Введение к работе
Актуальность. В настоящее время в условиях жесткой конкуренции с иностранными автомобильными производителями, а также вследствие увеличения парка отечественных грузовых автомобилей срок эксплуатации которых превышает период работы, рекомендованной заводом-изготовителем, появились повышенные требования к долговечности узлов агрегата автомобиля, изготавливаемых из новых деталей и возникла необходимость замены отдельных частей агрегатов, вышедших из строя по причине износа.
Изготовление новых изделий и восстановление геометрии изношенных деталей в совокупности с последующей закалкой и управлением структурообразованием на этапе финишной термообработки позволяет упрочнить изделия до первоначальных свойств, а в ряде случаев (с учетом наследования эффекта термомеханического упрочнения) превышающих их уровень.
Таким образом, вновь изготавливаемые и восстановленные изделия будут обладать повышенными эксплуатационными характеристиками (прочность, надежность) по сравнению с новыми изделиями, изготовленными по традиционной технологии, при максимально полном использовании возможностей, которые заложены в конструкционных материалах и технологиях обработки.
Комбинация процессов пластического формообразования и методов воздействия по управлению структурообразованием металла на стадии окончательной закалки при финишной термообработке дает совокупность новых научных результатов и технических решений, позволяющих улучшать служебные свойства изделий.
Восстановление деталей различными методами, в том числе и методом горячей пластической деформации (прошивка, раздача, осадка, обжим и т.д.) не дают требуемого эффекта упрочнения структуры и улучшения механических характеристик. Только при совмещении термической обработки в одной технологической операции с горячей деформацией возможно осуществить целенаправленное воздействие на металл и получить необходимые свойства и структуру.
В настоящий момент не раскрыт технологический аспект придания изделиям максимальных потребительских свойств при сочетании процессов пластического формообразования и завершающей термической обработки, что позволило сформулировать цель данного исследования.
Цель и задачи работы. Выявить закономерности управления структурой деталей при сочетании процессов пластического формообразования и скоростного нагрева со спрейерным охлаждением в синтетической закалочной среде с целью получения высокопрочного состояния изделия.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
- Выбор рациональных технологических параметров процесса пластического формообразования для деталей автомобиля из конструкционных марок сталей;
- Исследование влияния свойств синтетической закалочной среды (оксиэтилированного алкилфенола) на структурообразование при финишной термообработке изделий из конструкционных сталей после пластической деформации;
- Разработка технологии упрочнения деталей при сочетании процессов пластического формобразования и скоростного нагрева со спрейерным охлаждением с учетом наследования термомеханического эффекта упрочнения.
Научная новизна:
1. Установлены и обоснованы зависимости охлаждающей способности закалочной среды на основе водорастворимого полимера, базирующиеся на эндо- и экзоэффектах химических реакций, протекающих с ее компонентами и позволяющие управлять структурообразованием стали в заданном интервале температур.
2. Установлен рациональный состав закалочной среды водного раствора ОЭАФ, обеспечивающий контролируемый теплоотвод в требуемой области температур с поверхности охлаждаемых изделий при скоростной финишной закалке с нагрева ТВЧ для достижения наилучшего комплекса физико-механических характеристик.
3. Установлена наследственность эффекта термомеханического упрочнения после финишной термообработки изделий из улучшаемых и цементуемых сталей с применением скоростного нагрева и спрейерного охлаждения деталей в водном растворе полимера ОЭАФ, обеспечивающая получение заданной микроструктуры с повышенными прочностными и пластическими характеристиками для деталей из конструкционных сталей по сравнению с традиционной технологией обработки.
Практическая значимость:
- Получен патент на легированную конструкционную сталь 12ХН2Р, обладающую повышенными физико-механическими свойствами при использовании эффекта термомеханического упрочнения;
- Предложена закалочная среда водорастворимого полимера ОЭАФ для спрейерной закалки деталей с нагрева ТВЧ;
- Разработана групповая технология упрочнения вновь изготавливаемых и восстанавливаемых деталей из конструкционных сталей, базирующаяся на наследовании термомеханического эффекта в сочетании с финишным скоростным нагревом и спрейерным охлаждением деталей в водном растворе полимера.
Внедрение результатов исследований:
Результаты исследований нашли свое отражение при внедрении в производство легированной конструкционной стали 12ХН2Р в ОАО «КАМАЗ», изготовлении и восстановлении деталей типа шаровой палец для автомобиля КАМАЗ.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы обсуждались на следующих научно-технических конференциях: Международная научно-практическая конференция «International Know-how exchange meeting – Heat treatment» (г. Фридрихсхафен, Германия, 2011); Международная научно-техническая конференция «Образование и наука – производству» (г. Набережные Челны, 2010); Межрегиональная научно-практическая конференция «Камские чтения» (г. Набережные Челны, 2009, 2011).
Личный вклад автора. Автором получен патент на изобретение по теме диссертации. Поставлены цели, выбраны объекты и методы исследований, проведены теоретические и экспериментальные исследования, выполнены, обработаны и проанализированы основные результаты исследований. Также, при непосредственном участии автора, проводилась практическая реализация результатов исследований.
На защиту выносятся:
- Групповая технология упрочнения стальных изделий при сочетании процессов пластического формообразования и финишной термообработки с использованием наследственного эффекта термомеханического упрочнения;
- Рациональные показатели концентрации закалочной среды, позволяющие управлять структурообразованием на этапе финишной термообработки с учетом наследования эффекта термомеханического упрочнения.
Достоверность результатов работы. Достоверность полученных результатов обеспечена применением современных методик и оборудования для исследования, а также сходимостью результатов с результатами других авторов.
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 7 работах, среди которых 1 патент на изобретение и 2 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы из 133 наименований. Она изложена на 127 страницах и содержит 42 рисунка и 15 таблиц.
