CC BY
29
МЕХАНИКА
МАШИНОСТРОЕНИЕ
Э. А. КУЗНЕЦОВ, А. Н. ЛЕОНТЬЕВ Н. А. ЛИПИНА, О. А. МАМАЕВ
Омский танковый инженерный институт
УДК 620.178.162:621.9.048.7
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКОЙ
ПРИВЕДЕНЫ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ НА МИКРОТВЕРДОСТЪ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ СТАЛЕЙ; ПОКАЗАНО, ЧТО ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА ПОЗВОЛЯЕТ ПОВЫСИТЬ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ УГЛЕРОДИСТЫХ И МАЛОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ В НЕСКОЛЬКО РАЗ.
Поверхностное упрочнение стальных деталей лазерным облучением наряду с ионной и электронной модификацией является перспективным технологическим направлением, открывающим целый ряд новых возможностей для повышения износостойкости деталей трибосистем. Данный способ позволяет сравнительно простыми техническими средствами получать высокие плотности энергии на поверхности обрабатываемой детали, с последующим высокоскоростным охлаждением, необходимым для эффективной структурной модификации поверхностного слоя.
С целью определения оптимальных технологических решений лазерной упрочняющей обработки для повышения износостойкости деталей трибосистем были проведены исследования влияния лазерного излучения на структуру и физико-механические свойства сталей марок 20, 45, 45ХН, 38ХС, ШХ15 Упрочнение проводилось с использованием С02: - лазера мощностью 1,2 кВт и длиной волны 10,6 мкм и твердотельного лазера ЛТН -102 мощностью 250 Вт и длиной волны 1.06 мкм Разогрев металла осуществлялся до температур, превышающих температуру фазовых превращений Ас,, но ниже температуры плавления. Лазерная обработка цилиндрических поверхностей образцов проводилась по схеме наложения односпиральных полос с перекрытием. Скорость сканирования лазерного луча составляла 6 мм/с, диаметр пятна -4 мм, плотность мощности излучения 2...10 Вт/см2
Для снижения отражательной способности обрабатываемые поверхности образцов покрывали слоем дисперсного графита на связке из канцелярского клея толщиной 100...800 мкм.
Исследовали влияние скорости сканирования лазерного луча, степени дефокусировки и коэффициента пере-
крытия как главных факторов, определяющих скорость нагрева и кинетику образования аустенита. В процессе высокоскоростного лазерного нагрева (\/>104 град/с) подводимая тепловая энергия превосходит энергию, необходимую для перестройки кристаллической решетки. Это приводит к тому, что фазовые превращения протекают не изотермически, а в некотором интервале температур от Ас" до Ас" и диффузионные процессы перестройки решетки феррита в решетку аустенита не успевают заканчиваться на линии диаграммы железо—цементит, что приводит к сдвигу точки Ас3 в область высоких температур. Установлено, что увеличение скорости сканирования приводит к уменьшению глубины и ширины упрочняемой зоны. Влияние плотности мощности излучения исследовали путем смещения образца относительно фокусного расстояния собирающей линзы в пределах 12 процентов, что приводило к изменению глубины упрочненной зоны на 20 процентов и снижению микротвердости поверхностного слоя от 15 до 20 процентов.
При проведении исследования установлено, что мик-ротвердостъ поверхностного слоя образцов вышеуказанных марок сталей после лазерной закалки зависит от твердости исходной структуры. Причем, максимальная микротвердость поверхностного слоя наблюдается у сталей, подвергнутых предварительной закалке и низкому отпуску (Рис. 1) При этом микротвердость предварительно закаленных образцов стали 45 и стали 45ХН повышается на 70...100 процентов при изменении скорости сканирования от 3 до 12 мм/с, а затем снижается почти до исходного уровня.
Для определения оптимальных режимов лазерной обработки, позволяющих получить максимальную износостойкость стали при сухом трении, применен метод плани-
(U, итг»
кя»
"»ООО
! 1 'Ч 'Mi* ; i i 1
I
feL -— sr-
r-3
[-—у..... r-I ГЧ
—
1— Мл 1 ¿V. ¿у, 5 т' «с
Рис.1. Влияние температуры отпуска на микротвердость облученных лазером образцов: 1 - Ст.45; 2 - Ст.45ХН; 3 - Ст.38ХС; 4-СТ.ШХ15.
