автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структурообразование и оптимизация технологических режимов никотрирования поверхностных слоев трущихся деталей автомобилей

На правахрукописи —у—^

Иванькин Илья Сергеевич СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НИКОТРИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТРУЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула2004

Работа выполнена на кафедрах «Автомобили и автомобильное хозяйство» и «Физика металлов и материаловедение» Тульского государственного университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Фролов Николай Николаевич

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Власов Виктор Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Тарасенко Людмила Васильевна

кандидат технических наук, доцент Жарков Вячеслав Михайлович

Ведущая организация: АК «Туламашзавод» им. В.М. Рябикова

Защита состоится « 8 » года В 14.00 часов^ на заседании дис-

сертационного совета Д 212.271.03 при Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, проспект Ленина, 92, корпус 9, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан |«_§_» мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доц.

И.В. Тихонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение триботехнической долговечности трущихся деталей является одной из важнейших задач современного машиностроения. В связи с быстрым развитием в последние годы такой его отрасли как автомобилестроение, и в частности автомобильного двигателестроения, из-за связанного с этим ужесточения режимов эксплуатации по скоростным и силовым условиям целого ряда ответственных деталей трущихся сопряжений, возникает острая необходимость разработки и анализа новых способов поверхностного упрочнения. В связи с этим проблема улучшения триботехнической долговечности трущихся деталей двигателей автомобилей за счет внедрения новых способов поверхностной обработки является актуальной.

Для повышения износостойкости и антифрикционности конструкционных сталей в последнее время находят применение низкотемпературные способы химико-термической обработки (НХТО) на основе процесса азотирования. Работа, проведенная ведущими отечественными и зарубежными научными школами в направлении повышения долговечности элементов узлов трения машин, доказала перспективность применения такого низкотемпературного химико-термического способа как никотрирование (газовое насыщение в атмосфере аммиака и эндогаза).

Оценка ресурса никотрированных покрытий на сталях должна базироваться на знании исходной структуры и технологических свойств карбонитрид-ного поверхностного слоя, а также закономерностей их изменения в процессе эксплуатации в различных условиях. Исходя из этого, установление закономерностей структурообразования карбонитридных слоев при никотрировании улучшаемых конструкционных сталей и их повреждаемости в режиме трения скольжения, а также разработка критериальных оценок износостойкости позволит определить направления совершенствования технологии никотрирования и обеспечить наилучший комплекс технологических и эксплуатационных свойств поверхностных слоев. Полученные модельные обобщения дадут возможность обосновать рекомендации по созданию оптимальной технологии никотрирова-ния с учетом реальных условий эксплуатации трущихся деталей автомобилей, изготавливаемых из улучшаемых конструкционных сталей.

Работа выполнена по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ «Энергосберегающие технологии, экология и рациональное природопользование, производственные технологии» и была поддержана грантом РФФИ 01.200.307137 «Разработка и исследование технологий функциональных триботехнических покрытий для узлов трения транспортных средств и экологически чистого оборудования для их реализации».

Научным консультантом также являлся доктор технических наук, профессор С. А. Головин.

Цель работы: повышение триботехнической долговечности трущихся деталей двигателей путем низкотемпературной химико-термической обработки на основе изучения закономерностей структурообразования поверхностных слоев сталей при иикотрироваиии и оптимизации технвжм ичсскмл ея1Д| их получения. НАЦИОНАЛЬНАЯ

БИБЛИОТЕКА СПстсрО; ОЭ МО

Достоверность полученных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием современных методов структурного и физического анализа, принятыми стандартными методиками обработки данных, а также соответствием лабораторных данных и результатов опытно-промышленных испытаний.

Научная новизна работы;

1. Установлена связь степени диссоциации аммиака (в атмосферах с соотношением аммиак/эндогаз от 30/70 до 70/30 и температурах насыщения 560700 °С) с азотным потенциалом и содержанием азота в е-фазе карбонитридного слоя, а также коррозионными свойствами никотрированного покрытия на улучшаемых конструкционных сталях, подвергнутых предварительной обработке в виде стабилизирующего отжига и окисления.

2. Определено влияние режимов никотрирования: температуры (от 560 до 700 °С), времени процесса насыщения (от 2 до 12 часов) и соотношения газовой смеси аммиак/эндогаз (от 30/70 до 70/30) при заданных уровнях азотного потенциала 8 % на структуру и фазовый состав поверхностных слоев улучшаемых конструкционных сталей с предварительным отжигом и окислением.

3. На основе изучения распределения концентрационных микронапряжений в пористом карбонитридном слое, а также макронапряжений в никотри-рованном покрытии разработана структурная модель, позволяющая определять характеристики макро- и микронапряжений, а также прочность в зависимости от структуры поверхностного слоя и технологических параметров никотриро-вания.

4. Получен и обоснован структурный критерий износостойкости карбо-нитридных слоев никотрированных сталей, с учетом которого определены зависимости скорости изнашивания от структурных, физических и геометрических характеристик соответствующих покрытий, а также условий трения скольжения.

Практическая ценность работы;

1. Определено оптимальное значение уровня азотного потенциала 8 % в никотрирующей газовой смеси и установлен рациональный температурный диапазон 300-400 °С проведения финишного отпуска, что необходимо для получения высокой коррозионной стойкости никотрированных покрытий в водном растворе ^О.

2. На основании проведенных кинетических исследований и установленных закономерностей структурообразования разработан рациональный технологический режим никотрирования улучшаемых конструкционных сталей, подвергнутых предварительному стабилизирующему отжигу и окислению: температура 580-600 °С, продолжительность насыщения - 6-8 часов, содержание аммиака в насыщающей смеси «аммиак - эндогаз» - 50-70 %.

