Упрочнение деталей низкотемпературной нитроцементацией

УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ НИТРОЦЕМЕНТАЦИЕЙ

В.В. Ссрсбровскин, Д.В. Колмыков, Ю.П. Гнезд илова, И.М. Ахмадуллин

Приведены экспериментальные данные по износостойкости углеродистых сталей после низкотемпературной нитроцементации в пастообразном карбюризаторе. Показана высокая эффективность упрочнения деталей, работающих в условиях трения без смазки и в условиях трения в коррозионноактивных средах.

Ключевые слова: упрочнение, деталей, низкотемпературная нитроцементацией, сталь, износостойкость.

В современных машинах имеется достаточно большая номенклатура деталей, которые работают в условиях трения без смазки при воздействии химически активных сред. Известно, что наиболее радикальным путем повышения износостойкости и коррозионной стойкости (долговечности) таких деталей является создание на их рабочих поверхностях твердых и пассивных покрытий, которые эффективно сопротивляются внешним неблагоприятным воздействиям.

В работах [1,2] показано, что низкотемпературная цементация углеродистых и низколегированных сталей приводит к образованию на их поверхностях достаточно глубоких диффузионных слоев, поверхностная зона которых представляет собой гексагональный е-карбонитрвд, имеющий твердость 10000... 12000 МПа.

Нитроцементация в пастообразном карбюризаторе, состоящем из 60 % газовой сажи и 40

Сведения об авторах

Серебровский Вадим Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехника и механизация животноводства» Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова.

Колмыков Денис Валерьевич, аспирант Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова.

Гнездилова Юлия Петровна, старший преподаватель кафедры «Электротехника и механизация животноводства» Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова, тел. (4712)53-13-30, Е-таП:аса(1ету@к§511а.ги.

Ахмадуллин Ильдар Музгирович, аспирант Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. Иванова.

% железосинеродистого калия (пастообразова-тель - клей ПВА), обеспечила за 2 часа при температуре 650°С образование на поверхности углеродистой стали 40 карбонитридного слоя глубиной ~ 0,06 мм. Под слоем карбонитрида образовалась зона азотисто-углеродистого мартенсита с остаточным аустенитом глубиной до 0,20 мм и микротвердостью от 6000 до 4500 МПа (рисунок 1).

Износостойкость нитроцементованных слоев на стали 40 исследовали на машине СМЦ-2 по схеме «ролик-колодка», при которой реализовался механизм трения скольжения. В зону трения подавали (с помощью капельницы) 10 % раствор поваренной соли в воде для имитации коррозионно-активной среды.

Ролики из исследуемой стали подвергали нитроцементации при температурах 560, 660 и 760°С и испытывали при трении скольжения,

'Г^ч’с-

40*»?: * кН НкгЪГ/:

Рисунок 1 - Микроструктура диффузионного слоя стали 40, нитроцемснтованной при температуре 650°С в течение 2-х часов

изменяя давление от 0,05 до 5,0 МПа. Длительность одного цикла изнашивания составляла 100 тысяч циклов (оборотов образца), результаты эксперимента представлены на рисунке 2.

Как видно из рисунка 2-а, в зоне малых удельных нагрузок интенсивность изнашивания с повышением давления несколько повышается, что особенно заметно на стали, цианирован-ной при температуре 760°С. При повышении удельных нагрузок более 0,15 МПа во всех случаях наблюдается снижение интенсивности изнашивания, которое имеет место до нагрузок 0,35.. 0,40 МПа. При дальнейшем повышении давления интенсивность изнашивания устанавливается на постоянном, относительно низком уровне.

Обнаруженное снижение износа циани-ровнной поверхности с повышением удельных нагрузок в интервале 0,05...0,15 МПа можно объяснить самонаклепом поверхности трения, когда в рассматриваемом интервале давлений сохраняется еще запас пластичности металла. Скорость изнашивания в этих условиях определяется восприимчивостью изнашивания структур к наклепу. При большой восприимчивости к наклепу поверхностные слои металла быстро теряют пластичность (при невысокой нагрузке), в них быстро достигается предельное упрочнение, и износ уменьшается.

В области высоких давлений (рисунок 2-6) повышение нагрузки не вызывает у прочие} шя уже наклепанного слоя. Под действием сил трения в поверхностных слоях металла происходят усталостью явления, которые вызывают трещины в поверхностном слое и отделение его фрагментов от основнот металла. В этих условиях зависимость износа от удельных нагрузок на поверхности трения носит почти прямопропорциональный характер.

Относительно низкие температуры цианирования (550-650°С) обеспечивают минимальный износ цианированных слоев. С повышением температуры цианирования выше 650°С износ интенсивно увеличивается, достигая 6-10-кратной величины при температуре цианирования 800°С.

Объяснить такой ход зависимостей износа от температуры цианирования исследуемых сталей можно следующим образом: при низких температурах процесса на поверхности сталь 40 образуется твердая корка с-карбопитрида,

40

30

О

Ж 20

10

1

/ ч\

/ / / \ \ V

/ / / \ N V

\ ч

< кг; ^—«ч ч - '\ 3

< 'Я--.;

о—-—о— 1

0.1 0.2 0,3 0.4

Удельная нагрузка, МПа

0.5

80

О

С,

60

и

о

~ 40 сп

20

— /

/ г .? / /

/ >/ !

/ / / / / ^ /

и..- -

2 3 4

Удельная нагрузка, МПа

а)

б)

Рисунок 2 - Износ нитроцементованной стали 40 трения скольжения при различных нагрузках: а) малые удельные нагрузки; б) большие удельные нагрузки. Температура цианирования: 1-560°С;

2-660°С; 3-760°С

обладающая к тому же антифрикционными и антикоррозионными свойствами, что и приводит к снижению интенсивности изнашивания. Увеличение толщины карбонитридной корки, полученной при температурах цианирования 600-65 0°С, способствует минимизации износа диффузионного слоя.

Повышение температуры цианирования до 700°С и выше приводит к тому, что в диффузионных слоях е-карбонитрид сменяется карбо-нитридом цементитного типа, имеющего меньшую твердость. Этот процесс вызывает резкое ускорение интенсивности изнашивания.

Исходя из приведенных экспериментальных данных можно заключить, что хорошая стой-

кость карбонитридов на истирание и коррозионную стойкость позволяет рекомендовать цианирование при температуре 640-650°С для упрочнения деталей, работающих в самых неблагоприятных условиях изнашивания с недостаточной смазкой, либо без смазки, и в агрессивных средах.

Список использованных источников

1 Прженосил, Б. Нитроцементация/ Б. Прженосил. - М,:Машиностроение, 1969.-212с,

2 Долженков, В.Н. Низкотемпературное цианирование стали в пастах / В.Н. Долженков,

B.И. Колмыков, В.М. Переверзев, H.A. Пивовар //Известия Курск, гос.техн.ун-та 2001,- № 6. -

C.61-64.