Герасимов Сергей Алексеевич

Значительные ресурсы повышения комплекса эксплуатационных свойств ответственных деталей машин заключены в разработке новых технологий термической и химико-термической обработки, основанных на активизации процессов диффузионного насыщения и обеспечивающих объемное и поверхностное ультрамелкодисперсное или  наноструктурное состояние конструкционных материалов. В статье представлены результаты оценки износостойкости и микротвердости сталей ВКС-7 и ВКС-10 после комплексной обработки, включающей два этапа: 1 - предварительную пластическую деформацию методом теплой осадки и 2 - ионно-плазменное азотирование или вакуумную цементацию. Проведен анализ взаимосвязи твердости и износостойкости.

Значительные ресурсы повышения комплекса эксплуатационных свойств ответственных деталей машин заключены в разработке новых технологий термической и химико-термической обработки, основанных на активизации процессов диффузионного насыщения и обеспечивающих объемное и поверхностное ультрамелкодисперсное или наноструктурное состояние конструкционных материалов. В статье представлены результаты оценки износостойкости и микротвердости сталей ВКС-7 и ВКС-10 после комплексной обработки, включающей два этапа: 1 - предварительную пластическую деформацию методом теплой осадки и 2 - ионно-плазменное азотирование или вакуумную цементацию. Проведен анализ взаимосвязи твердости и износостойкости.

В работе проведен анализ процессов, протекающих в насыщающей среде и обрабатываемом материале, позволивший объяснить причины высокой скорости роста фаз при ионном азотировании. Показано, что кинетический коэффициент является связующим звеном между технологическими параметрами и выходными результатами процесса. Предложен алгоритм расчета выходных характеристик процесса.

Установлено влияние предварительной термообработки (отжиг 950°С, 0,5 ч с охлаждением с печью+отпуск в интервале 500-700°С) на твердость  азотированного слоя стали 38Х2МЮА (азотирование при 500°С, 30 ч). Аналогичные результаты получены на модельном безуглеродистом сплаве  Fe-4%Сr.  Методом ядерной гамма-резонансной спектроскопии (эффект Мёссбауэра) на модельном сплаве установлено  образование  кластеров Fe-Cr в процессе охлаждения от 950°С и последующего отпуска. Образование кластеров влияет на размер и количество частиц нитрида хрома, формирующихся при последующем азотировании при 500°С.  В зависимости от режима  термообработки перед азотированием, кластеры Fe-Cr характеризуются разным заселением атомами хрома первой и второй координационных сфер железа.  Согласно спектрам Мёссбауэра после отжига при 950°С и отпуска 550°С, 10 ч перед азотированием в структуре твердого раствора формируются  кластеры, соответствующие кристаллическому строению σ-фазы системы Fe-Cr: полиэдры Франка-Касперы с 14 вершинами.

Выполнен расчет влияния температурно- временных параметров предварительной термической  обработки конструкционных сталей  на начальные стадии формирования тонкой структуры перед азотированием. С помощью программы «Теrmodin», разработанной на кафедре «Материаловедения» МГТУ им Н.Э. Баумана, рассчитаны критические радиусы зародышей нитрида железа,  параметры диффузии;  кинетические параметры зарождения и роста фазы Fe₄N, промежуток времени формирования заданной объемной доли γ^/  фазы при изотермической выдержке в процессе высокого отпуска для бинарных сплавов Fe-5,6%N по массе. Построены кинетические кривые распада  пересыщенного твердого раствора с образованием заданной объемной доли γ^/ фазы.  Проведены расчеты по прогнозированию режимов  предварительной термической обработки на размеры  упрочняющих фаз.

Представлены результаты экспериментальной оценки способности поверхностных слоев азотированных сталей и сплавов сопротивляться разрушению в условиях деформации при трении. Предложен новый подход для сравнительной оценки и выбора режимов технологии азотирования деталей узлов трения.