Введение к работе
Актуальность работы.
Разрабатываемые и изготавливаемые на предприятиях отрасти машины специального назначения содержат большое число узлов трения, ресурс долговечности которых предопределяется выходом из строя изнашивающихся в условиях трения скольжения, газовой эррозин и ударных нагрузок деталей. Последние в соответствии с существующими технологическими процессами гоготавливаются из среднеуглероднетых хромоникелевых сталей, упрочняемых традиционными способами ісрмической обработки с последующим гальваническим хромированием. В связи с этим перспектива применения методов термодиффузионної о упрочнения является несомненно заслуживающей внимания.
Решение актуальной задачи научного обоснования выбора и
оптимизации процессов термодиффузионных покрытий сдерживается
отсутствием достоверных представлений о взаимообусловленности свойств
поверхностных упрочненных слоев сталей и технологических режимов
обработки. С другой стрроны, получение количественных критериальных соотношений, нормирующих связь структурных н физических характеристик качества покрытий и категорий работоспособности, является также определяющим.
Своевременными для практики материаловедения, в связи с этим,
являются задачи обоснования механизмов повреждаемости покрытий в
условиях трения скольжения, так как их решение позволило бы
сформулировать физические и структурные принципы создания моделей
оптимизации технологий покрытий, прогнозирования и диагностики
упрочненных деталей. !!>го важно в связи с тем, что отсутствуют корректные
феноменологические подходы к поверхностному разрушению и к описанию
кинетики процессов поверхностной повреждаемости. Значительное
количество технологических и структурных факторов, влияющих на
формирование свойств никотрированного слоя при получении
триботсхничсских покрытий на сталях, отсутствие общего структурно-
физического подхода к поверхностной повреждаемости не позволяет решать
многие вопросы работоспособности высокопрочных материалов на
инженерном уровне.
В связи с этим установление структурных закономерностей
образования никотрированных слоев на сложнолегированных
конструкционных сталях и их повреждаемости в различных условиях
эксплуатации, разработка критериальных оценок
повреждаемости покрытий позволят определить направление
совершенствования технологий, обеспечить формирование наилучшего
комплекса технологических и эксплутацнонных свойств покрытий.
Полученные модельные обобщения дадут возможность обосновать
рекомендации по созданию оптимальной технологии никсприроманн* с
учетом условий зксгшуаіаіации различной номенклатуры деталей из микролегированных сталей для специальных технолотческих машин.
Цель работы: Установление закономерностей формирования структуры и свойств поверхностных слоев микролегированных конструкционных сталей, разработка критериев оценки их триботехнической повреждаемости и обоснование рекомендаций по созданию рациональных технологий никотрировання. Автор защищает:
- результаты исследования влияния легирующих элементов
конструкционных сталей на структуру и физические параметры
никотрированного слоя на микролегированных сталях;
энергетическую модель поверхностной повреждаемости
геїсрогсшшх по структуре никотрированных покрытий на
микролегированных сталях и критерий оценки ' их долговечности в условиях изнашивания;
- данные по скорости изнашивания и коэффициенту трения
никотрированных покрытий на микролегированных сталях в связи с их
структурной гетерогенностью, внутренними макронапряжениями и
концентрационными микроискажениями;
-рациональные режимы никотрировання ряда командных деталей из микролегированных сталей высокоскоростных установок и модели прогнозирования их долговечности с учетом условий эксплуатации;
- методологические основы анализа параметров прочности, вязкости и
теплопроводности хром-молибден-ванадисвых конструкционных
микролегированных сталей в связи с характеристиками гетерогенности их структуры.
Научная новизна:
получены и систематизированы результаты по влиянию легирующих элементов (хром, молибден, никель, ванадий) и микролегирующих добавок (ниобий, цирконий) на фазовый состав, структурную гетерогенность, комплекс физических и эксплуатационных свойств поверхностных слоев никотрированных сложнолегированных конструкционных сталей;
предложена физическая модель квазихрупкого разрушения гетерогенных никотрированных покрытий, в рамках которой разработан структурно-энергетический критерий их износостойкости, предназначенный для отлшиэации технологических режимов никотрировання, а также прогнозирования триботехнической долговечности формирующихся покрытой на микролегированных сталях;
- представлены оригинальные данные по скорости изнашивания и
антифрикционной константе для никотрировшшого покрытия и получены
эмпирические зависимости для их расчета на основе характеристик
структуры и параметров напряженного состояния никотрированных
покрытий на микролегированных сталях.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
- разработана методика анализа свойств прочности, вязкости и
теплостойкости исследуемого класса сталей в связи с характеристиками их
структурной гетерогенности, которая может быть рекомендована в качестве
стандартной при решении вопросов рационального легирования
конструкционных теплостойких сталей, а также способов и режимов их
термической обработки;
определены оптимальные режимы .никоірирования
микролегированных сталей с целью создания долговечных триботехнических
покрытий на изнашивающихся деталях высокоскоростных
технологических машин; полученные результаты внедрены при производстве деталей стрелковопушечного вооружения;
- результаты работы внедрены на АК Туламашзавод" путем рационального никотрирования деталей из микролегированной стали типа "труба" изделия 2А42. Получен экономический эффект (за счет повышения их долговечности) в размере 546 тысруб. Методика исследований
Для изучения структуры и свойств триботехнического слоя применяли металлографический, дюромстрический, рентгеноструктурный и электрономикроскопический анализы. Кроме того для изучения скоростей изнашивания и коэффициентов трения использовали метод прямого измерения триботехнических характеристик в процессе трения, а также метод косвенного анализа процессов трения способом акустического излучения.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной
конференции "Пути повышения эффективности использования инструмента"
(Минск, 1983 г.); Республиканском совещании "Современные процессы
поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента" (Пенза, 1985 г.);
Всесоюзной конференции "Решение задач математической физики в
металловедении" (Горький, 1986 г.); Всесоюзных конференциях
"Взаимодействие дефектов кристаллической решетки и свойства металлов и
сплавов" (Тула, 1986-1987 гг.);Всесоюзной конференции "Эффективность
использования металлов и сплавов в машиностроении и металлургии"
(Новокузнецк, 1989 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, получено 2 положительных решения о выдаче авторских свидетельств по заявкам на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключена, приложения и списка цитируемой литературы, включающего 190 наименований. Работа изложена на 239 страницах машинописного текста и содержит 46 рисунков, 33 таблицы.
