Методология разработки технологий химико-термической обработки на основе моделирования диффузионных процессов (1024694), страница 26

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

Дляповышения износостойкости в цементованном слое зубчатых колес,работающих в таких условиях, рекомендовано применять теплостойкуюсталь 20Х3МВФ-Ш, в диффузионном слое на которой важно создаватьповышенную плотность частиц карбидной фазы. Твердые карбидныечастицы затрудняют процесс микрорезания [63].Увеличениеконцентрацииуглеродавцементованномслоесопровождается пропорциональным ростом объемной доли карбиднойфазы и твердости поверхности.

Вместе с увеличением объемной доликарбидов увеличивается размер их частиц и неблагоприятно изменяется ихформа, которая у крупных карбидов заметно отличается от глобулярной.Изменение морфологии карбидных частиц не сказывается на уровнеизносостойкости [83].Испытания, проведенные послойно через каждые 0,1 мм (слойудаляли шлифованием), показали, что скорость изнашивания зависит отколичества избыточной карбидной фазы и, как следствие, от концентрацииуглерода и твердости. Установили, что скорость изнашивания в условиях175микрорезанияминимальнауповерхности,наиболеенасыщеннойуглеродом и содержащей максимальную долю избыточной фазы.

По мереудаления от поверхности скорость изнашивания в образцах, содержащихразвитую карбидную фазу, изменяется незначительно. Она заметновозрастает в слоях, где понижено содержание карбидов, и практическиостается стабильно высокой в однофазных диффузионных слоях [83].Обработка результатов испытаний 10 образцов показала обратнуюзависимость скорости изнашивания от объемной доли карбидной фазыСкорость изнашивания IV, мкм3/минцементованного слоя (рисунок 2.16).1211,51110,5109,598,587,505101520Объемная концентрация карбидной фазы VK,% объем.Рисунок 2.16 – ЗависимостьскоростиизнашиванияIVотобъемнойконцентрации карбонитридной фазы VK в приповерхностном слое стали20Х3МВФ-Ш [83]Регрессионный анализ экспериментальных данных указывает на то,что зависимость скорости изнашивания (IV, мкм3/мин) от объемной доликарбидной фазы VK, % с достаточной достоверностью может быть описаналинейной зависимостью [83]:IV  12,073  0,323VK , ( R0  0,98).(2.24)176ВысокоесвидетельствуетзначениеобкоэффициентаудовлетворительнойпарнойкорреляцииадекватностиR0полученногопараметрического уравнения.Рассчитанные по параметрической формуле (2.24) значения скоростиизнашивания удовлетворительно соотносятся с экспериментальнымиданными [93].

Область адекватности соотношения (2.24) ограничиваетсяобластью от 0 до 50 % объемной доли карбонитридной фазы вдиффузионном слое. В указанном интервале изнашивание осуществляетсямикрорезанием. При увеличении объемной доли карбидной фазы свыше50 % износостойкость скачкообразно увеличивается на порядок в связи стем, что, по мнению авторов [93], изнашивание микрорезаниемзатрудняется вследствие того, что при высокой доле избыточной фазычастицы карбидов экранируют более мягкий твердый раствор.На основе аппроксимации экспериментальных данных полученатакже зависимость скорости изнашивания в условиях микрорезания оттвердости поверхности по Роквеллу HRC:IV  1,582  0,023 HRC , ( R0  0,98).(2.25)Необходимо отметить также, что по данным [89], необходимуюизносостойкость обеспечивают только частицы нитридов (нитридов,карбонитридов) размером не более 5 мкм. Следует отметить, что, какустановлено в работах [13, 83], в цементованных (нитроцементованных)слоях, полученных на комплексно-легированных теплостойких сталях,размер частиц легированного цементита не превышает обычно 3 мкм.2.5.

Определение требований к диффузионному слою по критериюсопротивления адгезионному изнашиванию, схватыванию и заеданиюОдним из наиболее важных эксплуатационных свойств тяжелонагруженных зубчатых колес, в том числе, применяемых в авиационном177двигателестроении,являетсяпредотвращениезаедания.Заеданиевозникает в зубчатом зацеплении вследствие совместного действиятяжелого режима по нагрузке, сочетающегося с высокими скоростямискольжения.При расчете зубчатых колес на заедание в настоящее времяруководствуются положением, согласно которому заедание возникает приместном и мгновенном повышении температуры рабочих поверхностей дотакого значения, при котором граничный слой смазочного материалаполностью утрачивают свои защитные свойства [50].