рования многофакторного эксперимента. План эксперимента составлен в виде матрицы типа 23"1 и включает в себя варьирование четырех технологических факторов: толщины слоя графитовой обмазки, мкм, скорости перемещения образца, мм/с; степени дефокусировки, % коэффициента перекрытия.
В качестве функции отклика (параметра оптимизации) принята масса изношенного материала упрочненных образцов при сухом трении скольжения. Испытание на износ проводилось на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме диск-диск при усилии в контакте 200. . .500 Н, частоте вращения ведущего диска 100...300 м1 и коэффициенте проскальзывания 10 %. Износ контролировался весовым методом на весах модели ВЛР-200 с точностью измерения 0,1 миллиграмма. Сравнительные испытания на износ на пути трения 1600 м показали, что износостойкость образцов после лазерной обработки в 3...5 раз выше, чем у образцов, прошедших традиционную объемную закалку (Рис. 2).
По степени повышения износостойкости исследуемые стали располагаются в последовательности: Ст 45ХН, Ст 38ХС, Ст 45.
В результате проведенных исследований получены уравнения регрессии оптимального сочетания параметров основных технологических режимов лазерной обработки (толщины слоя обмазки, скорости сканирования, степени дефокусировки, коэффициента перекрытия) для стали 45, 45ХН, 38ХС, при которых обеспечивается макси-
т/оГ 1.5
ЕД
гМ
--Г | f 1
• 1
>
SCO где**
Рис. 2. Кинетические зависимости удельного износа образцов из стали 45ХН: 1 - лазерная обработка; 2 - объемная закалка.
мальное повышение износостойкости.
Таким образом, результаты исследований показали возможность существенного повышения износостойкости стальных несмазываемых пар трения, а также метод обеспечения наибольшей эффективности поверхностного упрочнения путем оптимизации технологических режимов лазерной обработки деталей трибосистем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов Э А.. Леонтьев А.Н., Мамаев O.A. и др Исследование влияния высокоэнергетических способов поверхностного упрочнения на износостойкость триботех-нических деталей БТВТ. Отчет о НИР.- Омск. ОТИИ, 1999-73 с.
КУЗНЕЦОВ Эрнст Андреевич - кандидат технических наук, профессор кафедры "Технология производства БТВТ" Омского танкового инженерного института.
ЛЕОНТЬЕВ Анатолий Николаевич - начальник Омского танкового инженерного института.
ЛИПИНА Наталья Анатольевна - инженер кафедры "Технология производства БТВТ" Омского танкового инженерного института.
МАМАЕВ Олег Алексеевич - начальник кафедры "Технология производства БТВТ" Омского танкового инженерного института.
Ю.К. МАШКОВ, А.Н. ЛЕОНТЬЕВ, O.A. МАМАЕВ
Омский государственный технический университет Омский танковый инженерный институт
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ
УДК 621:62-192-242
АНАЛИЗИРУЮТСЯ ПРИЧИНЫ НИЗКОИ НАДЕЖНОСТИ УПЛОТНЕНИЙ ПНЕВМОРЕССОРЫ ПОДВЕСКИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН; РАССМАТРИВАЮТСЯ КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ КОМБИНИРОВАННОГО ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО СУЩЕСТВЕННОЕ ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ УПЛОТНЕНИЙ ПОРШНЯ-РАЗДЕЛИТЕЛЯ ПНЕВМОРЕССОРЫ.
Условия эксплуатации специальных транспортных ных нагрузок на элементы ходовой части и ее подвески. В машин отличаются жесткими динамическими режимами этих условиях надежная работа подвески и эффективное нагружения деталей и узлов ходовой части вследствие демпфирование ударных динамических воздействий на тяжелых дорожных условий. Движение по дорогам без корпус машины является необходимым условием реали-, твердого покрытия сопровождается воздействием удар- зации высоких скоростных качеств машин; заложенных в