3. Разработана и изготовлена система автоматического регулирования соотношения газов и концентрации азота в никотрирующей атмосфере, что позволило повысить точность регулирования азотного потенциала в насыщающей газовой смеси в сравнении с широко использующимся ручным управлением.

4. Установлены зависимости скорости изнашивания и коэффициента трения от структурно-физических параметров никотрированного покрытия и

конкретных условий его работы для улучшаемых конструкционных сталей, позволяющие прогнозировать ресурс и обосновывать рекомендации по созданию оптимальной технологии никотрирования с учетом реальных условий эксплуатации трущихся деталей автомобилей.

5. В результате опытно-промышленных испытаний никотрированных поршневых колец пары «гильза цилиндра - поршневое кольцо» двигателя грузового мотороллера установлено, что никотрирование данных деталей уменьшает их износ минимум в 1,8 раза и увеличивает мощность двигателя до 4 % в сравнении со штатными хромированными поршневыми кольцами.

На защиту выносятся:

1. Кинетические закономерности формирования структуры и свойств карбонитридных слоев улучшаемых конструкционных сталей перлитного класса 40, 40Х, 38ХНЗ и 30ХН2МФА при различных режимах никотрирования и параметрах отпуска.

2. Созданная система автоматического регулирования соотношения газов и концентрации азота в никотрирующих газовых смесях.

3. Разработанные структурные модели и критерий оценки параметров микро- и макронапряжений карбонитридного слоя, а также его долговечности в условиях трения скольжения.

4. Зависимости скорости изнашивания и коэффициента трения от пористости карбонитридного слоя в условиях ресурсного смазывания.

5. Режимы никотрирования сталей (температура, время обработки, состав среды по соотношению компонентов и азотному потенциалу), обеспечивающие получение триботехнически предпочтительных структур.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: II и III Международных дистанционных научно-технических конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (г. Орел, 2001 и 2002 гг); X Международной конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах» (г. Тула, 2001); XXXIV и XXXV научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2003 и 2004 гг).

Публикации. По тематике диссертации опубликовано 11 работ в виде 8 статей и 3 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 122 наименований и приложения. Работа содержит 211 страниц машинописного текста, 75 рисунков и 31 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована важность и актуальность работы и сформулирована цель исследования.

В первой главе проведен обзор работ, посвященных проблемам повышения долговечности стальных деталей автомобилей. В связи с быстрым развитием в последние годы двигателестроения данный вопрос приобретает большое

значение именно для упрочнения трущихся поверхностей деталей узлов и агрегатов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автотранспортной техники. В результате анализа литературных источников выяснены механизмы трения и смазывания в цилиндропоршневой группе, являющейся главным источником потерь на трение системой в ДВС и, соответственно, наиболее уязвимой в трибо-логическом отношении. Подробно рассмотрены также основные причины выхода из строя важнейшего узла «гильза цилиндра - поршневое кольцо» данной системы и установлено, что ведущими факторами, приводящими к преждевременному изнашиванию являются: адгезионное взаимодействие (микросхватывание в отсутствие разделяющих пассивирующих пленок) с различной интенсивностью разрушения, усталостная повреждаемость и микрорезание, чему также способствуют нестационарные тепловые, силовые и скоростные режимы трения, масляное голодание, воздействие абразивной и газовых сред.

Рассмотрены основные направления повышения ресурса и совершенствования триботехнически наиболее проблемных деталей двигателей внутреннего сгорания. Помимо конструктивного и других технологических методов совершенствования ухчов трения с позиций улучшения характеристик надежности и долговечности в автомобильной промышленности важное место занимают технологии поверхностного упрочнения деталей. В качестве технологий поверхностного упрочнения ряда ответственных деталей автотранспортной техники наиболее часто применяют гальванические (традиционные), химические, термические и химико-термические технологии. Наиболее перспективными представляются способы низкотемпературной химико-термической обработки на основе совместного насыщения азотом и углеродом. Данные технологии позволяют получать на поверхности деталей карбонитридные слои, обладающие хорошими антифрикционными и износостойкими свойствами на истирание при работе узла в неблагоприятных условиях изнашивания при «полусухом» и «сухом» трении.

Изучением и разработкой низкотемпературных способов комплесного насыщения сталей азотом и углеродом в нашей стране и за рубежом занимались ученые - представители ведущих научных школ - Ю.М. Лахтин, Б.А. Арзама-сов, В.М. Зинченко, А.К. Тихонов, ВЛ. Сыропятов, С.А. Герасимов, В.М. Власов, Г. Валь, Т. Белл, Г.-И. Шпис, Е. Дж. Миттемейер, Я. Зыськ и др.

Как показал анализ современных способов НХТО в отечественной и зарубежной практике, одним из наиболее простых, экологически чистых и технологичных способов является никотрирование — низкотемпературное насыщение в газовых средах на основе аммиака и эндогаза, хорошо зарекомендовавшее себя в машиностроении высокими характеристиками надежности получаемых покрытий. Во многих работах отмечается, что этот процесс повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, задиростойкость, увеличивает сопротивление усталости и коррозии сталей, а также благоприятно влияет на распределение поля внутренних напряжений. Важную роль в достижении высоких результатов по долговечности карбонитридных слоев играют рациональные технологии предварительной обработки и окончательной доработки.

Широко применяющийся регулируемый процесс комплексного насыщения за счет изменения азотного потенциала атмосферы путем разбавления ам-

миака диссоциированным аммиаком и добавлением углеродсодержащих газов технологически наиболее прост, так как не требует дополнительных газовых систем. Однако в настоящее время азотный потенциал автоматически не регулируется, а управление им проводят путем ручного регулирования. Данная система регулирования азотного потенциала малоэффективна в связи с большим временным запаздыванием, свойственным ее организации (необходимо одновременно осуществлять контроль, определяя содержание азота в слое после обработки, и управление расходом аммиака) и в итоге приводит к нестабильному результату.

