CC BY
3MEXANIKA
УДК 621.771
RESOR-PRUJINALI DETALLARNING MEXANIK XARAKTERISTIKALARINI
YAXSHILASH UCHUN 60С2ХФА MARKALI PO'LATGA TERMIK ISHLOV BERISHNING TEXNOLOGIK REJIMLARINI TADQIQ QILISH
Absattarov Saloxiddin Nuritdin o'g'li Toshkent davlat transport universiteti, assistent, [email protected]
Tursunov Nodirjon Qayumjonovich Toshkent davlat transport universiteti, t.f.d., professor, u [email protected]
Annotatsiya. Maqolada 60С2ХФА ressora-prujinali po'latning mexanik xarakteristikalariga termik ishlov berishda sovutish muhiti haroratining ta'siri ko'rib chiqilgan. Po'latning qattiqligi, mustahkamlik chegarasi va nisbiy cho'zilishining toblash muhiti haroratiga bog'liqligi ko'rsatilgan. Sovitish muhitining optimal harorat diapazoni 20 dan 30 °C gacha bo'lishi aniqlandi, bu materialning yuqori mexanik xususiyatlariga erishish imkonini beradi. Olingan natijalar yuk vagonlarining silindrik prujinalariga termik ishlov berishni optimallashtirishda, ularning chidamliligi va ishonchliligini ta'minlashda foydali bo'lishi mumkin.
Аннотация. В статье рассмотрены влияния температуры охлаждающей среды при термической обработке на механические характеристики рессорно-пружинной стали 60С2ХФА. Показаны зависимости твердости, предела прочности и относительного удлинения стали от температуры закалочной среды. Установлено, что оптимальный температурный диапазон охлаждающей среды составляет от 20 до 30 °C, что позволяет достичь высоких механических характеристик материала. Полученные результаты могут быть полезны для оптимизации термической обработки цилиндрических пружин грузовых вагонов, обеспечивая их долговечность и надежность.
Abstract. The article considers the effects of the temperature of the cooling medium during heat treatment on the mechanical characteristics of spring steel 60Si2CrV. The dependences of hardness, tensile strength and elongation of steel on the temperature of the quenching medium are shown. It has been established that the optimal temperature range of the cooling medium is from 20 to 30 °C, which makes it possible to achieve high mechanical characteristics of the material. The results obtained can be useful for optimizing the heat treatment of cylindrical springs of freight wagons, ensuring their durability and reliability.
Kalit so'zlar: qattiqlik, harorat, sovutish muhiti, toblash, bo'shatish, siniq.
Ключевые слова: твердость, температура, охлаждающая среда, закалка, отпуск,
излом.
Keywords: hardness, temperature, cooling medium, quenching, tempering, fracture.
Ko'pgina prujinali qotishmalar - martensitli o'zgartirish bilan mustahkamlanadigan po'latlar bo'lib, bunda qattiqlik va mustahkamlikning yuqori qiymatlari ta'minlanadi. Ushbu po'latlar mashinasozlikning turli sohalarida juda mas'uliyatli elastik elementlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi [1].
Prujinali po'latlarga mustahkamlovchi termik ishlov berish moyda toblash va keyin bo'shatishdan iborat. Bunday ishlov berishdan keyin olinadigan prujinalarning qattiqligi keskin ortishi aniqlandi. Yuqori qattiqlik prujinali po'latlarning elastik xususiyatlari va mustahkamlik chegarasining oshishiga yordam beradi, natijada qoldiq deformatsiyalar keskin kamayadi va shuning uchun prujinalar geometrik va kuch parametrlarining yo'l qo'yilmaydigan yo'qotishlarsiz uzoqroq vaqt ishlaydi [1].
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
Austenit sohadan toblashda sovutish martensit tuzilishini olishni ta'minlashi kerak. Sovutish kritik toblash tezligidan kattaroq tezlikda amalga oshirilishi kerak [3]. Yuqori sovitish tezligi austenitning minimal barqarorligi harorat oralig'ida bo'lishi kerak va martensit oralig'ida paydo bo'lgan ichki kuchlanishlarni kamaytirish uchun uni kamaytirish maqsadga muvofiqdir [4]. Mineral moylar bunday sovitish sharoitiga mos keladi.