При повышениитемпературы трибологического сопряжения сверх критических значенийпроисходит изменение характера трения и лавинообразное образованиеадгезионных связей между сопряженными поверхностями, схватываниеучастков фактического контакта, приводящего к заеданию сопряженныхповерхностей [100].Для объективной оценки стойкости сопряженных поверхностей ксхватыванию важен анализ теплового режима работы зубчатых колес,определениекотороговозможнонаосноверасчетаустойчивойтемпературы приповерхностных слоев. Такой подход предоставляетвозможность оценивать применимость того или иного способа химикотермической обработки и марки стали к использованию в конкретнойзубчатой передаче как с точки зрения предотвращения схватывания, так ис точки зрения необратимого снижения твердости вследствие длительногонагрева.

Длительный нагрев и разупрочнение стали могут активизироватькроме микросхватывания и другие процессы изнашивания.Классические расчеты зубчатых колес на заедание основываются наопределении температуры мгновенной вспышки, которую суммируют собъемной температурой трибопары и сопоставляют с критическимзначением, установленным для конкретного материала зубчатых колес.В работе А.И. Петрусевича [50] предложены вытекающие изизвестнойформулыХ.Блокавыведенныетеоретическимпутем178соотношения для расчета температуры вспышки в наиболее нагруженныхточках зубчатого зацепления:[to  l ]  С  1[to  l ] 1[to  l ];(2.26)iгде:  ni 1С  192 f  у .i 100  10003(2.26б)Обозначения в формулах (2.26, 2.26б): ’ – относительное удельноедавление(поотношениюкдавлениювполюсесоответствующее критическим точкам зацепления;зацепления),t0 – основной шагзацепления; i – передаточное число;  – приведенный радиус зубчатогоколеса; n – число оборотов в минуту шестерни; l – расстояния по линиизацепления, проходимые точкой контакта зубьев за период, в течениекоторого находились в зацеплении головки зубьев шестерни и колеса;f – коэффициенттрения, f ≈ 0,08-0,10 [50]; у – условное расчетноеконтактное напряжение (МПа):у 02,88,(2.26в)где 0 – нормальное контактное напряжение Герца.Другой, также вытекающий из соотношения Х.

Блока, подход крешению рассматриваемой задачи был предложен А.В. Чичинадзе,разработавшим следующую формулу [96], нашедшую практическоеприменениепритрибологическоманализепреимущественножелезнодорожных зубчатых передач: 2 1WТ N d r a10,5;0,52 Ar tТ 42 a10,5  1 d r vск (2.27)где WТ – мощность трения; N – временный фактор мощности; dr –среднестатистическийразмерпятнакасания;a1–коэффициент179температуропроводности шестерни; Ar – суммарная фактическая площадьконтакта; Т – продолжительность трения; 1 и 2 – коэффициентытеплопроводности шестерни и колеса, соответственно; vск – скоростьскольжения.Согласно [96], формула (2.28) является частным решением общейтепловой задачи трибосопряжения, которое основано на ряде допущений исправедливо при условии, если значение числа Пекле удовлетворяетнеравенству:Pe vск d r 20.a1(2.27а)Поскольку dr имеет микроскопические размеры, то для случаяобработанной чистовым зубошлифованием или даже зубохонингованиемповерхности упрочненного цементацией или азотированием зубчатогоколеса значение vск должно быть достаточно велико (порядка 20 м/с иболее).Имеетсядругая(упрощенная)интерпретацияформулыА.В.

Чичинадзе, в которой вместо среднестатистического размера пятнакасания используется значение ширины движущейся полоски контактаУказанные[97].соотношенияоснованынаучетеприведенныхтеплофизических параметров системы, состоящей из тонкой маслянойпленкииметалла,характеризующейсяэффективнойглубинойпроникновения теплоты за время контактирования.Общим недостатком указанных подходов является отсутствие учетанелинейной зависимости от текущей температуры коэффициента трения[97, 100], который входит в формулы (2.26) и (2.27) (через выражение WТ)и, в свою очередь, определяет температуру вспышки.

В этой связи, вработе [97] предложен метод расчета температуры вспышки, основанныйна подборе коэффициента трения в зависимости от того результата,которыйснаибольшейвероятностьюследуетожидать180(эластогидродинамическое, граничное либо сухое трение). Очевидно, чтотакой метод является в своем принципе эмпирическим и требует помимопроведениярасчетовпредварительноговыполненияопределеннойэкспериментальной программы.Следует отметить известный, экспериментально установленныйфакт, что действительная температура рабочих поверхностей зубчатыхколес, соответствующая моменту заедания, возрастает с ростом твердостии теплостойкости упрочненного слоя.

Характеристики

Список файлов диссертации