура процесу Т = 580 ^оС, тривалість зміцнення τ = 240 хв, тиск в камері змінювався від 67 Па до 333 Па, вміст пропану в насичуючому середовищі в об’ємній частці від 3 % до 15 % ( надалі в тексті буде використано скорочений запис складу газової суміші, наприклад, 15 % С₃Н₈). Газова суміш – аргоно-пропанова (Ar + С₃Н₈).

У процесі досліджень зразків із сталей 12ХН3А, ХВГ та 40Х отримані залежності поверхневої мікротвердості карбідного шару від технологічних параметрів процесу зміцнення − тиску в розрядній камері та вмісту цемен-туючого газу. Дані по мікротвердості зміцнених сталей наведені в табл. 1. Залежності мікротвердості від параметрів зміцнення показані на рис. 1 і 2.

Таблиця 1 − Результати досліджень мікротвердості сталей 12ХН3А, ХВГ і 40Х, зміцнених в тліючому розряді у вуглецевому середовищі

Рис. 1. Залежність мікротвердості карбідного шару від вмісту пропану в насичувальному  середовищі

Рис.  2. Залежність мікротвердості карбідного шару від тиску в розрядній камері

Попередні дослідження впливу вмісту пропану в середовищі і тиску в розрядній камері показали, що для сталі ХВГ є оптимальне значення вмісту пропану в насичувальному середовищі (біля 12 %) та тиску в розрядній камері (від 230 Па до 260 Па), при яких поверхнева мікротвердість буде максимальною. При збільшенні вмісту пропану в насичувальному середовищі поверхня зразків покривається сажею,  що ускладнює проникнення насичувальних газів в поверхню металу і утворенню зміцненого шару. Для 12ХН3А: вміст пропану – 9 %, тиск – 230…280 Па, а для сталі 40Х вміст пропану – 7…9 %, тиск – 200 Па.

Таким чином знайдені оптимальні значення вмісту пропану в насичувальному середовищі та його тиску при заданій температурі 580 ^оС для досягнення максимальної поверхневої мікротвердості.

Література

1. Stechyshyn M.S. Physicochemical properties of carbonitrided 40kh steel / M. S. Stechyshyn, M.E. Skyba, N. M. Stechyshyna, O. O. Solariov, О. М. Kalnaguz // Materials Science, Vol. 56, No.6, November-December, 2021.-PP.837-842. (DOI 10.1007/s11003-021-00502-9).

2. Скиба М.Є. Планування експериментальних досліджень процесу карбоазотування в тліючому розряді / М.Є. Скиба, М.С. Стечишин, М.М. Лук’янюк, Н.М. Стечишина, // Проблеми тертя та зношування – К.: НАУ, 2020, №1(86). – С.78-86.