Moy toblash muhiti sifatida quyidagi afzalliklarga ega: temperaturaning martensit oralig'ida sovutish tezligi kichik, bu toblash nuqsonlari paydo bo'lishini kamaytiradi va temperaturaning keng oralig'ida toblash qobiliyatining doimiyligi. Kamchiliklarga yuqori alangalanish, yetarli darajada barqaror emasligi va perlitga aylanish harorati sohasida past sovutish qobiliyati, shuningdek, yuqori narxni kiritish mumkin [5]. Moyni aralashtirish sovitish tezligi va bir tekisligini samarali oshiradi; ish jarayonida moy oksidlanadi, quyuqlashadi va uning sovutish qobiliyati kamayadi, bu esa ishlatilgan moyni yangisiga tez-tez almashtirishga olib keladi [6].
Toblash muhitining harorati toblashning kritik tezligiga ta'sir qiladi. Moy harorati qanchalik past bo'lsa, sovutish tezligi shunchalik yuqori bo'ladi va aksincha [7]. Mavjud adabiyotlarda [8-11] umumiy maqsadlar uchun mo'ljallangan po'latlar uchun 40 dan 80 °C gacha bo'lgan moy harorati oralig'i tavsiya etiladi, ammo prujinali po'latlar uchun pastki va yuqori harorat chegaralari mavjud emas. Hatto sirkulyatsion uskunalar mavjud bo'lganda ham toblash bakidagi moy harorati qizdirilgan detallar partiyasini tushirish paytida sezilarli darajada oshadi, bu esa sovutish qobiliyatini yanada pasaytiradi. Bundan tashqari, sovutish muhiti haroratining po'latlarning mexanik xususiyatlariga ta'siri bo'yicha tizimli va adabiy ma'lumotlar mavjud emas, shuning uchun ushbu maqolaning maqsadi temir yo'l transporti yuk vagonlarining silindrik prujinalarini ishlab chiqarishda ishlatiladigan 60C2X0A ressor-prujinali po'latning mexanik xususiyatlariga toblash muhiti haroratining bog'liqligini aniqlashdan iborat.
Tadqiqotning obyekti sifatida 60C2X0A chiviqlaridan GOST 1497-84 [12] bo'yicha tayyorlangan 14 dona galtellar (1-rasm) olingan. Uning kimyoviy tarkibi 1-jadvalda keltirilgan.
1-jadval
c Si Mn Cr V Ni S P Cu
0,56 -0,64 1,40 -1,80 0,40 -0,70 0,90 -1,20 0,10 -0,20 < 0,30 < 0,025 < 0,025 < 0,20
1-rasm. 60C2X^A po'latdan tayyorlangan naniunalar: a) buyum chizmasi, b) namunaning 3D modeli; v) 14 dona tayyorlangan galtellar
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
Mustahkamlovchi termik ishlov berish (2-rasm) SNOP-12.15.10/1000 elektr kamerali pechida amalga oshirildi. Tadqiq qilinayotgan namunalar prujinalar bilan birga 880 °C gacha qizdirildi, bu haroratda 10 daqiqa ushlab turildi (60C2X0A po'latining 1 mm toblangan zonada qizdirish grafigidan 1 daqiqa talab etiladi). Sovutish moyda amalga oshirildi, uning harorati 5±2,5 dan 40±2,5 °C gacha o'zgarib turdi. Bunday sezilarli ±2,5 °C ruxsat berish toblash paytida moy haroratini doimiy ushlab turishning murakkabligi bilan bog'liq. So'ngra namunalarni toblash jarayonidagi kabi prujinalar bilan birga 510 °C haroratda bo'shatish amalga oshirildi. Sovutish tinch havoda amalga oshirildi.
2-rasm. 60S2XFA markali po'latni mustahkamlovchi termik ishlov berish rejimi
Namunalarning qattiqligini o'lchashdan oldin galtellarning qirralari Buehler MetaservTM Vector LC 250 silliqlash- sayqallash mashinasida silliqlandi (3-rasm). Qattiqlik portativ kombinatsiyalangan MET-UDA qattiq o'lchagichi yordamida (4-rasm) Rokvellning "S" shkalasi bo'yicha sakrash tamoyili bo'yicha o'lchandi. O'lchash diapazoni 20 dan 70 HRC gacha, yo'l qo'yiladigan xatolik chegaralari ±2 HRC.
Namunalarni uzish sinovlari GMS-50 No134 rusumli universal sinov mashinasida o'tkazildi (5-rasm). GMS-50 mashinasi statsionar universal sinov gidravlik qurilmasi bo'lib, sinov namunasiga vertikal ravishda yuklama beriladi. O'lchash diapazoni 2000 dan 50000 kg gacha. Yuklamalar shkalasi bo'yicha ko'rsatkichlarning xatoligi o'lchanayotgan yuklamaning ±1% dan oshmaydi.
