Методология разработки технологий химико-термической обработки на основе моделирования диффузионных процессов (1024694), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Это приводит к еще большему усложнениюсхемы термической и химико-термической обработки. Применяемые внастоящее время в отечественной промышленности даже в авиации, а,особенно, в автомобилестроении стали не в полной мере отвечаюттребованиям по теплостойкости, что влечет недостаточную несущуюспособность высоконагруженных зубчатых колес из них по сравнению спередовыми зарубежными образцами.
Это обусловило необходимостьвнедрения в отечественном авиационном агрегатостроении дисперсионнотвердеющей особо теплостойкой стали 13Х3Н3М2ВФБ-Ш (ВКС-10).Использование дисперсионно-твердеющих сталей приводит к усложнениютермической и химико-термической обработки, а также управленияфазовым составом.3. С учетом совместного действия высоких нагрузок и большихскоростей современных зубчатых передач основными эксплуатационнымисвойствами,определяющимиихнесущуюспособность,являютсяглубинная контактная выносливость и сопротивление заеданию. Вместе стем, имеются только экспериментальные данные, дающие возможностьлишь приблизительно оценивать диффузионные слои на соответствиепредъявляемымтребованиям.Большинствосуществующихметодикрасчета ориентированы на применение приближенных параметрическихсоотношений, при этом, в соответствии с государственным стандартомрасчет на заедание не обязателен.
При этом при расчете в полной мере неучитываются возможности современных способов ХТО.4. Для полной реализации возможностей современных материаловнеобходимоиспользоватьпередовыеметодыхимико-термической125обработки: вакуумные и ионно-вакуумные. При этом, ионно-вакуумнаяцементация, несмотря на специфические преимущества, не являетсяметодомХТО,расширенноеприменениекоторогорационально.Технологии вакуумного азотирования на данный момент не освоены даженауровнеопытныхобеспечивающееразработок.максимальнуюИонно-вакуумноеповерхностнуюазотирование,твердость,имеетограничения, которые не позволяют рассматривать его как полноценнуюзаменуцементации.комбинированнаяБольшиеХТО,перспективыобъединяющаяпредоставляетпреимуществавакуумнойцементации и ионного азотирования.
Итак, разрабатываемый расчетныйметодпроектированиятехнологическихпроцессовХТОдолженбазироваться на вакуумной цементации (нитроцементации). Вместе с темцелесообразно предусмотреть возможность выбора между указаннымиспособами упрочнения и азотированием.5. Существующие на данный момент согласно опубликованным внаучнойлитературеданныммоделивакуумнойцементациинепредусматривают возможность математического описания насыщенияуглеродом (углеродом и азотом) сталей с образованием карбидной(карбонитридной) фазы сложного состава. Вместе с тем, наряду снасыщенностью диффузионного слоя количество и морфология даннойфазы оказывает определяющее значение на эксплуатационные свойства.Расчетные методы, дающие возможность оценить в зависимости отхарактеристик диффузионного слоя определяющие несущую способностьвысоконагруженных и скоростных зубчатых передач эксплуатационныесвойства:глубиннуюконтактнуювыносливостьизаедание,неразработаны.6.
Современные способы цементации (нитроцементации) даютвозможность в широких пределах варьировать технологические факторы,а,следовательно,характеристикидиффузионныхслоевиэксплуатационные свойства. В этой связи, в целях максимального126раскрытиявозможностейпередовыхспособовХТОиускоренияпроектирования технологий обработки, как правило, отстающих повремени от конструкторских решений, учитывая возросшие возможностиинформационныхтехнологийпроектирования,представляетсяобоснованным заменить эмпирические методы подбора технологическихрежимов существенно более точными расчетными методами.127ГЛАВА 2.
ОБЩИЙ АЛГОРИТМ РАСЧЕТНОГО МЕТОДА РАЗРАБОТКИТЕХНОЛОГИИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХКОЛЕС, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХСВОЙСТВ ЦЕМЕНТОВАННОГО СЛОЯ ОТ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИК2.1 Общий алгоритм расчетного метода и выбор способа химикотермической обработки зубчатых колесПри решении проблем обеспечения надежности и долговечностимашин важное место занимают вопросы повышения эксплуатационныххарактеристикзубчатыхколесипреждевсегоихконтактнойвыносливости рабочих поверхностей и выносливости зубьев при изгибе,обеспечиваемойпреимущественнонаоснованиизуба.Этидваэксплуатационных свойства в соответствии с ГОСТ 21354-87 положены воснову методики проектирования зубчатых передач, определения ихгеометрических характеристик и, как следствие, габаритов, массы иэксплуатационной надежности [250].Использование новых сталей и упрочняющих технологий требуетуточнения, а в отдельных случаях, кардинального пересмотра методоввыбора рационального способа ХТО, а также расчетных оценокэксплуатационных свойств зубчатых колес.
