Изменение микроструктуры в поверхностном слое инструментальных сталей при воздействии подвижного высокоэнергетического источника нагрева

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

поверхности. На ведущем колесе выполняются канавки глубиной до 2 мм по всей ширине колеса, которые заполняются износостойким материалом, выступающим над рабочей поверхностью. По сути дела осуществляется армирование рабочей поверхности ведущего колеса износостойким материалом. Высота выступающей части износостойкого материала над поверхностью зуба зависит от условий работы зацепления и может составлять 0,1...0,2 мм. В качестве износостойких материалов могут применяться кобальтовые сплавы (стеллиты), карбидные сплавы на основе сор-майта и т. д. Износостойкий материал, выступающий над рабочей поверхностью зуба выполняет роль концентратора нагрузки, что способствует снижению давления на основной материал зубчатого колеса.

При вращении, зубчатое колесо выступающими частями износостойкого материала, вступает в контакт с поверхностью ведомого колеса, покрытой по всей поверхности также износостойким материалом. Большая часть нагрузки, возникающей в зубчатом зацеплении сосредотачивается на небольшой площадке. Изнашивание основного материала зубчатого колеса происходит под меньшими усилиями, что, естественно, снижает интенсивность этого процесса. Изнашивание выступающего материала происходит с меньшей интенсивностью, так как он обладает высо-

кой сопротивляемостью к разрушению абразивными частицами. Происходит выравнивание скоростей изнашивания износостойкого покрытия зубчатого колеса и основного его материала. Сосредоточенная в зоне контакта нагрузка выступающей части износостойкого материала и рабочей поверхности зуба ведомого колеса нагрузка интенсифицирует процесс разрушения измельчаемого материала.

Изложенный способ повышения износостойкости обеспечивает высокую долговечность зубьев силовых зубчатых передач. Он может использоваться для широкой номенклатуры передаточных механизмов, в которых зубчатые колеса подвергаются интенсивному изнашиванию.

Данный способ повышения износостойкости защищен патентом Российской Федерации [2].

Библиографические ссылки

1. Гаркунов Д. Н. Триботехника. М. : Машиностроение. 1989.

2. Зубчатая передача. Патент Российской Федерации на изобретение. № 2086837 от 10.08.97 г. Заявка № 93049163. Авт. Тарасов Г. Ф, Курешов В. А. и др.

© Махиянов В. В., Тарасов Г. Ф., 2011

УДК 621.793.74

Л. С. Мачалин, М. В. Киселев, И. Ф. Зуйков Научный руководитель - Н. А. Амельченко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОДВИЖНОГО ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА НАГРЕВА

Рассмотрены изменения микроструктуры в поверхностном слое за счет воздействия подвижного локального источника нагрева. Показано, что поверхностная изотермическая обработка способствует повышению микротвердости и эксплуатационных характеристик изделий.

Важнейшими показателями надежности современных машин, технологического оборудования и механизмов разного назначения является их высокая надежность при работе в различных условиях. Интенсивный износ контактируемых поверхностей деталей в процессе эксплуатации является основной причиной нарушения требуемой точности и вызывает необходимость проведения незапланированных профилактических мероприятий.

Для повышения износостойкости поверхностного слоя материала быстро изнашиваемых деталей используют известные технологические приемы, наиболее распространенными из которых являются термообработка и нанесение специальных покрытий.

Исследования микроструктуры и физико-механических свойств показывают, что по ряду технических характеристик напыленные покрытия существенно отличаются от своих компактных материалов. Кроме того, отмечено разрушение покрытий в период эксплуатации изделий, основной причиной которых яв-

ляется низкий уровень адгезии и образование микротрещин в результате проявления остаточных напряжений.

В последнее время практикуется поверхностное упрочнение с применением локального точечного нагрева изделий, приводящего к значительному повышению износостойкости рабочих поверхностей. Данное направление является перспективным и требует проведения дальнейших исследований.

