Введение к работе
Актуальность роботи. В диссертации обобщены результоты теоретических и экспериментальных исследований по создонию сквозной высокой технологичности промышленной технологии изготовления деталей доигателя и трансмиссии автомобиля на базе термической и химико-термической обработки, а такие по разработке и внедоению новых эко-номнолегированных и микролегированных сталей и чугунов.
Настоящая диссертация является обобщением комплекса работ, выполненных лично автором с его творческим участием зо период 1968-1993гг. на Волжсном объединении по производотву леговых автомобилей при организации серийного производотва овтомобилей "Іигули", "Нива", "Ока", "Самара".
Высокие требования к изготовлению автомобиля в условиях супер-массового производотва, повышения его конкурентоспособности но мировом рынке, уменьшение число рекламаций и снижение трудоемкости, металлоемности требуют постоянного совершенствования сплавов из которых изготавливаются базовые дотали автомобиля и их термической и химико-термической обработки, как основной гарантии надежности и долговечности доталей.
Одной из таких проблем являлось наличие рекламаций, относящихся к качеству трущейся пары "кулачковый вал - рычаг привода клапана доигателя". Для ее решения потребовалось создание специально новых технологичесних процессов и материалов, исключающих тонне рекламации. Однако, основной проблеме и решению которой посвящен настоящий доклад, является создоние технологических процессов химико-термической обработки с автоматическим регулированием углеродного потенциале в автоматических линиях, обеспечивающих получение необходимой глубины, твердости и структуры диффузионного слоя на зубчатых передачах и других ответственных деталях автомобиля.
Удовлетворение указанных требований обусловило разработку и создание новых мелкозернистых экономнолегированных и микролегированных сталей, обеспечивающих стабильную величину деформации при химико-термической обработке, улучшение условий резания, а такие улучшение вязкости сталей с целью перехода от технологии резания и пластической деформации. Все это привело также к уменьшению шума в процессе эксплуатации автомобиля.
- ? -
Исключение энергоемкой операции термоулучшения заготовок после кузнечной обработки. Для этого потребовалась разработка микролегированной стали, процесса контролируемой ковки и создание комплексно^ технологии изготовления деталей, исключающей зокалку с высоким отпуском и получение требуемых механических характеристик после кузнечного штампа.
Это уход от хпомоникелевых и среднеуглеродистых сталей "се-лект" при изготовлении крепежных деталей методом холодной высадки. Поэтому возникла необходимость создания серии бористых сталей и технология изготовления болтов класса прочности до JOO0 Н/мм2.
Цель роботы. Теоретическое обобщение, создание и промышленное внедрение технологии теомической и химико-термической оброботки деталей автомобиля с регулированием углеро/ного потенциала атмосферы эндогенераторов и печей, розработка новых экономнолегированных, микролегированных сталей повышение пластичности с улучшенной обрабатываемостью резанием, ^азпоботка процессов контролируемой новки ряда деталей. Одним из ванных аспектов выполненных исследований явилась реализация экологичесни чистой малозатратной технологии изготовления деталей для супермассового производства.
Научноя новизно. Предложено объяснение мехонизмо росто норбо-нитридного слоя r зависимости от пористости при газовом и жидкостном азотировании. Появление пор при газовом азотировании, имеющих характер "сыпи" объясняется наличием окислов, ускоряющих формирование слоя. Показано, что в цианистых ваннах пористость замедляет формирование карбонитридного слоя, что связано с присутствием в ванне свободного углерода п риде гранита, который откладывается на поверхности металла.
Установлен эффект замедления роста зоны внутреннего озотирова-ния в высокопрочном чугуне по сравнению со сталью, что связывается с поглощением включениями гранита диффундирующих атомов углерода и адсорбцией азота на поверхности этих включений.
Установлено, что шелушение карбонитридного слоя в процессе трения возрастает с увеличением в его составе содержания азота и образованием высокоазотной фазы Fe2/V.
Установлено, что наличие оксидных пленок на поверхности рыча-
гов или в приповерхностных облостях карбонитридного слоя, полученных оксидированием в экзогазе предотвращает образование дефекта "глубинное шелушение" и повышает износостойкость в процессе трения; показано, что соми по себе оксиды являясь более мягкими, чем карбо-нитриды, выступают в роли твердой смазни, а будучи более пористыми, являются аккумуляторами смазочного материала, облегчая приработку трущихся пор.
Установлено влияние химического состава и структуры чугуна с вермикулярным графитом но образование пор в процессе оплавления поверхности кулачков неплавящимся электродом, о также на образование сплошного отбеленного слоя. .
Теоретически обоснована и практически реализована необходимость внепечной обработки ферросилицием, феррованадием, ферронио-бием, алюминием, серой и силикокальцием при выплавке легированных сталей АЦІ6ХГ, АЦ20ХГНМ, АЦ20ХГФ, АЦ40ХГНМ, АЦ40ХГФБ, АЦ35ХГФ, АЦ40Х с целью измельчения зерна, улучшения обрабатываемости резанием и стабилизации деформации при закалке.
Теоретически обоснована и практически реализована возможность использования не содержащих никеля и молибдена микролегированной стали АЦ20ХГФ, обеспечивающей высокую степень пластичности, необходимую для изготовления мелкомодульных шестерен коробка перемены передач (КПП), раздаточная коробка (РК), редуктор зоднего моста (P3W) методом пластической деформации.
