Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Поверхностное упрочнение стали путем насыщения азотом и углеродом 7
1.1. Особенности совместного насыщения стали азотом и углеродом 7
1.2. Технологические процессы совместного насыщения стали азотом и углеродом 13
1.3. Низкотемпературное цианирование сталей в жидких средах (жидкое азотирование) 19
1.4. Выводы. Направление исследования 25
Глава 2. Методика экспериментального исследования цианирования конструкционных сталей в соляных ваннах 29
2.1. Выбор сталей для исследования. Технология изготовления и химико-термической обработки образцов 29
2.2. Методика исследования структуры, фазового состава и физико-механических свойств цианированных слоев 32
2.3. Определение износостойкости цианированных слоев 34
2.4. Математическое планирование эксперимента и обработка экспериментальных данных 37
Глава 3. Исследование цианирования сталей в карбамидо-натриевой ванне 42
3.1. Выбор компонентов и оптимизация состава цианирующей ванны 42
3.2. Исследование насыщающей способности карбамидо-натриевой ванны при различных режимах цианирования 64
3.3. Исследование цианирования легированных сталей в карбамидо-натриевой ванне 76
Глава 4. Свойства цианированных слоев конструкционных сталей 93
4.1. Твердость и фазовый состав цианированных слоев 93
4.2. Износостойкость цианированных слоев 104
4.3. Технологические аспекты низкотемпературного цианирования стальных изделий в карбамидо-натриевых ваннах 118
Общие выводы 124
Библиографический список 126
- Технологические процессы совместного насыщения стали азотом и углеродом
- Методика исследования структуры, фазового состава и физико-механических свойств цианированных слоев
- Исследование насыщающей способности карбамидо-натриевой ванны при различных режимах цианирования
- Износостойкость цианированных слоев
Введение к работе
Имеется большая номенклатура деталей от которых требуется, наряду с высокой прочностью и ударной вязкостью, высокая износостойкость. Большинство этих деталей в настоящее время подвергают, при их массовом производстве, нитроцементации, то есть одновременному насыщению в газовой среде углеродом и азотом. При этом нитроцементацию проводят при температурах выше 800С, чаще всего при 840 - 860С. Нитроцементованный слой, образующийся при этих температурах, аналогичен цементованному слою. Желательные механические свойства получаются за счет закалки изделий с температуры нитроцементации, обеспечивающей превращение углеродисто-азотистого аустенита в мартенсит.
В современных машинах имеется большая номенклатура деталей, которые работают в условиях полусухого и сухого трения. Согласно литературным данным [1-6], если нитроцементацию проводить при температурах ниже 700С, на поверхности нитроцементованного слоя образуется зона карбонитридов, обладающая большой стойкостью против задиров и износа. По тем же данным, использование свойств поверхностного карбонитридного слоя до сих пор находится еще в зачаточном состоянии.
В последние годы в машиностроении заметно возрос интерес к использованию низкотемпературных процессов упрочнения стальных изделий, так как они дают значительные технологические и экономические преимущества по сравнению с высокотемпературными процессами (нитроцементацией, цементацией и борированием). Особый интерес представляет использование соляных ванн для насыщения поверхностей деталей азотом и углеродом при температурах 550...580 С, так называемое «мягкое азотирование». За рубежом этот процесс широко используется в
автомобилестроении, судостроении и других отраслях техники под названием Тенифер-процесс (Tenifer-Tufftride) [7-9].
Главная особенность насыщения металла в соляных ваннах -чрезвычайно высокая активность процесса, значительно превышающая таковую в газовых и твердых средах, включая новейшие разработки, такие как ионное азотирование, азотирование в плазме и другие. Преимущество азотирования (цианирования) в соляных ваннах состоит не только в высокой скорости насыщения, но и в высоком эффекте упрочнения, обеспечивающего хорошее сочетание износостойкости, усталостной прочности и достаточной вязкости поверхностных слоев стальных изделий. Кроме того, названный процесс отличается высокой экономичностью, обусловленной небольшой температурой нагрева и короткой выдержкой деталей при их обработке (0,5...Зч), а также использованием относительно простого и недорогого термического оборудования.