3-rasm. Buehler MetaservTM Vector LC 250 silliqlash-sayqallash mashinasi
4-rasm. MET-UDA kombinatsiyalangan portativ qattiqlik o'lchagichi
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
a)
5-rasm. GMS-50 turidagi universal sinov mashinasi
Sinov natijalariga ko'ra, namunalarning sinish yuzalarining makroskopik ko'rinishlari olindi (6-rasm), ularda uchta zona ko'zga tashlanadi: 1 - tolali zona, 2 - radial zona, 3 - kesish zonasi.
Tolali zona yoriqning sekin o'sadigan sohalariga mos keladi. U sinish markazida joylashgan va cho'zilish o'qida joylashgan buzilish o'chog'ini o'rab turadi. Tolali zona tasodifiy joylashgan ingichka aylana egatlar sohasidan iborat. Egatlar yoriqning tarqalish yo'nalishiga -o'chog'idan namunaning chetiga perpendikulyar joylashgan. Bunday belgilar barqaror subkritik yoriqlarga xos bo'lib, ularning tarqalishi nisbatan yuqori energiya sarflashni talab qiladi.
Radial chandiqlar tutashadigan nuqta sinish o'chog'idir. Chandiqlar juda yupqa, bu yuqori mustahkam po'latlar uchun to'g'ri keladi [13]. Yupqa radial chandiqlar asosan kvaziskol yoki donalar orasidagi sinishni ko'rsatadi. Kesish zonasi namunaning erkin yuzasi bilan tutashgan halqasimon tekis qismdan iborat. Ushbu zona yuzasi cho'zilish o'qiga nisbatan ~ 45° burchak ostida joylashgan.
6-rasm. Mustahkamlovchi termik ishlov berishdan so'ng namunalarning sinish yuzalari
Tadqiq qilinayotgan namunalarning qattiqligini toblash muhiti haroratiga bog'liqligi olindi (7-rasm). Moy haroratining yuqori va quyi chegaralari ko'rsatilgan. Qabul qilingan me'yorlarga ko'ra, prujinaning qattiqlik qiymati 40,5 dan 46,5 HRC gacha bo'lishi kerak.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
Olingan ma'lumotlarga ko'ra, moyning pastki harorati 20 °C ga, yuqori harorati esa ~ 35 °C ga to'g'ri keladi. Yashil soha tavsiya etilgan harorat oralig'ini ko'rsatadi, ya'ni 20 dan 30 °C gacha. Bunday xulosa prujinalarning cho'kish hodisasidan kelib chiqadi, chunki bosim ta'sirida prujina balandligining ruxsat etilgan balandlikdan pasayishi kuzatiladi. Olingan qattiqlikning moy haroratiga bog'liqligi determinatsiya koeffitsiyenti R2=0,9801 bo'lgan chiziqli hisoblanadi. Shunday qilib, toblash muhitining harorati oshishi bilan tayyor mahsulotning qattiqligi pasayadi.
Moy harorati, °C
7-rasm. 60C2X^A po'latining qattiqligini moy haroratiga bog'liqligi
Mustahkamlik chegarasi va nisbiy uzayishning bog'liqligi ham chiziqli bo'lib, korrelyatsiya koeffitsiyenti mos ravishda R2=0,9763 va R2=0,9767 ga teng. (8-rasm). GOST 14959-2016 bo'yicha o'rganilayotgan marka uchun mustahkamlik chegarasi qiymati 1670 MPa dan kam bo'lmasligi, nisbiy uzayish qiymati esa 6% dan kam bo'lmasligi kerak [14]. Yuqorida keltirilgan (7-rasmga qarang) tavsiya etilgan moy harorati (20...30 °C) oralig'ida mustahkamlik chegarasi qiymati ~ 1740...1880 MPa oralig'ida, nisbiy uzayish qiymati esa — 6...9% oralig'ida yotadi. Shunday qilib, olingan bog'lanishlar (8a-rasm, b) GOSTda ko'rsatilgan talablarga zid kelmaydi.
a)
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
b)
S-rasm. 60С2ХФА mexanik xossalarining (a - mustahkamlik chegarasi, b - nisbiy uzayishi)
moy haroratiga bog'liqligi
Resor-prujinali detallar uchun qo'llaniladigan po'latga termik ishlov berishning texnologik rejimlari tadqiq qilindi. Sovitish muhitining harorati 60С2ХФA markali po'latning mexanik xususiyatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatishi ko'rsatilgan, ya'ni muhit haroratining oshishi bilan qattiqlik va mustahkamlik chegarasi pasayadi, nisbiy uzayish ortadi, haroratning pasayishi bilan esa aksincha.