Проведенный анализ литературы показал, что геометрические структурные характеристики формирующихся ни кодированных покрытий определяются не только температурно-временными режимами насыщения, но в первую очередь - составом насыщающих газовых сред. К настоящему моменту недостаточно изучены вопросы по влиянию азотного потенциала и степени диссоциации аммиака на структуру и физические свойства карбонитридных слоев. Весьма слабо изучена взаимосвязь макро- и микронапряжений в никотрирован-ных покрытиях с триботехническими характеристиками износостойкости и ан-тифрикционности карбонитридных слоев.

С учетом вышеизложенного в исследовании поставлены следующие задачи:

- обосновать марки конструкционных сталей для деталей двигателей автомобилей и режимы НХТО (никотрирования);

- разработать систему регулирования состава насыщающих атмосфер для НХТО на основе аммиака и эндогаза;

- установить кинетику формирования никотрированного слоя при различных составах насыщающих атмосфер и температурно-временных режимах;

- смоделировать напряженное состояние в карбонитридном слое, рассчитать микро- и макронапряжения;

- структурно оптимизировать режимы насыщения, разработать структурные модели и критерии оптимизации;

- изучить триботехнические свойства структурно предпочтительных никотрированных слоев и спрогнозировать долговечность деталей автомобилей.

Во второй главе рассматриваются основные материалы, режимы применяемой низкотемпературной химико-термической обработки и методика проведения исследований, а также устройство и работа разработанной системы для точного регулирования соотношения газов и концентрации азота в никот-рирующей атмосфере.

Показаны технологические проблемы использования конструкционных сталей в автомобильной отрасли для различных деталей и обоснован выбор для дальнейших исследований четырех марок улучшаемых качественных конструкционных сталей перлитного класса (40, 40Х, 38ХНЗ, 30ХН2МФА), различающихся степенью легированности и содержащих в среднем ~0,4 % углерода. Учитывая фактор применения сталей для изготовления деталей автомобилей, они имели отличия в предварительной подготовке - подвергались стабилизирующему отжигу при 550-600 °С в течение 3-5 часов с последующим медлен-

ным охлаждением в печи перед финишным шлифованием и окислению при температуре 580 °С в течение 10 минут перед никотрированием для интенсификации процесса НХТО. Здесь указаны также используемые режимы никот-рирования, различающиеся составом насыщающей среды (фактор R), температурой насыщения (фактор Т), а также временем насыщения (фактор т). По составу насыщающей среды в работе применялись режимы с процентным соотношением газовых компонентов 30/70, 50/50 и 70/30 (аммиак/эндогаз), обеспечивающие получение развитой карбонитридной зоны, что оправдано с позиций антифрикционности, износостойкости и хорошей прирабатываемости никотри-рованных покрытий. По температурному фактору химико-термическая обработка проводилась в широком диапазоне значений температур - от 560 до 700 °С, среди которых предпочтение отдавалось все же рациональному с точки зрения низкотемпературной обработки диапазону значений 560-580 °С. Более высокие температуры представляли исследовательский интерес с позиций получения необходимых свойств покрытий. Значения времени насыщения соответствуют наиболее широко применяемым для получения оптимальной структуры и свойств никотрированных слоев на конструкционных сталях и составляли 2,4,6, 8 и 12 часов выдержки при заданной температуре процесса.

Для точного управления химическим составом никотрированных слоев была разработана система автоматического регулирования, в основу которой положено изменение азотного потенциала насыщающей среды за счет автоматического изменения состава используемой газовой смеси. Работа двухконтур-ной системы автоматического регулирования соотношения газов основана на изменении расхода азотсодержащего газа в зависимости от расхода аммиака (N4}). В этой системе контур регулирования расхода аммиака является ведущим, а контур расхода эндогаза, подаваемого в емкость для азотирования, - ведомым (следящим). Ведущий контур обеспечивает изменение и поддержание регулируемого параметра (аммиака) в соответствии с сигналом задания, поступающим с задающего устройства.

Изучение структуры никотрированных слоев включает в себя следующие исследования: анализ микротвердости, оценку фазового состава и пористости карбонитридного слоя, оценку напряженного состояния, а также электронно-микроскопический метод исследования тонкой структуры никотрированных слоев. Измерение микротвердости никотрированных слоев проводили на поперечных шлифах от поверхности покрытия (исполняли ортогональный укол) по толщине карбонитридного слоя и глубине диффузионных зон. Для этих целей использовался прибор ПМТ-3 с нагрузкой 0,98 Н. Исследование структуры карбонитридных слоев и диффузионных зон проводили на ортогональных и косых шлифах, приготавливаемых согласно стандартной методике при помощи металлографических микроскопов МИМ-7, МИМ-8 и Neophot. Для получения характеристик пористости карбонитридных слоев применяли метод количественной металлографии с использованием автоматического структурного анализатора Epiquant Макро- и микронапряжения в никотрированных образцах измеряли при помощи дифрактомера ДРОН-2.0. Анализ субструктурного состояния поверхностных слоев сталей перед никотрированием проводили на элек-

тронном микроскопе УМВ-100В при ускоряющем напряжении 100 кВ трансмиссионным способом.

Антифрикционные и износостойкие свойства карбонитридных слоев исследуемых никотрированных сталей изучали на специальной машине трения, содержащей качающуюся головку с закрепленной в ней образцом типа «штифт». В машине реализуется схема трения «штифт-диск». Испытания проводили в условиях «невыраженного» граничного трения, когда смазочный материал вводили на контакт путем его закапывания через определенные промежутки времени. Измерение коэффициентов трения /тр и скорости линейного изнашивания X проводили при пяти фиксированных контактных нагрузках а, (1, 2,3,5 и 7 МПа) и четырех скоростях скольжения 3с1( (1,2,3 и 4 м/с).