Однако, несмотря на многие преимущества, классический Тенифер-процесс, разработанный в 60-х годах прошлого века немецкой фирмой «Degussa», в настоящее время не используется по экологическим соображениям. Дело в том, что «мягкое азотирование» по способу Тенифер производилось в цианистых ваннах (55% NaCN + 35% KCN + 10% №2СОз), отличавшихся очень высокой токсичностью, что вызывало значительные проблемы, связанные с охраной окружающей среды (нейтрализация газов, сточных вод, отходов производства и т.п.) [8].
Эти проблемы заставили искать новые составы соляных ванн, безопасные с точки зрения экологии. При этом обращалось особое внимание на эффективность процессов (не ниже, чем цианистых солях) и на их экономичность, связанную с затратами на оборудование и материалы. В соответствии с новыми требованиями в настоящее время во многих зарубежных фирмах (BMW, Toyota Motors и др.) началось активное
внедрение усовершенствованного Тенифер-процесса, в котором вместо высокотоксичных цианидов используются относительно безвредные цианаты. В отечественной промышленности была сделана ставка на использование ванн на основе карбамида. Последние отличаются исключительной дешевизной, так как карбамид (или мочевина), используемый в массовых количествах в сельском хозяйстве в качестве азотного удобрения, в десятки раз дешевле цианатов, приготовляемых специально для соляных ванн.
Расплав карбамида с углекислыми солями (карбонатами) калия или натрия обеспечивает эффект упрочнения поверхностей стальных деталей не ниже, чем цианатные ванны, однако при его приготовлении возникают значительные технологические трудности. Главная трудность состоит в очень низкой температуре его плавления (133С), в то время как температуры плавления углекислого натрия (854С) и особенно углекислого калия (896С) весьма высоки. Реакция карбамида с углекислыми солями (карбонатами) происходит очень бурно, с выделением большого количества газов и разбрызгиванием расплава. Возникают также трудности при освежении состава ванн путем введения в них дополнительных порций карбамида. В связи с этими и некоторыми другими недостатками процесс массового упрочнения стальных деталей в карбамидо-карбонатных ваннах не нашел пока широкого применения и требует совершенствования [10-12].
Настоящая работа посвящена разработке ванны на основе карбамида для низкотемпературного насыщения конструкционных сталей («мягкого азотирования»), которая будет свободна от названных недостатков и обеспечит упрочняющий эффект не ниже, чем в цианистых солях. Тема работы входит в план научно-исследовательских работ по «Реализации региональных научно-технических программ Центрально-Черноземного района».
Технологические процессы совместного насыщения стали азотом и углеродом
Анализ многочисленной литературы по нитроцементации стальных изделий [44-80] показывает, что особенностью процессов нитроцементации и цианирования является возможность использования широкого диапазона температур для насыщения, в зависимости от требований, предъявляемых к обрабатываемым изделиям. Если на поверхности деталей необходимо получить высокую твердость (HRC 58-63) при глубине слоя 0,2 - 0,8 мм и при требовании обеспечить в заданных пределах твердость сердцевины (HRC 30-43), то рекомендуется нитроцементация (или цианирование) при 840-870С с последующей обычной закалкой в холодном масле; если же деформация должна быть минимальной, то проводят ступенчатую закалку с выдержкой в горячем масле (180 - 200С).
Когда для изделий по условиям их эксплуатации (мелкие шестерни, втулки, шаровые вкладыши, поршневые пальцы) требуется значительно меньшая глубина слоя (0,025 - 0,15 мм), целесообразно применять нитроцементацию или цианирование при низких температурах (540 - 670С) с последующим охлаждением на спокойном воздухе, а также с обдувкой воздухом или газом. Из-за высокого содержания азота на поверхности значительно снижается критическая скорость закалки и даже при охлаждении на воздухе создается реальная возможность получения высокой твердости нитроцементованного слоя и минимальной деформации из-за отсутствия резкого охлаждения после насыщения.
