Введение к работе
Актуальность работы. Термическая обработка позволяет улучшать эксплуатационную долговечность и надежность деталей машин и оборудования, а также конструкционную прочность с одновременным снижением их массы.
Ожидаемое развитие видов термической обработки будет идти в направлении относительного снижения доли объемных обработок и повышения уровня поверхностных обработок. Перспективно применение видов термической обработки с низкой энергоемкостью, экономией материала при одиовремегаюм обеспечении роста прочности и эксплуатационной долговечности.
Азотирование будет развиваться интенсивнее, чем цементация и цианирование, прежде всего потому, что оно производится при низках температурах (480-650 С). Благодаря этому сводятся до мшпшума изменения размеров и конфигурации предварительно термически улучшенных деталей машин. Азотирование является энергосберегающим процессом и может применяться для сталей с различным химическим составом.
В результате проведенного анализа современного развития азотирования основными направлениями исследований и развития технологии азотирования следует считать:
получение азотированных слоев со сложной оптимальной структурой для обеспечения заданных служебных и эксплуатационных характеристик;
оптимизацию технологических процессов с экономным расходованием азотирующих атмосфер при максимальном сокращении времени прохождения процесса и обеспечении оптимальной толщины азотированных слоев;
интенсификацию технологического процесса образования азотированного слоя с эггпгмальной структурой;
разработку новых марок высокопрочных сталей для азотирования, экономных с гочки зрения содержания дефицитных легирующих элементов, одновременно но-щоляющих получать необходимые свойства азотированных слоев.
Перспектива расширения применения азотирования в машиностроении требует лроведения широкого круга экспериментальных исследований. Их использование позволит разработать оптимальные служебные свойства микроструктуры азотированного слоя и сердцевины конкретных деталей машин.
В настоящее время отсутствуют однозначные данные, позволяющие осущест-зить одновременно выбор толщины слоя и метод его получения для конкретного трименения. Такой выбор обычно проводят на основе длительных экспериментов, те всегда приводящігх к оптимальному результату.
Представленные в литературе результаты исследований показывают сложность проблемы и необходимость учета многочисленных разнородных факторов.
Получение слоев с заданным строением, определяющим служебные свойства, і оптимальная кинетика их роста требуют учета всех факторов, начиная от выбо->а стали и ее термической обработки перед азотированием, характеристики тех-юлогического оборудования, использованного для азотирования, и заканчивая тараметрами самого процесса.
Существенным ограничением применения азотирования в машиностроении является проблема выбора материала (марки стали) для азотирования и отсутствие однозначных данных о влиянии химического состава стали на формирование азотированного слоя. Известно, что решающее влияіше на свойства азотированны> слоев и их сохранение в процессе эксплуатации, кроме параметров термическоі обработки и азотирования, имеет химический состав стали и содержание основных легирующих элементов. Существующие методики оценки влияния химического состава стати на эксплуатационные свойства деталей машин, подвергаемы) термическому улучшению и азотированию, являются фрагментарными, без каких-либо конкретных утверждений о выборе этих материалов.
Целью работы являлся всесторонний анализ процесса азотироваїшя с выявлением закономерной связи химического состава, структуры, технологических режимов со свойствами сталей.
В качестве задач настоящей работы приняты:
качественная и количественная оценка влияния химического состава стали и; формирование твердости сердцевины до и после азотирования;
анализ качественного и количественного влияния определенных факторов ні формирование профиля твердости азотированного слоя;
анализ зависимости между химическим составом и параметрами процесса регу лируемого азотирования с параметрами, характеризующими азотированные слои:
влияіше химического состава стати на формирование толщины азотированной слоя:
влияіше содержания углерода и легирующих элементов на формирование твер дости азотироваїпюго слоя;
зависимость между поверхностной твердостью, толщиной упрочненной ЗОНЫ 1 химическим составом;
влияние продолжительности азотирования и азотного потенциала на формпро вание твердости азотированного слоя;
-влияние температуры отпуска и химического состава стати на формирован» поверхностной твердости и распределешш твердости в азотированном слое;
- анализ факторов, формирующих служебные свойства азотированных слоев и за
данных параметров, характеризующих слои.
Научная новизна:
определено влияние легирующих элементов на формирование заданных пара метров азотированных слоев;
установлен оптимальный химический состав сталей, подвергаемых азотирова нию и его связь с прогнозированием заданных характеристик, определяющих азе тированные слои и их характеристики эксплуатационных свойств; -предложен огггимизированный параметр химического состава стати, которы: используется для прогнозирования заданных характеристик эксплуатационны свойств азотированных слоев;
определено количественное и качественное влияние параметров азотировани на формирование поверхностной твердости, толщины упрочненного слоя и рас пределения твердости в азотированном слое при заданном химическом состав
стали.
Практическое использование результатов работы. Комплексный подход к проблеме выбора стали для азотирования позволил использовать результаты работы для:
оценки влияния химического состава стати на полученные свойства при заданных параметрах азотирования;
оценки влияния параметров азотирования на формировашіе характеристик: жсилуатационных свойств азотированных слоев сталей определенного химического состава.
Проведенные исследования и анализ легли в основу разработки технологии азотирования широкой номенклатуры коленчатых валов, внедренных в производство.
Новая технология азотирования, внедренная в производство, имея высокие экономические и технологические показатели, одновремешю повышает эксплуатационную надежность изделий.
Апробация работы. Содержащиеся в работе материалы были предметом докладов и рефератов на: Общепольской научной конференции «Поверхностная обработка», Cz?stochovva - Сентябрь 1990; 7-ой Термо-91 конференции, Будапешт, 5-7 Июня 1991; Общепольской научной конференции «Новые материалы - новые технологии материалов в судостроении и машиностроении», Szczecin - Swinou-iscie, октябрь 1998; научно-техіпіческом семинаре «Прочность материалов и конструкций при низких температурах». С-Пб, апрель 1999 г.; 8-й Интернациональной научной конференции достижеіши в механике и инжшгиринге материалов, aliwice-Rydzyna, Октябрь 1999; научно-технической конференции «Прочность материалов и конструкций при низких температурах». С-Пб, апрель 2000 г.
Публикации. Основные материалы работы представлены в 21 опубликованных статьях и 5 рецензированных технических отчетах.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из 6 глав, общих выводов, списка литературы из 169 наїгменоваиий. Она изложена на 226 страницах, содержит 96 рисунков, 23 таблицы.
Похожие диссертации на Анализ влияния легирования и параметров процесса на структуру и свойства азотированных слоев сталей с целью оптимизации состава стали и технологии азотирования
