Методология разработки технологий химико-термической обработки на основе моделирования диффузионных процессов (1024694), страница 12
Текст из файла (страница 12)
После нагружения концентрацияостаточного аустенита в цементованном слое снизилась до 18 %, твердостьвозросла до 900 Н; в нироцементованном слое – содержание аустенитаосталось практически на том же уровне (64 % об.), а твердость превысила1000H.Помнениюавтороввысокоесопротивлениезаеданиюнитроцементованного слоя обеспечено за счет диссипации энергиипластической деформации при превращении остаточного аустенита.Однако, распад остаточного аустенита произошел в значительно большеймере в цементованном слое. Таким образом, диссипация энергиинаблюдаетсявслое,несодержащемповерхностинитроцементованногослояазот.Большееобусловленоупрочнениезначительно81большим содержанием насыщающих элементов, чем в цементованном.При этом известны более высокая прочность азотистого аустенита и еговысокаястабильность.сопротивлениеТакимобразом,нитроцементованныхувеличение сопротивленияслоевзаеданию сподтвержденысхватыванию,высокоеатакжеувеличением концентрациинасыщающих элементов на поверхности.Для цементованных (нитроцементованных) диффузионных слоевперечисленные выше основные эксплуатационные свойства комплекснолегированныхтеплостойкихсталейнаходятсявзависимостиотхарактеристик диффузионного слоя, которая отображена в таблице 1.5[1, 13, 60, 63, 84].Таблица 1.5–Влияниехарактеристикцементованных(нитро-цементованных) слоев на эксплуатационные свойства теплостойких сталейХарактеристикадиффузионногослояКонтактнаяАбразивнаявыносливостьвыносливостьизносостойкостьИмеетИмеетВозрастаетВозрастаетмаксимуммаксимумс увеличениемс увеличениемУбываетВозрастаетс увеличениемс увеличениемНе влияетНе влияетCповhэффАдгезионнаяИзгибнаяизносостойкостьи заедание1.4 Способы химико-термической обработки зубчатых колесКак известно, существуют многообразные способы насыщения сталиуглеродом и азотом, в том числе совместно: газовый (в том числецементация в твердых средах); ионно-плазменный; вакуумный и многиедругие.
Важность методов цементации, азотирования, нитроцементации,карбонитрирования для инженерии поверхности определила появлениемногочисленныхработ,раскрывающихсущностьивозможности82отдельных методов. В классической работе [115] на уровне своего временибыло выполнено обобщение накопленных наукой и инженерной практикойсведений по данному вопросу.Вместе с тем, к сожалению, по объективным причинам, за последние25 лет появилось крайне мало отечественных монографических работ порассматриваемой проблематике. Следует отметить, что и за рубежомобобщающие работы по данной теме отсутствуют, хотя отдельнымаспектамсравнительногоанализаметодовХТОпосвященымногочисленные статьи в научных журналах.Сравнительный анализ методов азотирования на относительносовременном уровне выполнен в работе [90].
К сожалению, аналогичныйразбор методов цементации в монографической литературе отсутствует.Среди существующей литературы следует отметить учебное пособие длявысших учебных заведений [116], по уровню изложения близкое кмонографической работе, основными недостатками которого являетсяотсутствие развернутого ссылочного аппарата и данных за последние двадесятилетия.Монография Б.Н.
Арзамасова и соавторов достаточно всестороннераскрывает особенности ионно-плазменного азотирования [117]; нааналогичном высоком уровне проблематику ионной цементации инитроцементации раскрывают главы коллективной монографии [1],написанные Н.М. Рыжовым. В коллективной работе [118], несмотря назаявленную цель раскрыть основные проблемы технологии газотурбинныхдвигателей, вопросы цементации зубчатых колес полностью исключены израссмотрения, а также относительно мало места отведено проблемамионного азотирования, несмотря на то, что по мнению авторов оно вбольшой степени заменяет все другие виды ХТО, с чем нельзя согласитьсяхотя бы с точки зрения недостаточной контактной выносливостиазотированных слоев.83Сравнительный анализ способов науглероживания и азотирования,представленный в работе [119], дал возможность автору обосноватьпреимущества совместного насыщения углеродом и азотом в расплавахсолей.Ксожалению,известныепреимуществаданногометодапрактически полностью перечеркивают его несоответствие минимальнымэкологическим нормам, неудовлетворительные условия труда и отсутствиесовременных методов управления качеством результатов обработки.Газовая цементация и нитроцементация подробно рассмотрены вработеВ.Н.
Зинченко[120]наматериалеуглеродистыхинизколегированных сталей, применяемых в отечественной автомобильнойпромышленности. Большим достоинством данной работы являетсякомплексное рассмотрение проблематики формирования упрочненнойповерхности,вкоторойцементация(нитроцементация)являетсяважнейшим, но не единственным определяющим качество изделияэлементом. За рамками детального рассмотрения остались процессывакуумнойиионно-вакуумнойцементации,атакжецементациикомплексно-легированных сталей.Небольшая коллективная работа [121] посвящена достаточноглубокому рассмотрению проблематики контроля процесса газовогоазотирования.Таким образом, за пределами комплексного рассмотрения осталисьвакуумные процессы химико-термической обработки.