Разработана серия микролегированных сталей улучшенной обрабатываемости, пригодных для контролируемой.ковки, исключающей необходимость проведения улучшения после ковни.
Исследована серия бористых сталей, использованных взамен ни-нельхромомолибденовых сталей, как материал для крепежных деталей, изготавливаемых методом холодной высадки.
Определены концентрации углерода и азото, обеспечивающие по-, лучение оптимальной структуры нитроцементованного слоя на деталях из сталей І9ХГН и 20ХГНМ, АЦ20ХГФ. Построены кривые зависимости прочности зуба шестерен из стали АЦ20ХГНМ, АЦ20ХГФ от режимов нит-роцементации.
Выполнена оценка влияния оксидной пленки на скорость формирования нитроцементованного слоя. \
Показано, что в газообразном состоянии азот в большей степени повышает активность углерода, чем углерод активность озота. Теоретически показано и практически подтверждено, что озот способствует более значительному науглероживанию при наличии оксидов на поверхности деталей при нитроцементации, а углерод, напротив, вызывает снижение концентрации озота на такой поверхности. Этот эффект связывается с образованием аустенита вследствие растворения азота в нитроцементованном слое при более низкой температуре.
Теоретически и экспериментально подтверждено, что формируемая в процессе выплавки и разливки мелкозернистая макро- и микроструктура металла является основным фактором, обеспечивающим высокую технологичность в процессе изготовления деталей в машиностроительном комплексе, бесшумность и долговечность работы механических узлов.
При исследовании структуры и состава металла были использованы современные минроскопы "Лоливор", рентгеновский микроанализатор "Комебакс", анализатор какроизобраиений "Квантимет-720", спектрометры "АРЛ". Испытания зуба шестерен проводилось по методу "Брюге". Испытония на долговечность проводили на стендах по соответствующей мировым стандартом методике І7.ІІ.ІІ3.93-ВАЗ-ФИАТ.
Практическая ценность. Разработаны и внедрены в массовом производстве но АвтоВАЗе, о тонже других заводах упомянутых ниже:
технология иратковреме.нного низкотемпературного газового азотирования в среде экзогаза и аммиака для деталей из высокопрочного чугуна и легированных сталей.
технология выплавки распределительного вала из чугуна с вермикулярным гранитом и технология оплавления рабочих поверхностей кулачков неплавящимся вольфрамовым электродом с целью получения отбеленного слоя высокой износостойкости.
технология высокотемпературной нитроцементации на автоматических линиях в среде зндогаза с 20% Нг и автоматическим регулированием углеродного потенциоло кислородными датчиками (АвтоВАЗ и КамАЗ).
технология восстановления распределительного вала и рычагов привода клапана с последующим газовым азотированием: (Тольятти завод гаражного оборудования, в гг.Самарканде, Симферополе - САЦ, а также Горно-Оряховице в Болгарии).
столь 20ХГНМ і 80 производства Белорусского металлургического завода с ограничением по верхнему и нижнему пределу содержа-ния алюминия и серы с целью улучшения обрабатываемости и снижения деформаций при закалке.
сталь АЦ20ХГФ с высокой пластичностью хорошей обрабатывав -мостью резанием и минимальными деформациями при заколке.
стали АЦ35ХГФ и АЦ40ХГФБ, применяемые для контролируемой ковки деталей: шатун, растяжки, шлицованый конец и др.
серия бористых сталей типа 20Г2Р, 30ГІР для крепежных дета-лей класса прочности 800-1 ООП Н/ммг.
Выполненные разработки защищены авторскими свидетельствами, патентами на изобретения и проданными за рубеж лицензиями.
Внедрение результатов разработок и продажа лицензий лали экономический эффект более 800 млн.рублей.
Апробация роботы. Основные материалы лоложены и обсуждены на Всесоюзных конференциях по металловелению и термической обработке металлов ( Ереван J968r., Ташкент 1972г., Минск 1974г., Киев 1976г. Минск 1975г., Запорожье 1977г., Саратов 1978г., Тольятти 1979г., 1986г., Вильнюс 198?г, Пенза 1984г., 1990г., 1993г., Телави 1987г., Махачкала 1989г., Новокузнецк 1991г.), на семинарах: "Новые столи и их термическая обпаботко" (Москва, МАДИ 1976г., Т982г.; Самора 1989г., 1991г.; Москва ИМЕТ АН СССР им. Байкова 1991г.) на международном конгрессе по термической обработке (г.Дрезден, 1976г); на ІУ международном конгрессе по термообработке и материалом (г.Чикаго США 1988г); на международном семинаре "Автостали" (Москва ЦНИИчермет 1988г.); на УП международном конгрессе по термической обработке материалов (Москва 1990г); на П международном конгрессе по термической обработке (г.Дуйсбург ФРГ 1993г); на межлуноролном конгрессе по новым материалам "Востон-Зопо/і" (г.Санкт-Петербург 1993г.); на международной конференции "Мотауто 93" (г.София, Болгария 1993г).
Публикации. По материалом выполненных исследований опубликовано 46 печатных работ, получено 10 авторских свидетельств и патентов.
Похожие диссертации на Разработка и освоение новых сплавов, технологии поверхностного упрочнения деталей легковых автомобилей при массовом производстве
