Совершенствование технологического процесса азотирования на основе методов статистического анализа и моделирования

• Автор: Хасанова, Лейла Александровна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Условия эксплуатации, характер разрушения и требования, предъявляемые к азотированным зубчатым колесам ГГД.IО
1.2 Сравнительный анализ технологических процессов поверхностного упрочнения зубчатых колес.

1.3 Формирование структуры и свойств поверхностного слоя в процессе азотирования

1.4 Показатели и критерии качества азотированных зубчатых колес

1.5 Общие принципы использования математического моделирования процессов ХТО и напряженного состояния зубчатого зацепления.

1.5.1 Моделирование напряженного состояния зубчатого зацепления.

1.6 Выводы по главе 1. Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Химический состав, структура и свойства азотируемых сталей.

2.2 Методы и средства оценки качества азотированного слоя.,
2.2.1 Методы контроля твердости и толщины азотированного слоя.
2.2.2 Методы определения модуля Юнга поверхностного слоя
2.3 Математическое планирование эксперимента и статистический многофакторный анализ.
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНГАЛЬНОТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АЗОТИРОВАННОГО СЛОЯ.
3.1 Исследование влияния химического состава сталей на структуру и свойства азотированного слоя
3.2 Исследование взаимосвязи эксплуатационных свойств зубчатых колес с показателями качества азотированного слоя.
3.2.1 Исследование влияния толщины и твердости азотированного слоя на предел выносливости.
3.2.2 Исследование влияния толщины и твердости азотированного слоя на
износостойкость
3.3 Определение упругих свойств азотированного слоя.
3. 4 Выводы по главе
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ АЗОТИРОВАНИИ СТАЛЕЙ
4.1 Моделирование кинетики диффузионного насыщения азотом при газовом азотировании
4.2 Анализ влияния технологических факторов на характеристики азотированного слоя.
4.2.1 Влияние технологических факторов на толщину азотированного
4.2.2 Влияние технологических факторов на твердость азотированного слоя
4.3 Разработка программного обеспечения для прогноза основных показателей азотированного слоя
4.4 Выводы по главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА АЗОТИРОВАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО РЕСУРСА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ГТД.
5.1 Производственное опробование разработанного программного обеспечения
5.2 Оптимизация технологических режимов азотирования зубчатых колес из стали Х2Н4МА.
5.3 Исследование влияния состава насыщающей среды на параметры качества азотированного слоя.
5.4 Исследование влияния предварительной пластической деформации на кинетику процесса азотирования.
5.5 Оптимизация режимов доазотирования.
5.6 Численное моделирование напряженнодеформированного состояния зубчатого зацепления.
5.7 Выводы но главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


После выхода из зацепления этот участок поверхности быстро охлаждается, следовательно, поверхности контактирующих зубьев подвергаются циклическому температурному воздействию мгновенное повышение температуры и сравнительно длительное охлаждение. Кроме того, повышению температуры способствуют также вибрации зубьев. Значительное повышение температуры в контакте приводит к существенным изменениям структуры и свойств материала зубьев. Общеизвестно, что поверхностные слои зубчатых колес при их эксплуатации нагружены более интенсивно, чем их внутренние объемы, так как взаимодействуют между собой, они воспринимают все действующие нагрузки своими поверхностями. Следовательно, подавляющая часть разрушений зубчатых колес начинается на поверхности и в поверхностных слоях. Такой характер разрушений вызывается превышением действующими напряжениями прочностных характеристик материала в этих зонах 8,9. Виды разрушений авиационных зубчатых колес и процентное соотношение между ними не являются постоянными, а изменяются в процессе доводки изделий. Основными дефектами, по которым выбраковывают зубчатые колеса, например при ремонте, являются различные виды контактных разрушений и заедание , . Различают следующие основные виды контактных разрушений выкрашивание и отслаивание. Первый вид разрушений возникает в результате высоких контактных напряжений в тонком поверхностном слое зубьев, второй в результате высоких глубинных подслойных напряжений, приводящих к подслойным разрушениям. Оба вида разрушений имеют усталостный характер. Кроме механических свойств материала, контактная прочность в значительной мере зависит от окружной скорости, вязкости масла и тепловой напряженности в зоне контакта . Выкрашивание обычно начинается и развивается в полюсе зацепления, так как в этом месте материал подвергается действию знакопеременных касательных напряжений рис. Рис. Развитие выкрашиваня происходит без резких внешних проявлений выявляющихся лишь на его последних стадиях. Для него характерно появление и развитие первичных трещин. Направление таких трещин происходит под некоторым углом к поверхности определяемым касательными напряжениями и фрикционными свойствами деталей передачи. Альтернативой такой гипотезе рассматривается возможность появления и развитие трещин с последующим выкрашиванием крупных частиц материала непосредственно с поверхности, всегда имеющей дефекты от обработки и эксплуатации . Подтверждением такой гипотезы часто являются обнаруживаемые на поверхности, подверженной циклическим нагрузкам перед выкрашиванием, локальные участки, имеющие оттенок, отличный от ее общего фона. Кроме того, влияние приработки, обеспечивающей сглаженный конформный микрорельеф поверхности, благоприятно сказывается на повышении стойкости к выкрашиванию. Следует отмстить, что появление следов выкрашивания не всегда является признаком опасного разрушения активных поверхностей зубьев. В начальный период приработки работы передачи вследствие неточности изготовления и монтажа, деформаций валов и опор может появиться значительная неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий. На некоторых участках последних контактные напряжения могут достигать значительных величин и явиться причиной появления местного выкрашивания. По мере приработки в работу вступают участки контактных линий, ранее не воспринимавшие нагрузки, что приводит к перераспределению и уменьшению контактных напряжений. При последующей же продолжительной работе количество раковин выкрашивания не увеличивается. Наоборот, они могут частично или полностью завальцоваться, сделаться едва заметными и даже исчезнуть. Такое явление носит название ограниченного выкрашивания. Оно допустимо при работе передач и особенно характерно для передач с невысокой твердостью рабочих поверхностей зубьев. Если число раковин выкрашивания и их размеры увеличиваются, то выкрашивание называется прогрессирующим. Как правило, в этом случае выкрашивание имеет локальный характер, занимая по длине зуба самое разнообразное положение. РеМе2Ы ефазы у азотированных зубчатых колес рис. Рис.