Введение к работе
Актуальность работы Ресурс работы различных видов машин и механизмов в значительной степени определяется усталостной прочностью, а также способностью сопряженных пар трения сопротивляться изнашиванию.
В настоящее время распространенным способом упрочнения высоконагруженных деталей машин (зубчатые колеса и др.) является цементация (нитроцементация). Однако использование этих видов химико-термической обработки приводит к сильной деформации деталей и, как следствие, к необходимости проведения трудоемкой операции шлифования.
За последние годы, благодаря фундаментальным исследованиям, выполненным Ю.М.Лахтиным, Б.Н.Арзамасовым, Г.Ф.Косолаповым, С.А.Герасимовым и др., появилась возможность использования азотирования для высоконагруженных деталей машин взамен цементации.
Кроме этого, причиной повышенного внимания к проблеме азотирования является уникальный комплекс свойств стальных изделий (износостойкость, сопротивляемость схватыванию, коррозионная стойкость, сопротивление усталости, теплостойкость), а также малые деформации, что исключает трудоемкий процесс шлифования.
Тем не менее, применяемые стали для высоконагруженных деталей машин не полностью удовлетворяют современным требованиям по качеству азотированного слоя ( высокая хрупкость и др.), а также сердцевины.
В условиях мелкосерийного производства на машиностроительных предприятиях при изготовлении изделий используется большое разнообразие марок сталей для азотируемых и цементуемых деталей с малыми объемами потребления, что вызывает значительные технические и экономические проблемы. Эти недостатки можно устранить, если сократить количество применяемых сталей.
В связи с этим разработка и внедрение в производство высокопрочной стали многоцелевого назначения с повышенной теплостойкостью и прокаливаемостью для изготовления высоконагруженных азотируемых и цементуемых деталей является в настоящее время актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках конверсионной программы ОАО «Нижегородский машиностроительный завод» по освоению изготовления импортозамещающих узкозахватных очистных комбайнов нового поколения «Кузбасс – 500».
Цель работы разработка и внедрение высокопрочной теплостойкой стали многоцелевого назначения для изготовления азотируемых и цементуемых высоконагруженных деталей машин.
Для достижения указанной цели решали следующие задачи:
обоснование химического состава стали;
исследование структуры, физико-механических свойств и критериев разрушения синергетики стали в зависимости от температурно-временных параметров термической и химико-термической обработки;
оценка контактной выносливости и выносливости при изгибе;
разработка и внедрение технологии горячей пластической деформации, термической и химико-термической обработки (газового азотирования и цементации).
Научная новизна
-
-
Установлено влияние никеля на:
внутризеренную структуру;
структуру и химический состав зернограничных областей азотированного слоя;
контактную долговечность.
-
-
Определены значения критических точек и физических свойств (модуля упругости; удельной теплоемкости; коэффициентов теплопроводности, температуропроводности; температурного коэффициента линейного расширения) разработанной стали.
-
Исследована кинетика распада переохлажденного аустенита стали при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях.
-
Установлено влияние циклической объемной закалки с предварительным высоким отпуском на величину зерна аустенита.
-
Определены значения критериев разрушения синергетики новой стали в различных структурно - энергетических состояниях.
Практическая значимость
1. Разработаны и внедрены в промышленность технические условия ТУ0958 – 011 -08627614 – 95 «Поковки, прокат крупного сечения, блюмы (болванки обжатые), заготовки квадратные из высокопрочной стали марки 20Х3Н3МФБ для тяжелонагруженных улучшаемых, азотируемых, цементуемых деталей».
2. Разработаны и внедрены технологии горячей пластической деформации, термической и химико-термической обработки (газового азотирования и цементации).
3. Внедрение на ОАО «НМЗ» стали многоцелевого назначения 20Х3Н3МФБ при изготовлении очистных угольных комбайнов позволило за счет сокращения применяемых марок стали, унификации режимов термической и химико-термической обработки деталей, оптимизации маршрутных технологий и уменьшения трудоемкости за счет перевода деталей, в том числе зубчатых колес, с цементации на азотирование получить экономический эффект ~1,2 млн. рублей на одно изделие.
На защиту выносятся:
1. Результаты исследования влияния никеля в низкоуглеродистых легированных сталях на:
- структуру и химический состав зернограничных областей азотированного слоя;
- контактную долговечность азотированного слоя.
2. Химический состав новой высокопрочной теплостойкой стали.
3. Результаты исследования зависимости физико-механических свойств и критериев разрушения синергетики разработанной стали от различных режимов термообработки, а также экспериментальной оценки её предела контактной выносливости после азотирования с широко применяемыми азотируемыми и цементуемыми сталями.
4. Технологии горячей пластической деформации, упрочняющей объемной термической обработки, газового азотирования и цементации.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены и обсуждены на Международной конференции по химико-термической обработке «3-и Лахтинские чтения» (2004г., г. Варшава), на научных семинарах кафедры МТ - 8 МГТУ им. Н.Э.Баумана (1996, 2001, 2008 г.г., г. Москва), на межрегиональных научно-практических конференциях г. Н.Новгород (2003, 2005, 2009г.г.), г. Новочеркасск (2004г.), г. Златоуст (2005г.).
Производство слитков различного развеса и блюмов (размером 220220) освоено на ОАО «Златоустовский металлургический завод»; слитков – на ОАО «Ижсталь».
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах, в том числе: в двух статьях в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в двух патентах РФ.
Структура и объем работы
Похожие диссертации на Разработка и внедрение высокопрочной теплостойкой стали для азотируемых и цементуемых высоконагруженных деталей машин"
-
-