В третьей главе изучена кинетика и установлены закономерности структурообразования карбонитридных слоев исследуемых никотрированных конструкционных сталей.

Фазообразование на поверхности а-фазы, помимо большого количества факторов, в значительной степени зависит от состава насыщающих газовых компонентов. Равновесие реакций образования е- И у'-фазы, определяющих основные эксплуатационные свойства покрытия, возможно регулировать степенью диссоциации аммиака во время процесса никотрирования. Однако фактор степени диссоциации аммиака не показывает точно состав насыщающей атмосферы по компонентам и, в частности, по реальному азотному потенциалу Хц. Исходя из того, что потенциал напрямую отражает содержание азота в 8-фазе, связь между ним и диссоциацией а была установлена экспериментальным путем (рисунок 1) при помощи разработанного потенциометра.

Рисунок 1 — Зависимости концентрации азота в е-фазе Сц от азотного потенциала атмосферы гг„ при температурах насыщения: 1) - 580 °С; 2) - 600 °С; 3) - 650 °С; 4) - 700 °С сталей 30ХН2МФА (а) и 40 (б)

Установлено, что значения азотного потенциала можно регулировать через степень диссоциации аммиака путем введения добавок аргона и отработанного аммиака, а также углеродсодсржащего эндогаза. Оказалось, что азотный потенциал можно изменить в пределах, отмеченных на рисунке 1 (то есть до значения путем использования атмосфер при соотношении аммиа-

ка и эндогаза от 30/70 до 70/30 и температурах насыщения 560-580 °С. При более высоких температурах никотрирования (~700 °С) на поверхности сталей формируется, в основном, зона соединений на основе цементита Рс^С, легиро-

ванного азотом. Данная фаза является единственной с повышением температуры насыщения.

Проведенные эксперименты показали, что концентрация азота С^ в е-фазе (а значит и уровни азотного потенциала и, соответственно, степень диссоциации аммиака а) определяюще влияют на коррозионную стойкость карбонитридного слоя. Оптимальными являются средние азотные концентрации ~8 %, которые в несколько раз увеличивают данные показатели по сравнению с меньшими и большими значениями концентрации азота. Установлено, что наиболее высокая коррозионная стойкость слоя, содержащего 8% азота, достигается после отпуска при 300-400 °С за счет структурной стабилизации.

Основными технологическими факторами, определяющими качество никотрированното слоя, являются температура (фактор Т), длительность насыщения (фактор т), состав насыщающей среды (фактор R), а также, как установлено, характеристика активности среды обеспечивающая концентрацию

азота в £-фазс на уровне 8 %. В связи с этим рассматривали влияние каждого фактора на фазообразование и геометрические параметры никотрированных покрытий на исследуемых конструкционных сталях.

Многослойность никотрированного покрытия влияет на кинетику диффузионных процессов в основных фазах, изменяя их соотношение и вызывая отклонение в закономерностях роста слоя от экспоненциального закона. Этому можно найти объяснение в том, что при температуре насыщения 560 °С коэффициент диффузии азота в е-фазе оказывается в 60 раз меньше, чем в сс-фазе и в 2,5 раза меньше по сравнению с диффузионной проницаемостью С повышением температуры никотрирования будет разрастаться та фаза, у которой коэффициент диффузии опережающе увеличивается. Так с повышением температуры насыщения до 700 °С растет толщина карбонитридного слоя, в которой коэффициент диффузии невысок, а зона внутреннего азотирования будет разрастаться уже с меньшей интенсивностью. Однако, повышение диффузионной активности азота в при этом обусловливает формирова-

ние в ней молекулярного азота и, как следствие, образование пор и снижение микротвердости. С понижением температуры никотрирования градиент коэффициентов диффузии в фазах уменьшается, поэтому разрастание соседних диффузионных слоев зависит в первую очередь от изменения области гомогенности на диаграмме состояния «железо-азот».

Переход температурной линии 610 °С (для системы «железо-азот») приводит к резкому возрастанию толщины карбонитридного слоя: 8 мкм — при 580 °С и 42 мкм — при 650 °С. При этом экспоненциальный закон роста слоя не соблюдается, а кинетика структурообразования подчиняется степенному закону. Аналогичные результаты были получены и для никотрированной легированной конструкционной стали 30ХН2МФА.

Увеличение параметра наряду с возрастанием толщины слоя приводит к росту в нем перепада концентраций азота и углерода, что влияет на фазовый состав карбонитридного покрытия и предопределяет формирование в нем напряжений сжатия. Обнаружен эффект смещения максимумов значений напря-

жений сжатия вглубь никотрированных покрытий и падение данного параметра у поверхности при увеличении времени насыщения. В связи с этим никотриро-вание до температур ~610°С рекомендуется проводить не дольше 6-8 часов, так как при более длительных выдержках отмечено значительное снижение усталостной прочности из-за формирования по границам зерен охрупчивающих сеток карбонитридов.

Подтвердилось предположение о том, что резкое изменение в кинетике никотрирования начинается при длительностях процесса более 8-и часов. Значительно возрастает толщина карбонитридного слоя и доля е-фазы в нем сильно увеличивается, изменяя отношение

Однако закономерности по влиянию кинетического х-фактора на параметры геометрии, твердости и пористости никотрированных покрытий требуют обязательного уточнения в связи с используемым составом насыщающей среды по соотношению «аммиак/эндогаз». Из общих закономерностей по влиянию данного соотношения на свойства карбонитридного слоя можно выделить следующие:

1) при повышении содержания аммиака в атмосферах от 30 до 70 % заметно возрастает толщина карбонитридного слоя;

2) обогащение насыщающей среды аммиаком от 30 до 50 % приводит к повышению глубины диффузионной зоны, дальнейший рост содержания аммиака от 50 до 70 % не оказывает влияния на величину этого показателя;

3) аммиак в никотрирующих средах значительно повышает долю е-фазы в карбонитридном слое, одновременно увеличивая его пористость. Последнее предопределяет планомерное снижение микротвердости на поверхности покрытия.