Для совместного насыщения стали азотом и углеродом впромышленности разработаны такие технологические процессы, какнитроцементация, высокотемпературное и среднетемпературноецианирование, а также низкотемпературные процессы насыщения.
Газовая нитроцементация в настоящее время является наиболее широко распространенным, универсальным способом насыщения поверхностных слоев стали углеродом и азотом. В зависимости от температуры и длительности насыщения, а также от состава газовой среды концентрация углерода и азота в нитроцементованном слое и его глубина могут изменяться в широких пределах.
На практике для нитроцементации используется газовая атмосфера, полученная из жидкого углеводорода (керосин, синтин), с добавкой аммиака, либо из смеси природного газа и аммиака, или, наконец, из смеси эндогаза, метана и аммиака. Последняя атмосфера наиболее широко используется в массовом производстве.
Существенным недостатком этого процесса является то, что для нитроцементующей атмосферы нельзя установить точно предписанного состава (как это возможно для газовой цементации). Размер добавок аммиака, при которых образуется диффузионный слой с желательным содержанием азота и углерода, зависит от специфических условий в конкретной печи (интенсивности циркуляции атмосферы, количества газа, проходящего через печь, температуры процесса, размеров поверхности садки и др.). Оптимальное содержание недиссоциированного аммиака в разных печах меняется в широких пределах, что на прямую отражается на стабильности и равномерности результатов нитроцементации.
Осуществление постоянного контроля насыщения азотом и углеродом, требующегося для нитроцементации, а также автоматизация технологического процесса возможны только в условиях массового производства, поэтому газовая нитроцементация получила широкое применение лишь в массовом машиностроении.
В условиях мелкосерийного и индивидуального производства (инструментального, ремонтного и т.п.) газовая нитроцементация осуществляется в специальных печах с герметическими ретортами (типа «Ц»- цементационные), в которые подают нитроцементующую газовую атмосферу, либо капают жидкий цианизатор - триэтаноламин.
Аналогичные результаты, как и при газовой нитроцементации, могут быть получены при использовании для насыщения поверхности стали расплавленных азот - и углеродсодержащих солей. Такая обработка называется жидкостной нитроцементацией или цианированием.
При цианировании для насыщения стали используются ванны, содержащие в качестве активной составляющей цианистый натрий и цианистый калий. Скорость насыщения стали в этих солях при температурах 820...870С (среднетемпературное цианирование) примерно в 1,5 раза выше, чем в газовой атмосфере [64]. В некоторых случаях, для получения диффузионных слоев большой глубины (1,5...2 мм), температура насыщения может быть повышена до 900...950С (высокотемпературное цианирование). При этом диффузионные слои по своему составу соответствуют цементованным и практически не содержат азота.
При использовании жидкостного цианирования достигается значительная свобода в комплектации обрабатываемых изделий различных размеров, форм и с различной глубиной диффузионных слоев (зависит от времени обработки). Кроме того, при жидкостном цианировании возможно местное насыщение изделий при неполном погружении их в ванну.
Главным недостатком этого процесса химико-термической обработки является высокая токсичность цианистых соединений и, связанная с этим, экологическая опасность их использования, а также значительная дороговизна насыщающей среды. Поэтому жидкостное цианирование в настоящее время не применяется в условиях массового и серийного производства и весьма ограниченно применяется в единичном производстве.
