К ВОПРОСУ ФОРМИРОВАНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН РЕГУЛЯРНОЙ ГЕТЕРАГЕННОЙ СТРУКТУРЫ

С целью повышения долговечности стальных деталей машин, работающих при высоких контактных напряжениях, продолжаются исследования по разработке специальных технологий, позволяющих создавать на поверхности регулярную гетерогенную макроструктуру.

В ранее проводимых исследованиях отмечалось, что технология упрочнения зубчатых колес находится в прямой зависимости от используемого материала, поэтому возможны различные комбинации, позволяющие использовать дешевые стали, но это ведет к некоторому увеличению стоимости за счет последующих технологических операций.

Проводимые исследования продолжают работу по созданию регулярной гетерогенной структуры на поверхности стальных деталей машин. Основное внимание продолжает уделяться конструкционным материалам, используемым при производстве зубчатых колес (15, 20, 15Х, 20Х, , 18ХГТ и т.п.).

Узор заданной геометрии на поверхности детали можно получить электролитическим (анодным) травлением через лаковую маску. Необходимо отметить, что данный вид травления исключает наводороживание металла, что неизбежно происходит при химическом травлении и выражается в виде «травильной хрупкости». Поскольку нанесение маски довольно трудоемкая операция, то в условиях мелкосерийного производства увеличение производительности труда можно достигнуть за счет применения трафаретов или штампов.

С целью местной защиты от цементации можно рекомендовать использование гальванических операций, в частности меднение. Особенностью процесса является безукоризненное качество слоя, определяемое беспористостью и прочностью сцепления меди со сталью. Эти требования качества диктуются тем, что процесс цементации проводится при 930-9500С в твердом карбюризаторе, при этом постоянно и непрерывно выделяющей активный углерод. Брак по пробою цементации может иметь место и при высоком качестве медного слоя за счет присутствия агрессивных примесей в карбюризаторе.Ввиду дороговизны и токсичности цианистых электролитов лучше использовать пирофосфатные электролиты.

Для ускорения процесса цементации представляется возможным использование ускоряющего эффекта термоциклирования при одновременном применении активизирующих добавок. В качестве активизатора карбюризатора лучше использовать углекислый натрий (Na2CO3) и углекислый барий (BaCO3). Как известно, добавление углекислого кальция (CaCO3) не влияет на скорость цементации, однако, обволакивая зерна карбюризатора, препятствует их спеканию в процессе нагрева.

Рекомендуется проведение цементации при температуре 930-9500С в течение 2-4 часов. Время цементации

находится в прямой зависимости от состава карбюризатора (особенно твердого карбюризатора) и требуемой толщины цементационного слоя.

Следует отметить, что при проведении цементации в твердом карбюризаторе необходимо учитывать, что размеры цементационного ящика также влияют на продолжительность процесса цементации (Табл.1).

Следует учитывать, что в цементованном слое стали, легированной карбидообразующим элементом (хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием, титаном и др.), углерод в большом количестве концентрируется лишь в самой поверхностной зоне слоя на глубине 0,1-0,2 мм. Некарбидообразующие элементы (кремний, никель, кобальт, медь, сера, фосфор и др.) несколько уменьшают содержание углерода в слое. Наиболее снижает содержание углерода в слое кремний.

Таблица 1 Влияние размера цементационного ящика с твердым карбюризатором на продолжительность процесса цементации (сталь 20 температура цементации 930 0С)

Проведенные исследования показали, что ускорение цементации за счет термоциклирования с добавлением дополнительных активизирующих добавок особенно эффективно для упрочнения поверхности сравнительно тонких изделий толщиной до 5 мм.

Последующей термической обработкой устраняют образующуюся карбидную сетку и формируют свойства цементованной детали. Оптимальные режимы ТО: закалка с 780-8500 (в зависимости от предъявляемых требований по механическим свойствам сердцевины) в воду (для легированных – в масло), низкий отпуск 150- 1700С в течение 1-2 часов.

Необходимо отметить, что хорошие результаты показывает проведение поверхностно-пластической обработки, в частности обкатка при температурах отпуска.

Проводимые исследования показали возможности создания регулярной гетерогенной макроструктуры на поверхностях деталей машин и пути дальнейших исследований.