Экспериментально установлено, что при времени насыщения меньше 8-и часов уменьшается степень влияния фактора состава фазы на толщину кар-бонитридного слоя.

В результате исследования фазового состава никотрированных сталей было установлено (рисунок 2), что кинетика и механизмы образования у1-

в карбонитридном слое для модельного материала - стали 08 (выбрана для более корректного изучения эффектов конкурентности азота и углерода при диффузионном насыщении) и исследуемых сталей марок 40, 40Х и 38ХНЭ - различны. Тем не менее, распределения основных для карбонитридного слоя у*- и е-фаз для последних подобны: объем у' (Ре4Ы) возрастает при увеличении времени насыщения от 2 до 8 часов, а высокоазотистой Е (Рег.зМ) — уменьшается. Следует отметить, что для легированных сталей 40Х и 38ХНЗ содержание У-СОединения возрастает экспоненциально, в то время как объемы е-структуры уменьшаются линейно.

Проведенный анализ полученных в ходе рентгеноструктурных исследований данных по распределению РезЫ-, Рез(Ы,С)-, Ре^Ы- и Ре4^фаз, а также суммарных распределений -фаз на поверхности

карбонитридного слоя и диффузионной зоны позволил установить характер влияния времени и соотношения газов насыщающих атмосфер никотрирования и сформулировать оптимальные технологические параметры процесса. Таким

образом, исходя из условия обеспечения максимальной плотности нитридных частиц (Ре2Ы+Ре4Ы)-фаз, и меньшего содержания более крупных, содержащих азотные поры, рациональными режимами никотрирования

следует считать: температуры 580...600°С; продолжительность насыщения -6 часов и состав среды с содержанием аммиака от 50 до 70 %.

Анализ структуры по сечению карбонитридного слоя никотрированной стали 40 осуществлялся по двум группам режимов никотрирования: 1) - с одинаковыми температурно-временными параметрами (Т=580 "С; Т=8 ч), но с тремя различными по составу средами (R=30/70; 50/50 и 70/30); 2) - с одинаковым составом сред (R=50/50), но с изменяющимися температурой и временем насыщения (580 °С - 4 ч; 580 °С - 8 ч и 600 °С - 6 ч). Полученные зависимости интегральной интенсивности нитридных FcjN-, FejN-, FeiN- и карбонитридной Fe3(N,C)-(t>a3 от глубины слоя никотрированной стали позволили получить данные об относительном содержании указанных фаз на поверхности и на глубине 10 мкм, 25 мкм, 75 мкм. Однако анализ характера распределения и объемного соотношения отдельных фаз не позволяет корректно судить об оптимальности того или иного режима никотрирования. Проведенный с целью получения качественного карбонитридного слоя выбор наилучшего варианта процесса осуществлялся по двум критериям: критерию максимальной плотности дисперсных нитридных частиц FejN и Fe4N; а также критерию минимальной пористости по Fe3(N,C)- и FejN-фазач.

Таким образом, оптимальным из исследуемых по критерию минимальной пористости следует считать режим 580 сС — 8 ч - 70/30, так как при нем объёмная доля частиц соединений Fej(N,C) и FejN, отвечающих за пористость в карбонитридном слое, минимальна, и, поэтому, ниже вероятность зарождения усталостного разрушения. Оптимальным же по критерию максимальной плотности дисперсных нитридных частиц среди предложенных является режим с

параметрами насыщения 600 °С - 6 ч - 50/50, который характеризуется весьма высокой пористостью и поэтому не может быть признан рациональным. Итак, предпочтение всё же следует отдать никотрированию при температуре 580 °С в течение 8 часов при составе 70/30, так как никотрированный слой содержит при этом достаточно большое количество нитридных фаз РегИ и Ре<Ы при сравнительно низкой пористости слоя.

Проведенный анализ распределения РезС-, Е- И а-фаз по толщине карбонитридного слоя исследуемых никотрированных сталей 08, 40, 40Х и 38ХНЗ позволил получить данные по кинетике насыщения при временах ни-котрирования от 2-х до 8-и часов. В результате исследований было отмечено, что фазообразование в карбонитридном слое и в диффузионных зонах никотри-рованных сталей приводит к перераспределению в них микронапряжений (рисунок 3). Видно, что во всех случаях никотрирования на поверхности образцов, кроме технического железа, после 6-и часового насыщения, возникают сжимающие микронапряжения. Характерным в их распределении является постоянное снижение от поверхности при средних и малых временах насыщения (рисунок 3 а, б), и, фактически, неизменность по глубине карбонитридного слоя при большем времени процесса ~8 ч (рисунок 3 в).

10 20 30 401|.и1м60 10 20 30 40 Мани 60 10 20 30 «ЬмкчбО

Рисунок 3 - Распределение микронапряжений св„ по глубине никотрированных статей: 1) - 08; 2) - 38ХНЗ; 3) - 40; 4) - 40Х при временах насыщения: а) - 2 ч; б) - 6 ч; в) - 8 ч

Уровень сжимающих микронапряжений возрастает с увеличением степени легированности и продолжительности насыщения. На поверхности карбонитридного слоя, формирующегося на стали 40Х, уровень напряжений сжатия с увеличением продолжительности снижается, что, по-видимому, определяется наличием структурной дефектности в карбонитридном слое.

В четвертой главе анализируется влияние макро- и микронапряжений и триботехнические характеристики получаемых никотрированием покрытий на исследуемых сталях с учетом их структурных характеристик, а также даются окончательные рекомендации по технологическим режимам насыщения.

