УСКОРЕНИЕ ПОРОШКОВОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ И НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ ПРИМЕНЕНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИА-ЛОВ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-4-39-51Ключевые слова:
химико-термическая обработка, цементация, нитроцементация, порошковое насыщение, структура, морфология, биоуглерод, древесный уголь, полукокс, антрацитАннотация
В работе исследована возможность ускорения порошковой цементации и нитроцементации стали 10 с использованием материалов с модифицированной структурой. Механизм ускорения рассматривали с точки зрения влияния на первую и вторую стадии химико-термической обработки (реакции и диффузию в насыщающей среде соответственно). Целью работы являлось исследование структурно-морфологических характеристик материалов, содержащих углерод, установление их влияния на кинетику насыщения, а также оптимизация составов. Объектами исследования выступали биоуглерод (полученный пиролизом кофейного жмыха), древесный уголь, полукокс и антрацит. Методами структурно-морфологических исследований на сканирующем электронном микроскопе TESCAN MIRA3 и адсорбционном анализаторе Sync 420A установлено, что биоуглерод обладает наиболее развитой пористой структурой и реакционной поверхностью, что обусловливает ускорение диффузионного насыщения. Применение биоуглерода в составах для цементации (920 °C, 4 ч) увеличивало толщину слоя в 1,2–1,5 раза и скорость роста слоя на 23–50 % по сравнению с другими исследуемыми материалами. Аналогично для нитроцементации (580 °C, 6 ч) увеличивались толщина слоя в 1,1–1,5 раза и скорость роста слоя на 11–54 %. Экспериментально определено оптимальное содержание компонентов для цементации на основе биоуглерода: биоуглерод — 87–93 %; карбонат бария — 7–13 %. Также для нитроцементации: биоуглерод — 54–71 %; желтая кровяная соль — 20–30 %; карбамид — 9–16 %. Установлен экстремальный характер влияния активаторов (карбоната бария и карбамида) в составах для цементации и нитроцементации соответственно. Данная зависимость обусловлена кинетикой образования насыщающих веществ и их подводом к поверхности насыщаемого изделия.
Библиографические ссылки
Методы упрочнения поверхностей деталей машин / под. ред. А. Н. Полякова — М.: КРАСАНД, 2008. — 400 с.
Витязь П. А., Ильющенко А. Ф., Шевцов А. И. Основы нанесения износостойких, коррозионно-стойких и теплозащитных покрытий. — Минск: Белорусская наука, 2006. — 362 с.
Пантелеенко Ф. И., Лялякин В. П., Иванов В. П., Константинов В. М. Восстановление деталей машин: спра-вочник / под ред. В. П. Иванова. — М.: Машиностроение, 2003. — 672 с.
Зинченко В. М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. — М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. — 301 с.
Земсков Г. В., Коган Р. Л. Многокомпонентное диффузионное насыщение металлов и сплавов. — М.: Метал-лургия, 1978. — 208 с.
Ляхович Л. С., Ворошнин Л. Г., Пантелеенко Ф. И., Щербаков А. Н. Многокомпонентные диффузионные по-крытия. — Минск: Наука и техника, 1974. — 288 с.
Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990. — 528 с.
Минкевич А. Н. Химико-термическая обработка стали. — Москва: Машгиз, 1950. — 432 с.
Гольдштейн М. И., Грачёв С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали: учебник для вузов. — 2-е изд. — М.: МИСИС, 1999. — 408 с.
Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Шпис Г.-И., Бёмер З. Теория и технология азотирования. — М.: Металлургия, 1991. — 320 с.
Тот Л. Карбиды и нитриды переходных металлов / под ред. П. В. Гельда. — М.: Мир, 1974. — 294 с.
Петрова Л. Г., Александров В. А., Демин П. Е., Сергеева А. С. Интенсификация процессов химико-термической обработки сталей: монография / под ред. Л. Г. Петровой. — М.: МАДИ, 2019. — 160 с.
Арзамасов Б. Н. Ионная химико-термическая обработка сплавов. — М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. — 400 с.
Берлин Е. В., Коваль Н. Н., Сейдман Л. А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности сталь-ных деталей. — М.: Техносфера, 2012. — 464 с.
Забелин С. Ф. Основы технологии и кинетической теории процессов диффузионного насыщения сталей в условиях термоциклического воздействия на материал: дис. … д-ра техн. наук. — Чита, 2004. — 254 с.
Иваницкий Н. И., Константинов В. М. Л. Г. Ворошнин — основатель белорусской научной школы химико-термической обработки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. № 1. С. 3, 4. EDN: IJCJIN.
Ворошнин Л. Г. Современные износостойкие диффузионные покрытия // Перспективы развития поверх-ностного и объемного упрочнения сплавов: сборник научных трудов, посвященных 40-летию кафедры «Матери-аловедение в машиностроении». — Минск: БНТУ, 2004. С. 10–21.
Ворошнин Л. Г., Ляхович Л. С. Борирование стали. — М.: Металлургия, 1978. — 240 с.
Кухарева Н. Г., Петрович С. Н., Стасевич Г. В. Получение высокобористых диффузионных покрытий на углеродистых сталях // Металлургия: республиканский межведомственный сборник научных трудов. 2013. Вып. 34. Ч. 2. С. 9–15.
Щербаков Э. Д., Щурский П. А., Босовец А. Н. Преимущество карбонитрации над другими процессами ХТО // Новые материалы и технологии их обработки: материалы XI республиканской научно-технической конфе-ренции, 20–23 апреля 2010 г. — Минск: БНТУ, 2010. С. 47, 48.
Ворошнин Л. Г. Антикоррозионные диффузионные покрытия. — Минск: Наука и техника, 1981. — 296 с.
Ворошнин Л. Г., Менделеева О. Л., Сметкин В. А. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. — М.: Новое знание; Минск: Новое знание, 2010. — 304 с.
Мисюкова А. Д., Янковский С. А., Горшков А. С. Отходы переработки цитрусовой биомассы как энергети-ческий ценный продукт // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2021. № 11. С. 76–80. DOI: 10.17513/mjpfi.13316.
Manyà J. J. Pyrolysis for biochar purposes: a review to establish current knowledge gaps and research needs // Environmental Science & Technology. 2012. V. 46, Iss. 15. P. 7939–7954. DOI: 10.1021/es301029g.
Wang L., Skreiberg Ø., Wesenbeeck S. V. etc. Experimental study on charcoal production from woody biomass // Energy & Fuels. 2016. V. 30, Iss. 10. P. 7994–8008. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.6b01039.
Sohi S. P., Krull E., Lopez-Capel E., Bol R. A Review of biochar and its use and function in soil // Advances in Agronomy. 2010. V. 105. P. 47–82. DOI: 10.1016/S0065-2113(10)05002-9.
Demirbaş A. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals // Energy Conversion and Management. 2001. V. 42, Iss. 11. P. 1357–1378. DOI: 10.1016/S0196-8904(00)00137-0.
Figueroa G. A., Homann T., Rawel H. M. Coffee production wastes: potentials and perspectives // Austin Food Sciences. 2016. V. 1, № 3. 1014.
Борисенок Г. В., Васильев Л. А., Ворошнин Л. Г. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник / под. ред. Л. С. Ляховича. — М.: Металлургия, 1981. — 424 с.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