Требуется учитывать тот факт,что основы прочностных расчетов по контактной и циклическойпрочности были созданы в первой половине - середине прошлого столетия[50]. В настоящее время они уже не отражают существующие резервыповышения эксплуатационных свойств. Методика прочностного расчетазубчатых передач выполняется по эмпирическим зависимостям без учеталегированиястали,и,чтопредставляетсяболеесущественным,насыщенности и фазового состава несущего слоя. Кроме того, какотмечено в главе 1, стандартом (ГОСТ 21354-87) не предусмотрена оценка128сопротивления адгезионному и абразивному изнашиванию профилейзубьев колес [67, 76].Как показано выше (в главе 1), разработка комплексной расчетноймодели имеет особое значение для использования вакуумной цементации,которая наиболее эффективно решает основные технологические задачи –обеспечение стабильно высокого качества упрочнения поверхности,сокращение длительности науглероживания, снижение энергетических иматериальных затрат.Последовательностьвыполнениярасчетовприразработкетехнологии поверхностного упрочнения зубчатых колес представлена ввиде алгоритма на рисунке 2.1.Исходными данными для расчета служат: величина крутящегомомента, распределенная нагрузка на зуб, количество оборотов колеса,показатели точности для оценки динамической нагрузки, температурасмазочного материала, геометрические характеристики (модуль колеса,количество зубьев, угол зацепления).На первом этапе расчета выполняется определение эффективнойтолщины диффузионногослояна основе оценки егонесущейспособности по сопротивлению контактной усталости.Несмотрянаопределенноесходствомеждуцементацией,нитроцементацией и азотированием, также имеются важные различия,выражающиесяпреждевсеговраспределениинасыщенностиупрочненного слоя углеродом и азотом и, как следствие, твердости,пределов прочности, текучести и выносливости (рисунок 2.2) [64].Как видно из примерных кривых изменения механических свойствпо толщине слоя, для азотирования свойственно резкое падениепрочностных свойств и наименьшая эффективная толщина слоя (толщинаслоя до твердости 500 HV).
В тоже время, как указано выше,азотированныйслойобеспечиваетнаиболеевысокуютвердостьприповерхностной зоны, которая гарантирует высокую (до 500 °С)129теплостойкость,износостойкость,включаявысокоесопротивлениезаеданию (адгезионному изнашиванию). Благодаря такому сочетаниюсвойств азотированные зубчатые колеса способны работать при высокихокружных скоростях, но ограниченных контактных нагрузках.Рисунок 2.1 – Общий алгоритм расчетного метода проектированиятехнологического процесса ХТО зубчатых колес130h, ммРисунок 2.2 – Примерные кривые изменения механических свойств(твердости HV; предела текучести 0,2) по толщине слоя при различныхспособах ХТО: 1 – цементация; 2 – нитроцементация; 3 – азотирование;цифры на горизонтальной оси – значения эффективной толщиныупрочненного слоя [64]Основной фактор, ограничивающий применение азотирования,– ограниченная протяженность и, как следствие, несущая способностьподповерхностной зоны азотированного слоя.
Еще одним существеннымнедостатком азотированных слоев является их известная склонность кусталостному разрушению при изгибе. Механизм повышения прочностиприазотировании,предполагающийупрочнениенаноразмернымикогерентными и (или) полукогерентными частицами нитридов, допускаетмногократное прохождение через них дислокаций. Это приводит кмеханическому перемешиванию атомов в пределах выделений и, какследствие, к их разупрочнению [54]. Очевидно, что разупрочнение частицнитридов означает снижение прочности материала в целом.131В связи с изложенным, применение азотирования рациональнотолько при ограниченных удельных нормальных нагрузках, приложенныхк зубу, а также для зубчатых колес определенных геометрическихпараметров.В этой связи, основным способом поверхностного упрочнениявысоконагруженных зубчатых колес является цементация, толщинуупрочненного слоя при которой можно формировать в широких пределах(0,5-2,0 мм), что наряду с высокой (58-63 HRC) твердостью поверхностислужит условием высокой несущей способности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