Анализ исследуемой конструкционной никотрированной стали 30ХН2МФА рентгеноструктурными методами показа! следующее:

1) на поверхности, как правило, формируются макронапряжения сжатия которые усиливаются по мере заглубления в никотрированный

слой;

2) начиная с некоторой толщины никотрированного слоя сжимающие остаточные напряжения начинают нивелироваться, а затем переходят в растягивающие а£Г (или а*т).

Статистическая обработка данных по остаточным макронапряжениям показала, что с большой степенью достоверности их уровень по отношению к

пределу прочности карбонитридного слоя безразмерным соотношением

можно выразить следующим

где п - некоторый модельный параметр, который для всех исследуемых режимов НХТО-обработки конструкционных сталей изменяется от 0,3 до 0,5 (для случая макронапряжений сжатия а^ — это соответствует знаку «минус» в выражениях (1) и (2) и от 0,5 до 0,68 для случая макронапряжений растяжения аося - это соответств>ет знаку «плюс» в указанных формулах).

Для установления общих закономерностей изменения напряжений в карбонитридных слоях никотрированных сталей предложена структурная модель покрытия, учитывающая толщину карбонитридного слоя и глубину диффузионной зоны, модули их нормальной упругости, коэффициенты линейного расширения, коэффициенты Пуассона и др. характеристики. В рамках описания макронапряжений только термическими (исключая фазовые) воздействиями были получены значения остаточных напряжений Характер модельных

макронапряжений сжатия от толщины карбонитридного слоя представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Характер изменения макронапряжений сг^т по толщине карбонитридного слоя Ьы, при глубине диффузионных зон И2: 1) — 10 мкм; 2) - 100 мкм; 3) - 300 мкм; температура никотрирования: 560 °С (сплошные линии) и 680 °С (пунктирные линии)

Видно, что по мере уменьшения слоя величина макронапряжений возрастает, причем повышение глубины диффузионных зон и температуры никот-рирования усиливает этот эффект. Установлено, что минимальное значение параметра п (что желательно с позиции снижения поверхностного разрушения) составляет 0,22...0,32, в то время как максимальные (что активирует эффекты трещинообразования) достигают величины 0,40...0,47.

Анализ распределения микронапряжений вокруг пор в карбонитридном слое никотрированных сталей методом фотоупругости показал, что поле внутренних напряжений характеризуется неоднородностью распределения деформаций. Сопоставление топографических характеристик зоны зарождения микротрещин у структурных дефекюв Ятр и размеров активационных зон с максимальной концентрацией напряжений Я, позволило установить соотношение

= Я

(3)

где фактор, зависящий от упругих характеристик дефектов карбонитридно-го слоя.

Максимальные концентрационные микронапряжения рассчитывали согласно следующей зависимости

(4)

где Р,— свободная энергия карбонитридов;

Е- модуль их упругости;

Б - средний размер поры (изменяется от 0,5 до 5,0 мкм).

Параметр п в уравнении (4) определяли экспериментальным путем, для чего была разработана методика оценки статической трещиностойкости покрытий, основанная на металлографическом и электронномикроскопическом исследованиях поврежденных зон на поверхности при концентрированном ударе остроконечным индентором. В итоге, с учетом смоделированного ранее диапазона изменения эмпирического коэффициента трещиностойкости параметр п предполагается равным 0,30...0,65 и нормировался минимальным и максимальным уровнями экспериментально полученных в исследовании значений некоторых характеристик трещиностойкости для исследуемых термодиффузионных покрытий.

С учетом концентрационной способности пор (зависящей от радиуса наиболее концентрационного выступа) модельные напряжения <т*н можно моделировать согласно следующей зависимости

_ _та*

= о\

(5)

где степенной показатель определялся в зависимости от модуля упругости карбонитридов и оказался равным —0,574. Из полученных зависимостей видно, что повышение концентрационной способности пор от

о

повышает микронапряжения причем этот эффект возрастает по мере увеличения размера пор и нивелируется по мере уменьшения толщины карбонит-ридного слоя и глубины диффузионных зон.

В результате теоретической оценки механизмов разрушения поверхности в процессе трения получено модельное уравнение, отражающее скорость изнашивания карбонитридного слоя

(6)

где и - интегральный триботехнический параметр качества карбонитридных покрытий, являющийся их материальной характеристикой и позволяющий прогнозировать триботехническую работоспособность для действующих контактных давлений и скоростей скольжения, нормированных к единице. Константа и включает следующий комплекс свойств материала, влияющих на изнашивание:

1) физико-механические характеристики, в качестве которых принимали модули упругости, внутренние микро- и макронапряжения;

2) технологическую структуру - характеристики макродефектности структуры;

3) свойства фрикционности в форме динамического коэффициента трения.

Коэффициент К^ отражает структурные особенности строения карбо-нитридного слоя, физические свойства и эластичности контактирующих материалов; отражает кинетические особенности контактного взаимодействия поверхностей при трении с учетом геометрических характеристик их рельефа, численная поправка, учитывающая избирательность процессов трещино-образования на структурных макроконцентраторах для усталостной структурной модели поверхностной повреждаемости высокопрочных карбонитридных слоев при трении скольжения. - численная поправка, учитывающая тот факт, что только часть из общего числа структурных концентраторов способна «работать» на повреждаемость. модельный структурный фактор, является приведенным и рассчитывается в зависимости от объемной доли пор.

Полученные зависимости для модельной скорости изнашивания Х^ от фактора объемной доли пор показывают, что пористость активирует процессы изнашивания для всех значений причем наиболее сильно при

меньших ее значениях от 4 до 10%, с повышением контактных нагрузок степень влияния пористости на скорость изнашивания возрастает.

