ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ С ФАЗОВОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ

ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

 

STUDY OF THE PROCESSES OF HIGH-TEMPERATURE CARBONITRIDING WITH THE PHASE RECRYSTALLIZATION TO INCREASE THE DURABILITY OF HEAVILY LOADED GEARS

 

Релмасира К.Д. (ТулГУ, г. Тула, РФ)

Relmasira K.D. (Federal state budget educational establishment maximum vocational training “The Tula state university”, Tula, Russian Federation)

 

В статье представлены результаты исследований процессов высокотемпературной нитроцементации с последующей фазовой перекристаллизацией, применяемых для повышения долговечности деталей тяжелонагруженных зубчатых колес.

The article presents the results of the research of the processes of high-temperature carbonitriding with the subsequent phase recrystallization used for increase of durability of parts of heavily loaded gears.

 

Ключевые слова: высокотемпературная нитроцементация, фазовая перекристаллизация, тяжелонагруженные зубчатые колеса, углерод, азот.

Keywords: high-temperature carbonitriding, phase recrystallisation, heavy-loaded gear wheels, carbon, nitrogen.

 

Известно, что азот повышает прочностные характеристики упрочненного слоя [1-3], а насыщение углеродом в присутствии азота ускоряется [1, 2, 4]. Однако, технические решения по созданию нового, порой малопроизводительного, оборудования дороги. В основном изучено влияние совместного насыщения при изотермическом режиме. Поэтому использование неравновесных условий при подстуживании в обычной схеме цементации для формирования структуры и концентрационного профиля углерода и азота в металле является актуальной задачей исследования.

Разработана технология высокотемпературной нитроцементации с фазовой перекристаллизацией, обеспечивающая получение качественной структуры нитроцементованных слоев и высоких прочностных свойств.

Структурный механизм образования нитроцементованного слоя связан с формированием профиля концентрации углерода и азота в металле. В основном формирование концентрационного профиля углерода в металле происходит на стадии цементации, на которой для интенсификации процесса насыщения углеродом в атмосферу печи добавляется аммиак. На последующих стадиях процесса: подстуживании ниже Аr1 и повторном нагреве под закалку с диффузионной выдержкой происходит основное насыщение металла азотом и формирование его концентрационного профиля с характерными структурными зонами слоя. Установлено, что фазовая перекристаллизация и полиморфное превращение, а также понижение скорости охлаждения и повышение содержания остаточного аммиака увеличивает толщину карбонитридного слоя, а также содержание азота в нем. Суммарные процессы диффузионного перераспределения атомов внедрения при неизотермических и изотермических условиях насыщения позволяют получить окончательный концентрационный профиль углерода и азота в металле с оптимальным распределением структурных зон слоя, который при закалке обеспечивает повышение твердости не только с поверхности, но и по толщине слоя, включая зону максимальных эквивалентных напряжений, с повышением в 1,8 раза эффективной толщины слоя по сравнению с серийной цементацией. Значение твердости связано с различным упрочнением, которое вносят атомы углерода и азота в зависимости от соотношения мартенсита и остаточного аустенита.

В результате проведенных исследований установлено, что сочетание мелкозернистой микроструктуры с равномерно распределенным остаточным аустенитом, насыщенным азотом, и, поэтому, более устойчивым к распаду с образованием промежуточных структур, а также способствующим релаксации напряжений, в процессе нагружения повысило усталостно-изгибную прочность на 16 %, долговечность при испытаниях на контактную прочность в 3 раза, ударную вязкость в 2 раза. Стендовые испытания тяжелонагруженных зубчатых колес, обработанных по новой технологии, показали в 2 раза большую наработку, чем по использовавшейся до настоящего времени серийной технологии.

Список использованных источников

1. Лахтин, Ю. М. Химико-термическая обработка металлов / Ю. М. Лахтин, Б. Н. Арзамасов. - М.: Металлургия, 1985. - 256 с.

2. Прженосил, Б. Нитроцементация [Текст] / Б. Прженосил. - М.: Машиностроение, 1969. - 213 с.

3. Шапочкин, В. И. Влияние содержания азота на структуру и свойства нитроцементованной стали [Текст] / В. И. Шапочкин, Л. М. Семенова // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2010. - № 9. - C. 12-18.

4. Термодинамика и кинетика взаимодействия углеродсодержащих атмосфер со сталью при науглероживании [Текст] / И. Н. Росляков [и др.] // Технология металлов. - 2011. - № 9. - C. 22-24.