CC BY
7Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
УДК 621.78
УСОВЕРШЕНСТВОВАНО ТЕХНОЛОГИЯ НЕСТАНДАРТНЫХ РЕЖИМОВ
ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ
СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
БЕРДИЕВ ДОРОБ МУРТОВИЧ
Завидующий кафедры ОМД, Ташкентский государственный технический университет им.
И.Каримова, г. Ташкент, Узбекистан
КАМИЛОВА ГУЛЧЕХРА МУРАДЖАНОВНА
Асситент кафедры ММ, Ташкентский государственный технический университет им.
И.Каримова, г. Ташкент, Узбекистан
ПУШАНОВ АКБАР НУРАЛИЕВИЧ
Докторант кафедры ОМД, Ташкентский государственный технический университет им.
И.Каримова, г. Ташкент, Узбекистан
Аннотация. Использование нетрадиционных режимов термической обработки увеличивает плотность дислокаций в кристаллическом строении а-фазы и повышает износостойкость углеродистых, малолегированных сталей в различных условиях трения, что сопоставимо с результатами при нагреве до стандартной температуры (Асз + 30^50 °С).
Ключевые слова: износостойкость; термическая обработка; твердость; углеродистые и малолегированные стали; плотность дислокаций.
Стандартные режимы термической обработки (ТО) металлических изделий обеспечивают, как правило, достаточно высокие механические свойства, однако в ряде случаев этого недостаточно. В частности, это касается вязкости металла изделия [1], которая определяет его надежность.
Исследованиями установлено, что все нестандартные режимы ТО стали базируются на фундаментальных закономерностях фазовых превращений [2], суть которых заключается в том, что путем предварительной высокотемпературной ТО достигается высокий уровень дефектности кристаллического строения стали, что в зависимости от завершенности структурных превращений при повторном нагреве позволяет сильнее измельчить зерно [3]. При этом вязкость стали повышается при одновременном повышении прочности. При сохранении высокой плотности дислокаций (ПД) повышается износостойкость [3].
Исследовали образцы сталей 35, 45, 40Х, 65Г, У8 и У12А, в качестве эталонного материала использовали образцы армко-железа. Образцы для ТО испытывали при разных температурах: для каждой стали выбирали начальную температуру из расчета выше критической точки температуры нагрева - Асз (или Ас1) + 30^50 оС, а затем при температурах около 900, 1000, 1100, 1150 и 1200 °С. Образцы охлаждали на воздухе, в воде или масле, а также вместе с печью при её остывании. Таким образом создавали термическую предысторию стали. Повторную фазовую перекристаллизацию всегда проводили с нагревом до точки Ас3 (или Ас1) + + 30^50 °С для каждой стали.
Металлографический анализ выполняли на микроскопе МИМ-8М [4], а рентгеноструктурный анализ - на дифрактометре ДРОН-2.0 [5].
Испытания на износостойкость проводили при трении скольжения по закрепленному абразивному материалу на машине Х4-Б [6], при скольжении металл-по-металлу на машине трения СМЦ-2, при трении качения с проскальзыванием на машине трения МИ-1 [6]. Эти виды трения встречаются практически при движении всех деталей машин и инструментов.
Из работы [7] известно, что с повышением температуры нагрева наблюдается рост аустенитного зерна. Однако во всех случаях имеет место экстремальная температура нагрева - 1100 °С, при которой после охлаждения можно зафиксировать максимальную ПД.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
Изменяется ПД при повышении температуры отпуска. При отпуске выше 200 °С наблюдается общее резкое снижение ПД, но при закалке с экстремальной температурой 1100 °С это снижение намного меньше [7]. Чем выше температура отпуска после закалки стали (от 200 до 600 °С), тем больше разность ПД в образцах, закаленных при экстремальной и принятой для данной стали температурах. Следовательно, дислокации после закалки при экстремальной температуре термически более устойчивы [8].
Плотность дислокаций в кристаллической структуре стали увеличивается при ТО с предварительным нагревом до экстремальных температур. При такой нормализации ПД конструкционных сталей увеличивается в 1,5-2,5 раза (стали 40Х от 150 до 258 %). Однако по абсолютному значению (р, 109 см-2) это на два порядка меньше, чем после закалки [4]. В закаленном состоянии (р, 1014 см-2) эта разница достигает от 28 до 50-60 %. Однако с ростом аустенитного зерна снижаются пластичность и вязкость стали. Вместе с тем после нормализации всегда следует упрочняющая закалка с отпуском. При повторной фазовой перекристаллизации при нагреве под закалку температура составляла Асз (или Aci) + 30-50 °С.