Помимо ряданаучных статей, посвященных отдельным аспектам этих процессов, вотечественной литературе имеются лишь две не известные широкодиссертационные работы, обосновывающие целесообразность примененияэтих методов в целях повышения качества упрочненных слоев, из которыходна [122] носит исследовательский, преимущественно теоретическийхарактер и к настоящему времени явно устарела с учетом быстрогопромышленного освоения вакуумной ХТО и накопления новых научныхфактов, характеризующих рассматриваемый процесс, а вторая [27]84отражает только одно направление применения вакуумной цементации(технология получения диффузионных покрытий на зубчатых колесахгазотурбинного двигателя четвертого поколения), причем исключительно сэмпирической и производственной точки зрения.Вместе с тем, вакуумное термическое оборудование, активноепромышленное освоение которого началось с 1960-х годов, на базекоторого также производятся установки ионно-вакуумной ХТО в тлеющемразряде [123], в настоящее время достигли большого конструктивногосовершенства.
При этом, вакуумная ХТО в наибольшей мере отвечаеткомплексу требований, предъявляемых к современным инновационнымтехнологиям [124-127], в связи с чем с 1990-х годов за рубежом, а впоследнее время и в Российской Федерации получает все более широкоеприменение на передовых машиностроительных предприятиях.Принимая во внимание преимущества вакуумной и ионно-вакуумнойХТО и учитывая наличие большого числа работ представляетсянецелесообразным, в настоящей работе отдельно обсуждать особенноститрадиционных газовых процессов поверхностного упрочнения зубчатыхколес.Детальное обсуждение способов азотирования также не вошло вприоритетыпримененияданнойработынасыщенияввидусталейограниченностиазотомвцеляхвозможностейупрочнениявысоконагруженных зубчатых колес (см.
п. 1.3).1.4.1 Вакуумные процессы ХТО высоконагруженных зубчатых колесТехнологическиевозможностивакуумнойцементацииинитроцементации (ХТО в атмосферах низкого давления) существеннопревосходят возможности традиционных газовых процессов. Как показанов работах [41, 124-128] вакуумная цементация и нитроцементациягарантируют высокие эксплуатационные свойства диффузионных слоев,85хорошуювоспроизводимостьсоотношениеценыирезультатовкачестванасыщения,обработки.оптимальноеВакуумныепроцессыпредотвращают обусловленные наличием в газовых атмосферах, помимонасыщающего газа, оксидов углерода, водорода, азота, паров воды икислорода вредные последствия внешнего и внутреннего окисления(вплоть до формирования оксидной сетки по границам зерен), а такжехарактерного для газовых процессов обезуглероживания обрабатываемойповерхности, обеспечивая более высокие свойства насыщаемого слоя [111,129].Обеспечиваетсятермическоговысокаяпроизводствазаэкономическаясчеткратногоэффективностьснижениярасходаэлектроэнергии и технологических газов, которая компенсирует болеевысокуюстоимостьвакуумногооборудования,посравнениюстрадиционным [126].Так, затраты на проведение вакуумной цементации (при 920 °С) наэффективную толщину слоя, равную 1,0 мм, снижаются по сравнению сгазовой цементацией (при 920 °С) на 14 %.
Если же вакуумнуюцементацию проводить при 1000 °С, то затраты снизятся еще больше – на28 %. При получении слоев эффективной толщиной до 2,0 мм затратымогут снизиться на 40 % [130].Кдостоинствамвакуумнойцементациинеобходимоотнестивысокую культуру производства и отсутствие загрязнения окружающейсреды [111].Вакуумная цементация в ацетилене, активно диссоциирующем наповерхности стальной детали уже при 900-960 °С, обеспечивает высокуюравномерность насыщения даже в глубоких отверстиях. Вакуумныепроцессы характеризуются ускорением процесса обработки по сравнениюс газовыми: при получения диффузионного слоя эффективной толщинойболее 0,5 мм, временные затраты сокращаются на 60 %. Эти факторы, атакжепроизводствосовершенныхвакуумныхпечей,оснащенных86системоймалодеформационнойгазовойзакалки,способствуютрасширенному применению рассматриваемого процесса [111, 129-132].Технологические возможности газовых процессов ограничены.
Так,при проведении процесса цементации в шахтных печах толщина активнойкарбидной зоны не превосходит 0,20 мм, которая при зубошлифованиипрактически полностью удаляется [1].Выполненноеобобщениеконкретныхпримеровпрактическойреализации технологических возможностей вакуумного термическогооборудования дает возможность сделать вывод об его универсальности[133]. Показаны большие технологические возможности вакуумныхтехнологий обработки деталей и инструмента из сложнолегированныхсталей различного назначения (теплостойких, дисперсионно-твердеющих,инструментальных,шарикоподшипниковых),обеспечивающихнеобходимую совокупность эксплуатационных свойств для конкретногоизделия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