В настоящей работе рассматривается возможность применения плазменной технологии для выполнения работ по поверхностной термической обработке тонколистовых конструкций, режущего инструмента и готовых деталей. Поверхностную обработку образцов проводили методом сканирования поверхности изделия относительно источника нагрева, в качестве которого использовали плазменную струю и электронный луч.

Для проведения экспериментов были использованы образцы из легированных инструментальных ста-

Секция « Технология производства ракетно-космической техники»

лей марок Х12Ф1 и 5ХНМ, которые применяются при изготовлении инструмента для деревообработки, ножей мясоперерабатывающих куттеров и др. изделий.

Материал Х12Ф1 относится к классу заэвтектойд-ных сталей, в структуре которых при нагреве до 727 °С не происходит существенных изменений. В сыром виде сталь имеет структуру пер-лит+цементит вторичный, характерную для оттожен-ного состояния (рис. 1, в).

В результате воздействия подвижного источника (выносной электрической дуги или электронного луча) микроструктура приобретает литое строение, ден-дридность и превращается в бейнит с микротвердостью Н = (4,9^6,8)-103 МПа. Бейнитное превращение характерно сочетанием особенностей как диффузионного перлитного так и бездиффузионного мартенсит-ного превращений и является промежуточным. В зависимости от температуры изотермического воздействия микроструктура и механические свойства бей-нита различны. Верхние слои представлены структурой перистого бейнита (рис. 1, а), а в нижних слоях бейнит имеет игольчатую форму. Кроме того, в поверхностном слое стали Х12Ф1 возможно образование карбидов хрома Сг3С2 и ванадия УС, что способствует повышению износостойкости поверхности.

Сталь 5ХНМ относится к классу доэвтектойдных. Структура содержит перлит+феррит. Воздействие плазменной струи вызывает изменение структуры на реечный мартенсит, который характерен для низко- и среднеуглеродистых закаленных сталей. Кристаллы мартенсита имеют форму реек, вытянутых в одном направлении.

б

Рис. 2. Микроструктура стали Х12Ф1 после упрочнения

электронным лучом (*250): а - упрочненная зона; б - середина упрочненной зоны: в - граничная зона; г - основной металл

При сканировании электронным лучом в поверхностном слое происходят существенные изменения с образованием игольчатого бейнита (рис. 3, б-в), что приводит к повышению микротвердости до значений Н = 6,6 • 103 МПа.

б

Рис. 1. Микроструктура стали Х12Ф1 после упрочнения электрической дугой (*250): а - упрочненная зона; б - граничная зона; в - основной металл

Воздействие электронного луча на поверхностность образца из стали Х12Ф1 способствует формированию литого состояния. Микроструктура в большей части представлена трооститом (рис. 2, б). В результате различий в скорости роста зародыша в разных кристаллографических направлениях наблюдаются кристаллы древовидной формы (дендриты), на краю упрочненной зоны формируется структура перистого бейнита (рис. 2, а).

б

Рис. 3. Микроструктура стали 5ХНМ после упрочнения

электронным лучом, (*250): а - упрочненная зона; б - середина упрочненной зоны; в - граничная зона; г - сырой металл

На основании результатов исследований можно заключить, что обработка деталей высококонцентрированными источниками энергии способствует упрочнению поверхностного слоя, что выражается в повышении твердости материала, изменении микроструктуры. В дальнейшем планируется проведение исследований по оценке износостойкости обработанных поверхностей с применением подвижных высокоэнергетических источников нагрева.

© Мачалин Л. С., Киселев М. В., Зуйков И. Ф., Амельченко Н. А., 2011

а

в

г

а

в

г

а

в

УДК 681.62-519

И. А. Паулин, В. В. Галактионов, В. А. Будьков Научный руководитель - Л. В. Ручкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ НА ДАЛЬНИЕ РАССТОЯНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИИ ИЗДЕЛИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Рассмотрены острые проблемы при передачи постоянного электрического тока на дальние расстояния при подключении различной нагрузки при испытании изделий КА и определены пути решения.