Трение скольжения по закрепленному абразивному материалу - самый жесткий способ испытания [8]. Испытывали образцы сталей с очень малым содержанием остаточного аустенита. Предварительно нормализованные при разных температурах нагрева образцы повторно нагревали до одной температуры Асз (или Aci) + 30-50 °С, проводили закалку и низкий отпуск. Установили, что при предварительной нормализации с температурой 1150 °С сравнительное повышение ПД составило от 20 до 39 %, а износ уменьшился на 10-15 % [9].
При трении скольжения металл-по-металлу исследовали прямую закалку после нагрева стали с разными температурами. Прямую закалку используют, если величина аустенитного зерна не имеет большого значения или при быстром нагреве.
Испытания при трении скольжения роликов из стали 40Х по буксе из серого чугуна со смазыванием выявило уменьшение на 40-68 % износа Q после закалки с экстремальной температурой Тз = 1100 °С по сравнению с закалкой при обычной температуре (Асз + 30-50 °С) (рисунок).
-1*1.
\ A
3" N. [j п
м—
2 ^^
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5
800 900 1000 1100 1200 Тз, °С
Рис. Зависимости износа Q стали 40Х при трении со смазыванием от температуры Тз закалки при температуре отпуска То = 200 (7), 350 (2), 450 (3) и 600 °С (4)
Испытания образцов (роликов) из сталей 45, 40Х и У8 без смазывания при их трении по закаленной буксе показали уменьшение износа после закалки с экстремальной температурой нагрева (при одинаковой твердости) для стали 45 на 41-52 %, для стали 40Х на 50-53 %, для стали У8 на 32-50 %.
Для повышения износостойкости деталей машин и инструментов используют легированные стали и сплавы, эффективность которых проверяется специальными испытаниями на износ. В качестве эталона выбирается какая-либо сталь, износ образца которой принимается за единицу.
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2021 - 5.81
Целью исследований авторов было определение эффективности применения нестандартных технологий ТО. В качестве эталона использовали образец той же стали, термически обработанной по принятым режимам. Как правило, в обоих случаях использовали образцы одинаковой твердости. Даже при таких условиях эффективность нестандартных режимов ТО оказалась значительной. При трении скольжения по закрепленному абразивному материалу (абразивной шкурке) реализуется очень жесткий способ испытания.
Образцы сталей 45, 65Г и У8 проходили предварительную нормализацию при экстремальной температуре нагрева. После повторной фазовой перекристаллизации с температурой Асз (или Ас1) + 30^50 °С, закалки и низкого отпуска износ уменьшался соответственно на 16, 15 и 15 %.
При трении скольжения металл-по-металлу после нестандартных режимов ТО износ уменьшился от 40 до 60 %; при трении качения с проскальзыванием - в пределах 40^50 %.
Таким образом, полученные данные показывают целесообразность применения нестандартных режимов ТО для упрочнения деталей машин и инструментов, а следовательно, для повышения их износостойкости, что позволит исключить использование высоколегированных сталей, снизить расходы на материалы и будет способствовать локализации производства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гребенков С.К., Шацев А.А., Ряпосов И.В. Деформационное упрочнение низкоуглеродистых мартенситных сталей с выраженной структурной наследственностью // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 11. С. 34- 36.
2. Sadovski V.D. Correction of the Course - Grained Structure During Thermal Treatment of Steel // Heat Treatment and technology of surface coatings. Procееdings of the 7th International Congress on Heat treatment of Materials. 1990. V. 1. December 11- 14. P. 10-14.
3. Бердиев Д.М., Юсупов А.А. Нестандартные режимы термической обработки и их влияние на износостойкость стальных изделий // Вестник машиностроения. 2021. №5. С.61-63
4. Батаев В.А., Батаев А.А., Алхимов А.П. Методы структурного анализа материалов и контроля качества деталей. М.: Наука, 2007. 224 с.
5. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: МИСИС, 1994. 328 с.
6. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Изд-во МСХА, 2005. 356 с.
7. Бердиев Д.М., Юсупов А.А. Тошматов Р.К. Увеличение стойкости штампов холодной штамповки методом закалки с промежуточным отпуском // Вестник машиностроения. 2022. №7. С. 61 -63
8. Бердиев Д.М., Юсупов А.А., Абдулаев А.Х., Камилова Г.М. Совершенствование технологии термоциклической обработки для повышения износостойкость зубчатых колес // Литьё и металлургия. 2022. №4. С. 123-127
9. Бердиев Д.М., Файзуллаев С.С. Повышения износостойкости зубчатых колес методом термоциклического обработки // Universum: Техническин наук: научный журнал - № 1(106). 2023. С.15-18