После среднетемпературного и высокотемпературного цианирования,также как и после газовой нитроцементации упрочняемые изделияподвергаются закалке и низкому отпуску, которые обеспечиваютповерхностным слоям требуемую твердость, износостойкость и другиесвойства. Необходимость закалки усложняет и удорожает процессупрочнения деталей, но самое главное, при закалке происходит деформациядеталей, что вызывает необходимость их механической обработки (главнымобразом шлифования) для исправления дефектов формы и размеров.Необходимость дополнительной механической обработки
Методика исследования структуры, фазового состава и физико-механических свойств цианированных слоев
Микроструктуру цианированных слоев исследовали при помощи металлографического микроскопа МИМ-8 при различных увеличениях [101]. Металлографические микрошлифы изготавливали следующим образом. Образец зажимали в металлическую струбцину таким образом, чтобы часть образца (примерно 2...3 мм) оставались свободной. Затем стачивали свободный конец и шлифовали торец образца на шлифовальной бумаге, постепенно уменьшая ее зернистость. После обработки на наждачной бумаге образцы полировали алмазной пастой.
Полученные шлифы протравливали различными травителями: стали 20 и 20Х - 5% раствором азотной кислоты в спирте; стали 20X13 и 09X15Н8Ю - царской водкой (соляная кислота - 3 части, азотная кислота - 1 часть) [108]. Протравленные шлифы рассматривали и фотографировали на микроскопе.
Фазовый состав цианированных слоев определяли на рентгеновском дифрактометре общего назначения ДРОН-3 съемкой с металлографических шлифов, приготовленных на плоских образцах, в хромовом и кобальтовом излучении. Обработку дифрактограмм проводили по методике [102,103].
Твердость цианированных слоев определяли на твердомере Роквелла (ТК - 2М) при нагрузке 588Н (шкала «А»), микротвердость - на приборе ПМТ-3 при нагрузках 0,49... 1,96Н.
Остаточные внутренние напряжения в кольцеобразных образцах определяли по следующей методике ( рис. 2.2. ). На боковой поверхности кольцеобразного образца примерно на середине профиля наносили две точки с помощью прибора ПМТ - 3. На инструментальном измерительном микроскопе БИМ измеряли расстояние между точками с точностью где 1р - расстояние между метками после разрезания образца, мм; lh - расстояние между метками до разрезания образца, мм.
Если J0Kp 0, то наружная поверхность растянута, а если аокр 0, то это говорит о том, что в кольцеобразном образце имеются сжимающие напряжения.
При оценке износостойкости, упрочненных цианированием, использовали методику, которая в наибольшей степени воспроизводит условия трения и нагрузки типичные для эксплуатации цианированных деталей машин. В основном детали из углеродистых и низколегированных сталей, подвергаемые цианированию или азотированию работают в условиях недостаточной смазки или без неё, когда на поверхностях тренияпротекает окислительный процесс и образуются окисные плёнки [5]. Эти видоизменённые структуры изолируют трущиеся поверхности и препятствуют схватыванию металла сопрягаемых деталей.
Представляет также интерес абразивная износостойкость деталей, имеющих на поверхности карбонитридные слои, так как во многих случаях, в условиях реальной эксплуатации таких деталей, в зону трения попадают твёрдые частицы из внешней среды в результате недостаточно эффективной изоляции узлов трения, либо в качестве абразивных частиц могут выступать продукты износа - окисленные фрагменты разрушенных при трении поверхностных слоев контактирующих тел, которые имеют весьма высокую твёрдость.
Износостойкость цианированных образцов сталей 20, 20Х, 20X13 и 09X15Н8Ю исследовали на машине трения СМЦ-2, которая позволяет воспроизвести условия работы деталей, приведённые выше. Испытания производили с подачей в зону трения смазки без абразива и смазки, загрязненной абразивными частицами; проводили испытания при сухом трении, а также определяли стойкость нитроцементованных образцов против схватывания и задира. Подробно методика проведения этих испытаний описана в соответствующем разделе.
Для проведения испытаний использовались две схемы настройки машины : «ролик-колодка» и «ролик-ролик» (см. рис. 2.3). Первая схема позволяет реализовать механизм трения скольжения, вторая - трения качения с проскальзыванием и, таким образом, воспроизвести практически все возможные механизмы изнашивания реальных деталей.
Частота вращения ролика (образца), установленного на основном шпинделе, машины составляла 1000 об/мин. При испытании по схеме «ролик-ролик» частота вращения второго ролика (контртела), установленного на подвижном шпинделе, составляла 900 об/мин, обеспечивая проскальзывание 10%.
