НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: Smirnov_P.pdf (1277.04Кб)

УДК 621.785.4:621.785.5	1 Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана 2 Россия, Москва, ФГУП "ЦНИИЧерМет им. И.П. Бардина"

Рассмотрено применение вакуумного оборудования для термической и химико-термической обработки зубчатых колес авиационных агрегатов, деталей малогабаритных подшипников для авиационных приборов, высокопрочных штампов.

В качестве цели работы принято обобщение разработанных вакуумных технологий термической и химико-термической обработки в сравнении с традиционными процессами.

Практическое применение вакуумных процессов (процессов в атмосферах низкого давления) впервые рассмотрено на конкретных примерах решения задач разработки технологий упрочнения ответственных изделий из сложнолегированных сталей, для которых необходимо достигнуть особо высокие значения эксплуатационных свойств. Решение указанных задач традиционными методами невозможно.

В методику исследования включено сочетание комплекса экспериментальных разработок, выполненных на промышленной вакуумной печи производства фирмы SECO/WARWICK S.A. (Польша), известных методов металлографического анализа и определения механических свойств, а также численных расчетов, выполненных при помощи математических моделей вакуумной цементации и нитроцементации.

Объектами исследований являлись следующие материалы:

а) для зубчатых колес – стали, содержащие хром, никель, молибден, вольфрам и ванадий, в частности, впервые применили в цементованном (нитроцементованном) состоянии дисперсионно-твердеющую сталь 13Х3Н3M2ВФБ;

б) для колец подшипников – сталь 8Х4В9Ф2;

в) для штампов – сталь Х12MФ.

Для зубчатых колес критически значимыми являются следующие эксплуатационные свойства: высокие контактная выносливость на делительной окружности; сопротивление изгибной усталости в основании зуба; сопротивление изнашиванию по всей поверхности зуба. Проектирование технологического режима осложнено необходимостью сочетать высокие значения указанных свойств, обуславливающие мало совместимые требования к физическому и фазовому составу диффузионных слоев. Благодаря преимуществам вакуумных процессов в бескислородных атмосферах: технологической гибкости и высокой воспроизводимости результатов ХТО разработаны апериодические режимы цементации и нитроцементации, в результате обеспечено по сравнению с газовыми процессами повышение предела текучести на сдвиг упрочненного слоя на 30 %, контактной выносливости – более чем в 1,5 раза.

Работоспособность колец подшипников, определяющаяся высокими прочностными свойствами, как поверхности, так и сердцевины, обеспечена за счет применения вакуумных технологий ТО и ХТО, дающих возможность получать тонкие нитроцементованные слои и проводить высокоскоростную закалку в потоке газа. В результате обработки достигнуто: твердость поверхности – 68-70 HRC, твердость сердцевины – 59-61 HRC.

Применение вакуумной ТО для штампов позволило заменить среднеуглеродистую легированную инструментальную сталь, подвергаемую азотированию, высокоуглеродистой сталью. При этом высокая вязкость сердцевины обеспечена за счет применения неизотермических режимов, реализовать которые на обычном термическом оборудовании крайне затруднительно. За счет исключения продолжительной операции азотирования сокращено вдвое общее время технологического цикла.

Результатами проведенных исследований обосновано расширенное внедрение вакуумных технологий ТО и ХТО взамен традиционных, морально устаревших процессов.

На конкретных инновационных технологиях вакуумной ТО и ХТО показано повышение эффективности термической и химико-термической обработки при их применении.

На основании обобщения принципиально различающихся примеров практической реализации технологических возможностей вакуумного термического оборудования сделан вывод о его универсальности.

Показаны технологические возможности вакуумных технологий обработки сложнолегированных сталей различного назначения, обеспечивающих заданный комплекс свойств для конкретного изделия.

Установлено, что для любой стали можно разработать технологию термической или химико-термической обработки в вакууме, с тем, чтобы все потенциальные возможности данного материала раскрылись в полном объеме, при этом применение информационных технологий дает возможность максимально интенсифицировать проектирование режимов обработки.

Список литературы

1. Edenhofer B. An overview of advances in atmosphere and vacuum heat treatment // Heat treatment of metals. 1999. Vol. 26, no. 1. P. 1-5.
2. Kula P., Olejnik J., Kowalewski J. New vacuum carburizing technology // Heat treatment progress. 2001. Vol. 1, no. 1. P. 57-65.
3. Kula P., Siniarski D., Pietrasik R., Kaczmarek Ł., Korecki M., Adamek A. Niskociśnieniowe węgloazotowanie i wysokowydajne niskociśnieniowe nawęglanie – nowe możliwości technologii FINECARB // Inżynieria materiałowa. 2006. Vol. 27, no. 5. S. 1092-1095.
4. Kula P. Komputerowe wyznaczanie twardości warstwy wierzchniej w kołach zębatych po procesie nawęglania próżniowego i hartowania gazowego / P. Kula, R. Atraszkiewicz, E. Wołowiec // Inżynieria materiałowa. 2010. Vol. 31, no. 4. S. 1053-1055.
5. Семенов М.Ю., Смирнов А.Е., Рыжова М.Ю.  Расчет концентрационных кривых углерода при вакуумной цементации сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 1 (691). С. 38-42.
6. Семенов М.Ю. Управление строением цементованных слоев теплостойких сталей. Часть I // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 5 (695). С. 31-38.
7. Семенов М.Ю. Управление строением цементованных слоев теплостойких сталей. Часть II // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 6 (696). С. 32-37.
8. Рыжов Н.М., Смирнов А.Е., Фахуртдинов Р.С. Управление характеристиками диффузионного слоя при вакуумной цементации теплостойких сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. № 8. С. 22-27.
9. Баранов А.А. Структурные изменения при термоциклической обработке металлов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. № 12. С. 2-10.
10. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. Л.: Машиностроение, 1989. 255 с.
11. Официальный сайт фирмы SECO/WARWICK S.A. Режим доступа: http://www.secowarwick.com  (дата обращения 05.02.2014).
12. Starzhinskii V.E., Soliterman Yu.L., Goman A.M., Osipenko S.A. Forms of damage to gear wheels: Typology and recommendations on prevention // Journal of Friction and Wear. 2008. Vol. 29, no. 5. P. 340-353.
13. Семенов М.Ю., Смирнов А.Е., Лашнев М.М., Ступников В.В. Математическая модель вакуумной нитроцементации теплостойкой стали ВКС-10 // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 8. DOI: http://dx.doi.org/10.7463/0813.0569132
14. Рыжов Н.М., Семенов М.Ю. Определение коэффициента диффузии углерода для расчета неизотермических режимов высокотемпературной ионной нитроцементации // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 6. С. 26-30.
15. Братухин А.Г. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей / А.Г. Братухин, Г.К. Язов, Б.Е. Карасев, Ю.С. Елисеев, В.В. Крымов, И.П. Нежурин. М.: Машиностроение, 1997. 416 с.