www.mexanik.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние 30 лет выполнено много работ, посвященных различным вопросам цементации и нитроцементации зубчатых колес. В этот период появились и начали распространяться в промышленности новые методы цементации и нитроцементации: при пониженном давлении (вакуумные), в тлеющем разряде, при использовании атмосфер на основе азота и кипящего слоя. Определенные успехи наблюдались в разработке отдельных вопросов технологического обеспечения прочности и долговечности цементованных и нитроцементованных зубчатых колес. Например, установлены природа и причины образования дефектов микроструктуры поверхностных слоев деталей, исследовано влияние на прочность и долговечность колес содержания в насыщающей атмосфере водорода, разработаны новые, программируемые по углеродному потенциалу газовой атмосферы технологические процессы цементации и нитроцементации и т.п.

Однако при этом не был достигнут главный результат — стабилизация прочности и долговечности цементованных и нитроцементованных зубчатых колес на предельном уровне. И в настоящее время одним из характерных недостатков таких зубчатых колес является дисперсия их прочности и долговечности (в частности, продолжительность работы одинаковых автомобильных зубчатых колес отличается в 10 и более раз).

Цель данной книги — обсудить вопросы повышения и стабилизации на предельном уровне прочности и долговечности цементованных и нитроцементованных зубчатых колес путем обеспечения оптимального их структурного состояния, дать рекомендации по достижению предельных эксплуатационных свойств зубчатых колес. Для решения этой проблемы прежде всего нужна комплексность исследования. В связи с этим в книге рассмотрено влияние на эксплуатационные свойства химического состава сталей условий изготовления поковок, их термической и механической обработки, режимов химико-термической обработки зубчатых колес.

При выполнении исследований и обсуждении их результатов были учтены следующие особенности промышленных технологических процессов цементации и нитроцементации: сложность состава насыщающих атмосфер и возможность диффузионного насыщения деталей одновременно углеродом, азотом, кислородом; взаимодействие насыщающих атмосфер с поверхностью деталей при их нагреве до изотермической стадии насыщения; самодиффузия элементов, входящих в состав сталей (например, кремния, хрома, марганца); конфигурация деталей. Закономерности образования микроструктуры и фазового состава поверхностных слоев цементованных и нитроцементованных зубчатых колес были установлены с учетом кинетических особенностей процессов совместного насыщения деталей углеродом, азотом и кислородом, а также диффузионного перемещения таких элементов, как кремний, хром и марганец, находящихся в стали. Они же были заложены в основу развития представлений о процессах внутреннего окисления и образования дефектов микроструктуры слоев деталей, учитывающих последовательность фазовых и структурных превращений, включающих возникновение, рост и трансформацию фаз, их взаимодействие с кислородом насыщающей атмосферы, между собой и с матрицей.

Результаты, полученные при исследовании процессов образования микроструктуры поверхностных слоев, включая и образование дефектов, использовали при разработке новых технологических процессов цементации и нитроцементации, программируемых по углеродному и азотному потенциалам.

При изучении деформации зубчатых колес учитывали, что она зависит не только от механической и окончательной химико-термической обработки (на этих этапах фиксируются отклонения от чертежа), но и в значительной степени от марки стали и колебаний ее химического состава от плавки к плавке; от условий изготовления поковок и их термической обработки; от определенных факторов, действующих на протяжении всего технологического процесса, и их сочетания в связи с особенностями реального производства. Поэтому работы по технологическому обеспечению стабильности, прочности, долговечности и геометрической точности зубчатых колес необходимо выполнять с учетом всех стадий производственного процесса. Сегодня уже явно недостаточно иметь только набор известных материалов (сталей) и эффективных технологических процессов изготовления и упрочнения деталей.

При установлении факторов и связей, влияющих на прочность и долговечность зубчатых колес, наряду с рассмотрением структуры и свойств деталей на конечных этапах их изготовления необходимо выделять во времени различные воздействия (металлургические, термические, механические) на металл, из которого изготавливают детали, т.е. учитывать и использовать технологическую наследственность. Результаты исследований показали, что структура и свойства готовых зубчатых колес, их фазовый состав и напряженное состояние являются следствием кинетики фазовых и структурных превращений на всех стадиях их изготовления, начиная от выбора марки стали и кончая окончательной химико-термической обработкой, т.е. они несут в скрытой форме историю своего происхождения.

Разработка системы конструкторско-технологических показателей оценки качества зубчатых колес, отражающей зависимость их свойств от структурного состояния, составляет основу метода инженерии поверхности.

На основе установленных зависимостей определены значимые показатели упрочнения и новые критерии оценки прочности и долговечности зубчатых колес в зависимости от условий нагружения. Они позволяют уточнить требование к характеру распределения микроструктуры и толщины упрочненного слоя по конфигурации зубчатого венца. Неравномерность толщины упрочненного слоя (меньше во впадине и больше на рабочей поверхности) не следует считать отрицательным явлением, наоборот, к этому следует стремиться.

Показатели свойств поверхностных слоев нужно назначать не только в обоснованной связи между собой, но и с обязательным учетом свойств сердцевины. Разработанные критерии оценки прочности и долговечности цементованных и нитроцементованных зубчатых колес делают это возможным; их использование при химико-термической обработке позволяет согласовать взаимодействие слоя и сердцевины, что облегчает достижение стабилизации высоких значений прочности и долговечности зубчатых колес.

Реализация на основе инженерии поверхности потенциальных возможностей цементации и нитроцементации позволяет решить важную научно-техническую проблему повышения и стабилизации на предельном уровне прочности и долговечности зубчатых колес. От этого во многом зависит эффективное использование техники, прежде всего транспортных и тяговых машин.

В основу книги положены результаты работ, выполненных в Научно-исследовательском институте технологии автомобильной промышленности (НИИТавтопром). На разных этапах этих работ принимали участие многие сотрудники института и специалисты автомобильных заводов (ГАЗа, УралАЗа, ЯМЗа, УАЗа, МАЗа и др.).

Автор благодарит всех, кто участвовал в этой работе и помогал ее продвижению как на стадии исследований, так и на стадии промышленного освоения. Особую благодарность автор выражает канд. техн. наук Б.В. Георгиевской, которая активно участвовала на всех этапах данной работы.

Назад, на страницу описания