Износ образца при испытаниях определяли весовым методом, взвешивая его до и после испытаний на лабораторных весах ВЛА-200 с точностью 0,0001г. Заедание при трении определяли визуально по полосам задира, возникающим на шлифованной поверхности образца.Ударную вязкость цианированных слоев определяли на образцах малого сечения (2x2 мм) с односторонним креплением (метод Изода) на специально изготовленном копре с пониженной энергией удара.
Математическое планирование эксперимента использовали для уменьшения количества опытов в экспериментальных исследованиях. Назначение матриц, планирования, подсчет коэффициентов в уравнениях регрессии, а также расчеты связанные с графической интерпретацией полученных уравнений, производили по методике [105,106] с использованием компьютера.
В работе использовали двухфакторное рототабельное планирование второго порядка. Математическое планирование эксперимента, заключалось в назначении факторов и критериев оптимизации, определении условий варьирования факторов и составлении матрицы планирования и рабочей матрицы. В рабочей матрице выполняли опыты и определяли критерии оптимизации, по которые рассчитывали коэффициенты уравнений регрессии (математических моделей). Далее проводили проверку адекватности уравнения регрессии. По полученному уравнению, без учета незначимых членов, подсчитывались значения критерия оптимизации (у) для всех опытов (20 значений) и проводилась проверка совпадения экспериментальных и расчетных данных: если разница между ними небольшая уравнение считается адекватным, т.е. оно правильно отражает исследуемый процесс, если большая - уравнение регрессии неадекватно и пользоваться им нельзя.Проверка адекватности производилась по критерию Фишера. Расчетный: критерий Фишера равенОбработка результатов экспериментов, выполнявшихся без применения математического планирования, проводилась согласно методике, изложенной в работе [106].
Назначение количества объектов для исследования в одном опыте производили, используя теорему Чебышева-Ляпунова:где N- количество объектов исследования (число наблюдений); ti - критерий надежности Стьюдента; А - коэффициент вариации; А - степень точности измерения.
Обработку результатов экспериментов производили следующим образом: после проведения серии опытов, количество которых определялось выражением (2.19) подсчитывали среднюю квадратическую погрешность и по заданной доверительно вероятности (принимали L = 0,95) находили погрешность результата. Если величина этой погрешности превышала величину погрешности измерительного прибора, так опыты (измерения) продолжались до тех пор, пока величина первой погрешности становилась меньше второй. Таким образом, точность результатов опытов определялась возможностями используемых измерительных приборов.
Расчеты, связанные со статистической обработкой результатов экспериментов выполняли в следующем порядке.1 .Вычисляли среднее значение измеряемой величины из N измерений
Исследование насыщающей способности карбамидо-натриевой ванны при различных режимах цианирования
Для изучения влияния температуры и длительности цианирования на интенсивность насыщения стали азотом и углеродом проводили эксперимент на углеродистой стали 20. Температуру изменяли от 480С, при которой карбамидо-натриевая ванна еще сохраняет достаточную жидкотекучесть, до 620С, при которой начинается интенсивное выкипание ванны (выделяются пузырьки газа из расплава). Длительность насыщения изменяли от 0,5ч до 6ч. После насыщения при выбранном режиме образцы охлаждали в воде. Затем на цианированных образцах приготовляли микрошлифы, на которых при помощи микроскопа МИМ-8 с окуляр-микрометром измеряли глубину насыщения.
Для сокращения количества опытов и получения математических зависимостей, определяющих закономерности исследуемого процесса, эксперимент проводили с использованием двухфакторного рототабельного планирования эксперимента. В качестве факторов при математическом планировании принимали температуру цианирования (xi) и длительность цианирования (х2). В качестве критериев оптимизации были приняты главные характеристики диффузионного слоя:у - общая глубина диффузионного слоя (до начала появления в его структуре ферритных зерен), мм;yCN - глубина зоны карбонитридов (нетравящейся белой полосы) на поверхности диффузионного слоя, мм.