60С2ХФA markali po'latning mexanik xossalarini sovutish muhiti haroratiga bog'liqligi olindi, bu esa sovutish sharoiti o'zgarganda uning xususiyatlarini bashorat qilish imkonini beradi.
Eng yaxshi mexanik xususiyatlarni ta'minlash uchun sovutish muhitining optimal harorat diapazoni 20 dan 30 °C gacha ekanligi aniqlandi. Bunda harorat intervalida qattiqlik Rokvell bo'yicha 40,5 dan 46,5 HRC gacha, mustahkamlik chegarasi 1740 dan 1880 MPa gacha va nisbiy uzayish 6 dan 9% gacha qiymatlarga erishiladi, bu esa GOST 14959-2016 talablariga javob beradi
Tavsiya etilgan haroratli sovutish muhitidan foydalanish prujinalarning qoldiq deformatsiyasini minimallashtirish va geometrik va kuch parametrlarini sezilarli darajada yo'qotmasdan ularning ishlash muddatini uzaytirish imkonini berdi, bu esa Toshkent quyish-mexanika zavodining ressora-prujinali detallarining mexanik va ekspluatatsion xususiyatlari yaxshilangan 60С2ХФA markali po'latga termik ishlov berish texnologiyasiga asos bo'ldi.
ADABIYOTLAR
1. Рахштадт, А. Г. (1982). Пружинные стали и сплавы.
2. Тебенко, Ю. М., & Землянушнова, Н. Ю. (2005). Анализ методов улучшения качества пружин. Оборонный комплекс-научно-техническому прогрессу России, (2), 20-26.
3. Н. К. Турсунов, С. Н. Абсаттаров. Совершенствование технологии термической обработки конструкционной рессорно-пружинной стали с целью повышения механических и эксплуатационных свойств // Проблемы безопасности на транспорте: Материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной году качества; Гомель, БелГУТ. - 2024. - С. 153-155.
4. Salokhiddin, A., Nodirjon, T., Erkin, B., Sadriddin, A., & Kholida, K. (2024).
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
Investigation of the Carbon Potential in a Low-Pressure Environment for Alloy Steels After the Carburizing Process. Universum: технические науки, 5(9 (126)), 5-8.
5. Лахтин, Ю. М., & Арзамасов, Б. Н. (1985). Химико-термическая обработка металлов.
6. Смирнов, М. А., Счастливцев, В. М., & Журавлев, Л. Г. (1999). Основы термической обработки стали: Учебное пособие. Екатеринбург: УрО РАН, 495.
7. Семёнов, М. Ю., Смирнов, А. Е., Фомина, Л. П., & Абсаттаров, С. Н. У. (2024). Определение углеродного потенциала и коэффициента массопереноса углерода при вакуумной цементации сталей. Металловедение и термическая обработка металлов, (1), 8-13.
8. ГОСТ 1497-84. Методы испытаний на растяжение. - М.: Стандартинформ, 2008.
9. Марков, А. М., Габец, А. В., Габец, Д. А., & Гавриков, Д. В. (2016). Пружины рессорного комплекта тележек грузовых вагонов. Актуальные проблемы в машиностроении, (3), 194-198.
10. Malinov, L., Burova, D., & Malysheva, I. (2018). Повышение механических свойств рессорно-пружинных сталей получением многофазной структуры с метастабильным аустенитом. Новг матергали i технологи в металургИ та машинобудуванш, (1).
11. Дубасов, В. М., Могильная, Е. П., & Пономарева, Н. В. (2016). Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства наружных пружин подвижного состава. Ресурсосберегающие технологии производства и обработки давлением материалов в машиностроении, (1), 69-74.
12. Malinov, L. S., Malysheva, I. E., & Malinova, D. V. (2012). Influence of Heat Treatment with Heating in the Intercritical Temperature Range on the Properties of Steels 60С2А and 60С2ХФА. Metallurgical and Mining Industry, 4(1), 27.
13. Феллоуз, Д. (1982). Фрактография и атлас фрактограмм. М.: Металлургия.
14. ГОСТ 14959-2016. Металлопродукция из рессорно-пружинной нелегированной и легированной стали. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2017.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 2-son, 2024 Maxsus son
