клименко и. о. азотирование вт 10 и вт 6

1. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ
СПЛАВОВ ВТ1-0 И ВТ6 ИОННЫМ АЗОТИРОВАНИЕМ В
ПЛАЗМЕ НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНОГО ДУГОВОГО
РАЗРЯДА
Белоус В.А., Клименко И.О., Леонов С.А., Носов Г.И.,
Решетняк М. В.
(ИФТТМТ ННЦ ХФТИ, г. Харьков)
2017

2. В связи с необходимостью повышения мощности АЭС актуальным
становится вопрос замены материала лопаток турбин со стали на
титановые сплавы. Однако низкая твердость поверхности и низкая
износоустойчивость титановых сплавов ограничивают их
применение в качестве конструкционных материалов. Это вызывает
необходимость разработки новых методов поверхностного
упрочнения, которые позволят существенно повысить твердость и
улучшить коррозионные свойства поверхности титановых сплавов.
В последнее время эффективным методом улучшения
функциональных свойств разных сплавов становится
модифицирование их поверхности ионно-плазменной обработкой
либо за счет осаждения упрочняющих покрытий на поверхности
сплавов, либо за счет создания модифицированных слоев в
поверхности ионным азотированием. Достоинством азотирования
является, прежде всего, отсутствие проблемы адгезии. Наибольшее
распространение получили методы газового азотирования (ГА) и
ионного азотирования (ИА). Газовое азотирование переходных
металлов осуществляется при высоких температурах и требует
продолжительных выдержек, что является существенным
недостатком этого метода. Важным преимуществом ИА перед ГА
является значительное уменьшение времени азотирования при
прочих равных результатах. 2

3. В данной работе приводятся результаты исследований влияния ИА
титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ6 в плазме дугового разряда с
термокатодом на твердость поверхности и глубину азотированного
слоя.
Азотирование сплавов ВТ1-0 и ВТ6 проводили на установке типа
"Булат-6", оснащенной термоэмиссионным источником газовой плазмы
(ИГП) с вольфрамовым накаливаемым катодом. Процесс азотирования
проводили в газовой смеси с различной концентрацией чистого азота и
аргона с плазмой получаемой с помощью ИГП, при отрицательном
напряжении на подложке 200…400 В. Вследствие бомбардировки
ионами азота поверхность образцов нагревалась до температуры
диффузии и производилось насыщение поверхности азотом.
Регулирование структуры и фазового состава диффузионного слоя
проводилось изменением рабочих режимов ИГП. В процессе ионного
облучения давление азота составляло 0,2…0,8 Па. Рабочая
температура (500-650о
С) достигалась за 20-30 минут. Длительность
процесса составляла 2 часа. Микротвердость образцов измеряли на
приборе ПМТ-3 при нагрузке 0,98 H (HV 0,1). Измерения толщин
упрочненного слоя производили на поперечных шлифах образцов.
Структура и фазовый состав образцов определяли с помощью метода
РСА.
3

4. Ионное азотирование сплавов ВТ1-0,
ВТ6, ВТ14
Рис. 1. Зависимость твердости поверхности сплавов ВТ1-0, ВТ6, ВТ14
после азотирования в течение 2-х часов от концентрации аргона в
газовой смеси при температуре 600 о
С
4

5. Ионное азотирование сплавов ВТ1-0,
ВТ6
Рис. 2. Зависимость твердости
поверхности сплава ВТ1-0 от глубины
азотированного слоя. 1 – исходный
образец; 2 – образец после ионного
азотирования в течение 2-х часов при
температуре азотирования 600 о
С
5
Рис. 3. Зависимость твердости
поверхности сплава ВТ6 от глубины
азотированного слоя. 1 – исходный
образец; 2 – образец после ионного
азотирования в газовой смеси с
концентрацией аргона 25 % течение 2-х
часов при температуре 500 о
С; 3 – 600 о
С

6. Продолжительность
азотирования ,
t, час
0,5 1,0 2 3
Глубина,
h, мкм
40 55 80 90
Табл. 1 Максимальные глубины азотирования для сплава ВТ6,
полученные при разных длительностях процесса азотирования (T-
600о
С; Концентрация Ar – 25%).
Время обработки
t, час
0,5 1 2 3
Исходный образец
ВТ6
0,08 0,14 0,4 0,8
Образец после ионного
азотирования (ИА)
0,05 0,08 0,12 0,23
Табл. 2 Потеря массы образцов из сплава ВТ6 исходного и после
ионного азотирования в ходе испытаний на кавитационный износ
в мг
6

7. 0
0,3
0,6
0 1 2 3
Время, час
Убыльвеса,мг
2
1
ВТ6
Вид обработки ∆t, час ∆G, мг
ВТ6 исходный образец 0,5 56,8
Ионное азотирование (ИА) 0,5 0,18
Рис. 4. Кинетические кривые кавитационного износа
поверхности образцов из сплава ВТ6. 1 – исходный образец; 2
– образец после ИА на протяжении 2-х часов при Т=600о
С
Табл. 3 Абразивный износ в условиях трения образцов из ВТ6
исходного и после ионного азотирования
7

8. Рис.5. Дифрактограммы образца
из сплава ВТ1 в исходном
состоянии и после
азотирования.
Рис. 6. Дифрактограммы образца
из сплава ВТ6 в исходном
состоянии и после азотирования
Дифрактограммы образцов из
сплавов ВТ1-0 и ВТ6
8

9. ВЫВОДЫ
• 1. Показано, что ионное азотирование в плазме дугового разряда с
термокатодом, является эффективным методом упрочнения титановых
сплавов.
• 2. Получено для сплавов ВТ1-0 И ВТ6 увеличение (в 2-3 раза) твердости
поверхности после ионного азотирования. Глубина азотированного слоя
достигала 60-80 мкм.
• 3. Изучение воздействия кавитации и эрозии на образцы после ионного
азотирования показало существенно возросшую износостойкость.
9

10. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
10