Условия варьирования факторов представлены в таблице 3.4, матрица планирования эксперимента и рабочая матрица - в таблице 3.5. Обработку результатов эксперимента проводили по методике, приведенной в разделе 2.4 с использованием ПЭВМ.
После обработки результатов эксперимента получены два адекватных Анализируя полученные уравнения можно сделать вывод, что на глубину диффузионного слоя и на глубину карбонитридной зоны в этом слое значительное влияние оказывают оба фактора, т.е. температура цианирования и длительность цианирования. Графическая интерпретация уравнений регрессии представлена на рисунках 3.10-3.13.
Как видно из представленных материалов, температура цианирования действует на глубину диффузионного слоя почти прямо пропорционально, особенно при небольших длительностях процесса. При увеличении длительности процесса кривые, иллюстрирующие зависимости глубины цианирования от температуры заметно отклоняются от прямой пропорциональности в сторону уменьшения (рис. 3.10). Что касается влияния температуры цианирования на глубину карбонитридной зоны, то это влияние более сложное (рис. 3.11). Во-первых, надо отметить, что при температуре менее 500С карбонитридная зона в диффузионных слоях стали 20 не образуется вообще - слой представлен темной структурой азотистого твердого раствора с немногочисленными светлыми включениями карбонитридов (рис. 3.12). Сплошная корка карбонитридов начинает образовываться при температуре цианирования выше 500С (рис. 3.13). Эта первоначальная корка не имеет плотного строения, а состоит из большого количества мелких, близко расположенных изолированных частиц карбонитридов.зон в диффузионных слоях углеродистой стали 20 увеличивается, причем интенсивность этого увеличения значительно возрастает при температурах выше 600С (возрастает крутизна кривых на рис. 3.11). При температуре «мягкого азотирования», т.е. при 560С, карбонитридный слой имеет вид плотной, достаточно толстой нетравящейся полосы, которая плавно переходит в структуру азотистого феррита, имеющей темную окраску (рис. 3.14).
Наконец, структура, получаемая при температуре выше критической для азотистого твердого раствора, т.е. выше 590С, при которой происходит а— 7 переход, представлена двойной зоной карбонитридов - на самой поверхности относительно тонкая полоска карбонитрида цементитного типа, под ней более широкая полоса карбонитрида, изоморфного є - фазе. Под светлой зоной карбонитридов располагается, как и у всех других образцов, темная зона азотистого твердого раствора (рис. 3.15).
Кинетика насыщения углеродистой стали при ее цианировании в карбамидо-натриевой ванне представлена на рисунках 3.16 и 3.17. Общая глубина цианированного слоя в начале процесса насыщения растет весьма интенсивно, но по прошествии некоторого времени (около 3-х часов) рост диффузионного слоя заметно уменьшается (рис. 3.16). Это происходит, по видимому, из-за образования на поверхности стали достаточно толстой корки карбонитридов, диффузия азота и углерода из цианирующей среды через которую затруднена.
Такая же закономерность наблюдается и при изучении роста толщины самой карбонитридной корки (рис. 3.17), хотя ход кривых зависимостей толщины зоны карбонитридов от времени цианирования при всех исследованных температурах больше приближается к прямой пропорциональности.Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что
Износостойкость цианированных слоев
Важной характеристикой, определяющей долговечность деталей в условиях эксплуатации, является их износостойкость. При оценке износостойкости слоев, упрочненных низкотемпературным цианированием, были приняты методики испытания, которые в наибольшей степени воспроизводили условия трения и нагрузки, типичные для эксплуатации подавляющего числа деталей машин, упрочняемых цианированием. В основном детали из углеродистых и низколегированных сталей, подвергаемые азотированию или цианированию (низкотемпературной нитроцементации), работают в условиях недостаточной смазки или вовсе без мазки, когда на поверхностях трения протекают окислительные процессы и образуются окисные пленки. Эти видоизмененные структуры изолируют трущиеся поверхности и препятствуют схватыванию металла сопрягаемых деталей. Во многих случаях, в условиях реальной эксплуатации цианированных деталей, в зону трения между деталями попадают твердые абразивные частицы. Это происходит в результате недостаточно эффективной изоляции узлов трения от внешней среды, содержащей абразивные частицы (пыль, почва и т.п.). В качестве абразивных частиц могут также выступать продукты износа трущихся поверхностей -окисленные и наклепанные фрагменты разрушенных при трении поверхностных слоев металла, имеющие достаточно высокую твердость. Поэтому представляет интерес исследование абразивной износостойкости карбонитридных слоев.