При проведении экспериментальных исследований скорости изнашивания было установлено, что с позиций обеспечения удовлетворительной износостойкости никотрированных сталей и уменьшения объемов микросколов карбонитридного слоя его пористость должна нормироваться уровнем не выше 16%. С учетом полученных значений толщин карбонитридных слоев и скоростей изнашивания были рассчитаны усредненные показатели

ресурса, которые показали, что наибольшей долговечностью обладает карбо-нитридный слой со значением объемной пористости 4 %, получаемый при ни-котрировании по режиму 11=70/30 И т=8 ч. Так как с позиций получения высоких показателей слоя по антифрикционности требуется, наоборот, высокая пористость покрытия, то режимы никотрирования с составом среды 70/30 или 50/50 при времени насыщения Т=8 Ч, обеспечивающие средние триботехниче-ские показатели следует рекомендовать как наиболее рациональные.

Исследованиями зависимости коэффициента трения от нагрузки и пористости карбонитридного слоя установлено, что значение данного показателя изменяется от =0,04 ДО =0,20, то есть в пять раз (рисунок 5).

Рисунок 5 — Характер изменения коэффициента трения /тр в зависимости от пористости ДУ. Цифры у линий - максимальный коэффициент трения при ДУ=4 % (/„£"). Контактные давления СГ,: 1) - 1,0 МПа; 2) - 2,0 МПа; 3) - 3,0 МПа; 4) - 5,0 МПа; 5) - 7,0 МПа

Исследовали влияние режимов финишного окисления (паротермическо-го оксимолибденирования) на коэффициент трения никотрированных покрытий, в связи с их фазовым составом. Полученные результаты (рисунок 6 а)

Рисунок 6 - Влияние контактного давления О, При 9С„=0,6 м/с на критические значения коэффициента трения и времени до заедания при

изнашивании никотрированной стали 30ХН2МФА в условиях ресурсного смазывания: I) - без оксимолибденирования при 0 % N2; 2) - то же при 70% N2! 3) - оксимолибденирование (расход молибдената 30 г/мин, время - 20 мин) - оксимолибденирование (60 г/мин, 40 мин) при

свидетельствуют о значительном снижении данного параметра при трении обработанных данным способом покрытий. Это подтверждается тем, что пропитка карбонитридного слоя соединениями молибдената повышает время работы никотрированной стали до момента заедания до 54 % (рисунок 6 б). Установлен оптимальный с позиций получения минимальных параметров фрикционности режим оксимолибденирования карбонитридного слоя, при котором расход водного раствора реагента равен ~2,4 кг. Отмечено, что при данных режимах формируется необходимый фазовый состав, включающий большие объемы оксидов

Ре304 и Мо8023.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ II ВЫВОДЫ

1. Установлена кинетика структурообразования карбонитридных слоев и диффузионных зон изучаемых никотрированных улучшаемых среднеуглеро-дистых качественных конструкционных сталей, подвергнутых специфической предварительной обработке (отпущенных перед финишным шлифованием с последующим окислением). Выявлен характер влияния основных технологических параметров никотрирования: состава насыщающей среды, а также тсмпе-ратурно-временных режимов на структуру и свойства никотрированного слоя.

2. Выявлена взаимосвязь уровня азотного потенциала, степени диссоциации аммиака, фазового состава и антикоррозионных характеристик никот-рированного покрытия. Найдены рациональное значение азотной концентрации в поверхностном слое, равное ~8 %, и оптимальный интервал температур финишного стабилизирующего отпуска - 300-400 °С, способствующие формированию наиболее коррозионно стойкой структуры никотрированного покрытия.

3. Для всех режимов никотрирования, осуществляемого до температур ~610 °С, время насыщения не должно превышать 6-8 часов из-за сильного ох-рупчивания никотрированного покрытия и неблагоприятного распределения сжимающих остаточных напряжений при его увеличении.

4. Установлено влияние технологических параметров никотрирования на фазовый состав карбонитридного слоя исследуемых сталей. Рациональными режимами для получения фазового состава покрытия с максимальной плотностью дисперсных нитридных частиц (РегН+Ре4М)-фаз и меньшим содержанием более крупных являются режимы никотрирования при температуре процесса 5 80... 600 °С, продолжительности насыщения - 6 часов и составе среды с содержанием аммиака 50...70% при концентрации азота на уровне -8 %.

5. Разработана двухконтурная система автоматического регулирования соотношения газов и концентрации азота в никотрирующей атмосфере, в основу которой положено изменение азотного потенциала насыщающей среды за счет автоматического изменения состава используемой газовой смеси.

6. Предложена структурная модель гетерогенного покрытия, соответствующая разрабатываемой технологии НХТО. Данная модель позволяет рассчитывать величину и знак остаточных макронапряжений в карбонитридном слое с учетом структурных и физических характеристик никотрированных покрытий и температуры насыщения.

7. Разработана и предложена расчетная модель, учитывающая размеры, плотность и форму дефектов, а также напряженное состояние материала. Модель дает возможность экспрессного определения удельной плотности трещин -в карбонитридном слое, что является необходимым с позиций оценки повреждаемости покрытия при трении, а также рассчитывать реальную прочность кар-бонитридного слоя в околодефектной зоне.

8. Получен критерий износостойкости карбонитридных слоев, являющийся их материальной характеристикой и позволяющий прогнозировать три-ботехническую работоспособность для действующих контактных давлений и скоростей скольжения. С учетом критерия разработаны зависимости для определения скорости изнашивания исследуемых покрытий в зависимости от ряда факторов: скоростных и энергетических характеристик процесса взаимодействия, а также геометрических и плотностных характеристик макродефектов кар-бонитридных слоев.

