Повышение контактной выносливости комбинированным упрочнением статико-импульсной обработкой и цементацией

• Автор: Тарасов, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1Л Параметры, влияющие на контактную выносливость деталей машин
1.2 Обеспечение параметров качества поверхностного слоя технологическими методами упрочнения
1.3 Факторы, оказывающие влияние на диффузионные процессы ХТО
1.4 Перспективная технология комбинированного упрочнения ППД и цементацией тяжелонагруженных деталей машин
1.5 Цель и задачи исследования
Выводы
2 ОБЩАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Конструктивная адаптация генератора механических импульсов для поверхностного упрочнения материала волнами деформации
2.2 Методика последовательного комбинированного упрочнения СИО ППД и цементацией
2.3 Настройка установки СИО ППД для получения необходимых технологических параметров процесса
2.4 Оборудование и оснащение для исследования сопротивления контактно-усталостному износу
2.5 Методика экспериментальных исследований сопротивления контактно-усталостному износу
2.6 Методика расчета значений параметров испытаний
2.7 Методика исследования упрочненного поверхностного слоя измерением микротвердости
Выводы
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
КОМБИНИРОВАННОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ
ОБРАБОТКОЙ И ЦЕМЕНТАЦИЕЙ

3.1 Разработка модели для исследования общих закономерностей комбинированного упрочнения СИО ППД и цементацией
3.2 Обоснование выбора параметров процесса рассматриваемой комбинированной технологии
3.3 Эвристический подход к разработке феноменологической модели формирования структур поверхностного слоя при упрочняющей обработке
3.4 Феноменологическая модель комбинированного упрочнения СИО ППД и цементацией
Выводы
4 ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
КОМБИНИРОВАННОГО УПРОЧНЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ
КАЧЕСТВА И СОПРОТИВЛЕНИЕ КОНТАКТНОМУ
ВЫКРАШИВАНИЮ УПРОЧНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
4.1 Исследование микротвердости упрочненного поверхностного слоя
4.2 Количественная оценка равномерности упрочнения
4.3 Разработка экспериментальной математической модели сопротивления контактному выкрашиванию
4.4 Оценка влияния комплексного технологического и эксплуатационных факторов на сопротивление контактному
выкрашиванию
4.5 Технологические рекомендации создания сложно
структурированного несущего слоя
4.6 Экономическая эффективность использования рассматриваемого комбинированного упрочнения в технологии изготовления колец
подшипников
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Циклические контактные нагрузки, действующие на рабочие поверхности деталей машин и механизмов, к которым относятся зубчатые колеса, подшипники качения, рельсы и рельсовые колеса, прокатные валки, толкатели кулачков, бойки, элементы червячных, гипоидных, винтовых, цепных и глобоидальных передач, направляющие, шлицевые соединения с телами качения, обгонные роликовые муфты и т.д., - являются причиной потери их работоспособности. Среди возможных путей повышения контактной выносливости таких деталей большое внимание отводится упрочняющим технологиям, созданию необходимой структуры поверхностного слоя.
Цементация позволяет формировать упрочненный слой высокой твердости и значительной глубины, что способствует повышению долговечности при действии контактных циклических нагрузок. Исследованиями А.Ю. Албагачиева, П.Г. Алексеева, А.И. Андрианова, Б.М. Аскинази, А.П. Бабичева, М.А. Балтер,
В.Ф. Безъязычного, В.Ю. Блюменштейна, В.М. Браславского, В.И. Бутенко, М.С. Дрозда, A.A. Ершова, A.B. Киричека, Ю.Р. Копылова, М.М. Матлина, A.A. Михайлова, Л.Г. Одинцова, Н.В. Олейника, Д.Д. Папшева, В.В. Петросова, Э.В. Рыжова, В.И. Серебрякова, А.Г. Суслова, Ю.И. Сидякина, В.М. Смелянского, Д.Л. Соловьева, Г.В. Степанова, М.А. Тамаркина, В.П. Федорова, Л.А. Хворостухина, П.А. Чепы, Ю.Г. Шнейдера, Д.Л. Юдина и др. установлено, что обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД) создает градиентный наклепанный слой с остаточными напряжениями сжатия и повышенной твердостью. При этом отсутствует резкий переход от упрочненного материала к основанию, что исключает его отслаивание. При этом большое значение имеет характер изменения свойств металла переходной области.
Использование комбинированных упрочняющих технологий, например, изменение кристаллической структуры поверхности предварительным пластическим деформированием, благоприятно сказывается на последующей

применяют в механизмах и машинах, работающих в условиях динамического нагружения и высоких контактных напряжений [137].
Для обеспечения необходимой работоспособности при ударных нагрузках подшипники изготавливают из малоуглеродистых цементуемых сталей. Для деталей крупногабаритных подшипников применяют хромоникелевую сталь 20Х2Н4А, а для деталей массовых подшипников — хромомарганцовую сталь 18ХГТ, хромистую марок 15Х и 20Х, марганцовистую 15Г и никельмолибденовую сталь 20НМ. Массовые конические подшипники изготовляют из сталей марок 15Х, 20Х, 18ХГТ, 20НМ.
Исследования показали, применение для подшипников массового производства цементуемых сталей взамен твердо калящейся стали ШХ15 снижает себестоимость до 10% и значительно повышает производительность труда на токарных операциях механической обработки. Однако основное преимущество цементуемых сталей при производстве колец подшипников заключается в возможности применения холодной штамповки без использования нагрева.
Заданная твердость, износостойкость, контактная выносливость кольца подшипника обеспечивается в процессе цементации на глубину около 1 мм и последующей термической обработки. Установлено, что достаточно высокие температуры в процессе химико-термической обработки (ХТО) при цементации (до 1050°С), ускоряя процесс диффузии углерода в поверхностный слой детали, не снижают долговечность цементованных колец по сравнению с кольцами из стали ШХ15.
Известно, что сталь, выплавленная в мартеновских печах, по чистоте и количеству неметаллических включений уступает стали, выплавленной в электропечах из более чистых исходных материалов. Кроме того, структура стали ШХ15 по дисперсности и равномерности распределения карбидов, а также дисперсности мартенсита несравненно лучше структуры рабочих слоев цементованных деталей, полученных в результате цементации при 1050°С и непосредственной закалки. Тем не менее, практика показала, что долговечность колец подшипников 307 и 204 из мартеновской цементуемой стали выше по