Износостойкость цианированных слоев сталей 20 и 20Х исследовали на машине трения СМЦ-2 при истирании по двум схемам: «ролик-колодка» и «ролик-ролик» (см. раздел 2.3). В первом случае реализовался механизм трения скольжения, во втором - трения качения с проскальзыванием. При испытании стальных образцов в условиях сухого трения скольжения возник вопрос о величине удельных нагрузок на контактируемые поверхности, которые обеспечивали бы свободное относительное перемещение образца и контртела (без заедания) и в то же время давали бы достаточно интенсивное изнашивание поверхности образца, которое можно было бы определить с приемлемой точностью за относительно небольшое время испытаний. Для установления закономерностей влияния удельной нагрузки на изнашивание трущихся поверхностей, ролики из стали 20Х, цианированные при температурах 520 и 560С испытывали при сухом трении скольжения, изменяя давление от 0,05 до 5,0 МПа. Длительность одного цикла изнашивания составляла 100 тысяч циклов (оборотов образца), результаты эксперимента представлены на рис. 4.7. Как видно из рис. 4.7-а, в зоне малых удельных нагрузок интенсивность изнашивания с повышением давления несколько повышается. При повышении удельных нагрузок более 0,15 МПа во всех случаях наблюдается снижение интенсивности изнашивания, которое имеет место до нагрузок 0,35-0,40 МПа. При дальнейшем повышении давления интенсивность изнашивания устанавливается на постоянном относительно низком уровне. Обнаруженное снижение износа цианированной поверхности с повышением удельных нагрузок в интервале 0,05-0,15 МПа можно объяснить самонаклепом поверхности трения, когда в рассматриваемом интервале давлений сохраняется еще запас пластичности металла.
Скорость изнашивания в этих условиях определяется восприимчивостью изнашивания структур к наклепу. При большой восприимчивости к наклепу поверхностные слои металла быстро теряют пластичность (при невысокой нагрузке), в них быстро достигается предельное упрочнение и износ уменьшается.
В области высоких давлений (см. рис. 4.7-6) повышение нагрузки не вызывает упрочнения уже наклепанного слоя. Под действием сил трения в поверхностных слоях металла происходят усталостные явления, которые вызывают трещины в поверхностном слое и отделение его фрагментов от основного металла. В этих условиях зависимость износа от удельных нагрузок на поверхности трения носит почти прямо пропорциональный характер.
Качественное сходство с зависимостями, полученными при испытании стали 20Х, имеют процессы изнашивания цианированных слоев стали 20. При этом износостойкость цианированной стали 20 в среднем несколько ниже износостойкости стали 20Х, хотя результаты отдельных опытов как по одной, так и по другой стали имеют весьма большой разброс.
На рис. 4.8 приведена зависимость износостойкости цианированных слоев исследуемых сталей, которая получена совмещением влияния температуры цианирования на износостойкость и поверхностное содержание углерода с азотом каждого образца. Как видно из рисунка, несмотря на значительный разброс экспериментальных точек, закономерность влияния суммарного содержания углерода и азота в цианированном слое на его износ при сухом трении скольжения прослеживается достаточно четко.
При низком содержании азота и углерода в поверхностном слое интенсивность изнашивания металла очень велика. По-видимому, при этих условиях ( 0,5% C+N) происходит не окислительное изнашивание металла, а
