Введение к работе
Актуальность. Повышение срока службы деталей машин и инструментов в условиях экономического спада производства является важнейшей задачей машиностроения. В связи с этим представляется актуальным разработка новых технологических процессов, продлевающих срок службы деталей и инструментов. Большие перспективы открывают методы поверхностного упрочнения металлов концентрированными источниками нагрева, в частности, плазменный нагрев.
Материал, накопленный за период с 1984 по 1997 гг. по плазменному упрочнению деталей машин и инструментов в различных отраслях народного хозяйства, показывает, что в процессе эксплуатации упрочненных изделий возникают дефекты, приводящие к интенсивному износу, трещинообразованию и разрушению изделий. Анализ характера дефектов позволил предположить, что снижение износостойкости и трещиностойкости обусловлено структурным и водородным факторами и фактором напряжений.
Дальнейшее совершенствование процессов плазменного упрочнения может быть достигнуто при 5'странении указанных недостатков. Изучение существующих методов упрочнения показало, что этому условгао отвечает способ плазменного циклического упрочнения металлов (положительное решение ВНИИГПЭ на выдачу авторских свидетельств по заявке № 499182).
Цель работы - разработка способа и технологии плазменного циклического поверхностного упрочнения на основе установления особенностей структурообразования и влияния водорода на эксплуатационные свойства упрочненного слоя.
Научная новизна работы. Показано, что в процессе плазменного упрочнения металлов происходит наводороживание
поверхностного слоя. Наводороженная структура мартенсита обладает повышенной склонностью к трещинообразованию в результате развития обратимой водородной хрупкости при положительных температурах и необратимой водородной хрупкости при отрицательных.
При плазменном циклическом упрочнении имеют место многократные структурные и фазовые превращения, снижающие степень неоднородности аустенита, что обеспечивает получение в упрочненном слое высокодисперсной структуры мартенсита, обладающей высокими показателями износостойкости и трещиностойкости по сравнению со структурой мартенсита, образующегося в процессе плазменной закалки. Многократные циклы нагрева способствуют дегазации поверхностного слоя металла, что устраняет влияние водородного фактора.
Материалы и методы.исследования. При лабораторных исследованиях применялись методы металлографического, локального химического, рентгеноструктурного анализов, фрактография. Механические свойства и износостойкость изучались как по известным, так и по специально разработанным методикам. Для определения содержания диффузионного водорода использовался метод карандашных проб, а остаточного водорода - метод вакуум-нагрева при температуре 600С. При всех количественных измерениях обработка экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистики. Исследовались стали марок 20, 30, 45, 15Х, 20Х, 65 Г, ЗОХГСА, 40Х, 45ХН, 9ХФМ, У8. Для проведения экспериментов по плазменному упрочнению использовалась установка, разработанная в ИрГТУ.
Практическая ценность. На основе проведенных исследований разработаны и внедрены:
1. Технология плазменного циклического упрочнения дереворежущего инструмента, позволяющая повысить его
износостойкость в 1,8 - 2,5 раза по сравнению с плазменной закалкой. Технология внедрена на предприятиях лесопиления г. Иркутска АО "Брок-Сиб", ПО "Востсиб-взрывпром", МП "Орион", ТЖХ г. Иркутска и др.
-
Технология плазменного циклического упрочнения медицинского инструмента, внедренная в Иркутском НИИ травматологии и ортопедии.
-
Технология плазменного циклического упрочнения деталей железнодорожного транспорта, внедренная на ВСЖД (г. Иркутск).
На защиту выносятся:
-
Результаты исследования процесса наводороживания поверхностного слоя металла при различных способах плазменного упрочнения. Особенности кинетики диффузионного перераспределения водорода в упрочненном слое. Результаты оценки влияния водорода на механические свойства упрочненного слоя.
-
Особенности структурообразования при плазменном циклическом упрочнении металлов. Рез)гльтаты металлографических, рентгеноструктурных, фрактографических исследований, испытаний на износостойкость упрочненных матер налов.
-
Способ плазменного циклического упрочнения деталей машин и инстрз'ментов. Результаты сравнительных эксплуатационных испытаний упрочненных изделий.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всесоюзной конференции "Прогрессивные способы сварки в машиностроении" (г. Красноярск, 1991 г.); международной научно-технической конференции "Сварка, пайка, нанесение покрытий и восстановление изношенных деталей" (г. Тольятти, 1992 г.); международной научно-технической конференции "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей
машин" (г. Волгоград, 1992 г.); международной научно-технической конференции "Металлургия сварки и сварочные материалы" (г. Санкт-Петербург, 1993 г.); научных семинарах кафедры сварки ГАНГ им. И.М.Губкина (г. Москва, 1993-1994 гг.); научных семинарах кафедры сварочного производства ИрГТУ (г. Иркутск, 1993-1999 гг.); научно-технических конференциях машиностроительного факультета ИрГТУ (г. Иркутск, 1992-1997 гг.)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 12 работ, получено положительное решение ВПИИГПЭ по заявке на изобретение.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 213 наименований, содержит 169 страниц машинописного текста, 77 рисунков, 24 таблицы.