9. Определено влияние дефектов структуры на триботехнические показатели никотрированных покрытий улучшаемых конструкционных сталей: пористость должна нормироваться уровнем не выше 16%. Наибольшей долговечностью обладает карбонитридный слой, обладающий пористостью 4 % и получаемый при никотрировании по режиму 11=70/30 и Т=8ч. Исходя из условия обеспечения высокой антифрикционности, режимы никотрирования с составом среды 50/50 при времени насыщения обеспечивающие средние показатели долговечности, рекомендуются как более предпочтительные. Доказана три-ботехническая целесообразность введения операции финишной доработки (ок-симолибденирования) никотрированных покрытий и выявлены рациональные режимы ее проведения.

10. Результаты проведенной триботехнической аттестации никотриро-ванных деталей пары «гильза цилиндра — поршневое кольцо» двигателя грузового мотороллера свидетельствуют о значительном увеличении долговечности по критерию износостойкости и улучшении мощностных показателей двигателя в целом, что подтверждено актом внедрения АК «Туламашзавод» от 14.01.2004 г.

Основные положения диссертация опубликованы в следующих работах::

1. Власов В.М., Васин М.И., Маленко П.И., Иванысин И.С. Взаимообусловленность фазового состава и антифрикционных свойств сталей после термохимической обработки // Изв. ТулГУ. Сер. «Материаловедение». Вып. 2. — Тула: ТулГУ, 2002.-с. 105-111.

2. Власов В.М., Жигунов К.В., Иванькин И.С., Васин М.И. Влияние предварительной холодной пластической деформации на кинетику процесса никотри-рования теплостойких сталей // МиТОМ. - 2002, №9 - с. 39-41.

3. Власов В.М., Зеленко В.К., Коченихин А.С., Иванькин И.С. Анализ эффективности упрочняющей обработки сталей подводным электрическим • разрядом // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Сборник научных трудов Международной дистанционной научно-технической конференции. - Орел: ОрелГТУ, 2001. - с. 141-143.

01110 2

4. Власов В.М., Зеленко В.К., Жигунов К.В., Иванысин И.С. Триботехниче-ские свойства никотрированных конструкционных сталей // Трение и износ. -2002, Том 23, №1. - с. 93-99.

5. Власов В.М., Коченихин А.С., Иванькин И.С. Разработка и исследование технологий антифрикционной финишной термохимической обработки деталей двигателей транспортных машин // Сборник материалов по научно-техническим работам, выполненным при поддержке администрации Тульской области - Тула: изд-во «Власта», 2002. - с. 143-151.

6. Власов В.М., Фролов НЛ., Иванысин И.С. Технологический химико-термический способ повышения долговечности цилиндропоршневой группы двигателей мотороллеров // Автомобильная промышленность. - 2002, №6. -с. 14-16.

7. Власов В.М., Фролов Н.Н., Иванькин И.С, Васин М.И., Коченихин А.С. Перспективы применения низкотемпературных термодиффузионных технологий для решения триботехнических задач в автомобилестроении // Новые материалы и технологии в машиностроении. Сборник научных трудов. Вып. 1. -Брянск: БГИТА, 2002. - с. 47-49.

8. Зеленко В.К., Власов В.М., Жигунов К.В., Иванькин И.С. К вопросу о коррозионной стойкости карбонитридных слоев никотрированных конструкционных сталей // Машиностроитель. - 2002, №11.- с. 40-44.

9. Зеленко В.К., Власов В.М., Иванькин И.С. Исследование акустической эмиссии и процессов структурообразования при трении никотрированных сталей в условиях ресурсного смазывания // Материалы 10-ой Международной конференции «Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах». - Тула: ТулГУ, 2001. - с. 140.

10. Иванькин И.С. Низкотемпературная термодиффузионная технология повышения • антифрикционных свойств деталей узлов трения • автомобильного транспорта // Изв. ТулГУ. Сер. «Автомобильный транспорт». Вып. 6. - Тула: ТулГУ, 2002. -с. 43-48.

11. Фролов Н.Н., Власов В.М., Васин М.И., Иванысин И.С., Коченихин А.С., Рюмкин О.М. Механизм структурообразования поверхностных слоев в плаз-меннонапыленных покрытиях после лазерноимпульсной обработки // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Сборник научных трудов Меясдународной дистанционной научно-технической конференции. - Орел: ОрелГТУ, 2002. - с. 108-112.

Ни лиц ЛР X.'020300 от 12 02 97 Подписано и меч а п.

Формат бумага 60\84^'/„ Бума! а офс^тзя

Гульскнй государственный университет 300600, г Тула, проси Ленина, 92

Отпечатано а рсдакцнонно-щлзтсльском центре Г)льско1х^шеуларствснного ) нпвсрсигста

Введение.

1 Литературный обзор.

1.1 Мероприятия и технологии в автомобилестроении, применяемые для защиты от коррозии.:.

1.2 Основные требования к параметрам качества поверхностного слоя материалов элементов двигателя внутреннего сгорания.

1.2.1 Анализ режимов трения в цилиндропоршневой группе ДВС

1.2.2 Современные способы снижения трения и износа трущихся деталей двигателей.

1.3 Триботехнический анализ низкотемпературных химико-термических способов (НХТО) для решения задач повышения долговечности деталей в автомобилестроении.

1.3.1 Газовое насыщение из атмосфер на основе азотсодержащих газов.

1.3.2 Азотирование при циклической подаче насыщающих атмосфер.

1.3.3 Каталитическое газовое азотирование.

1.4 Способы предварительной подготовки поверхности и финишной ме-хано-термической обработки НХТО-слоев.

1.4.1 Материаловедческие способы подготовки • поверхности к НХТО-насыщению.

1.4.2 Предварительная поверхностная пластическая деформация.

1.4.3 Финишная обработка сталей, упрочненных НХТО.

1.5 Постановка цели и задач исследования.

2 Материалы и.методика эксперимента.

2.1 Обоснование базовых материалов для изнашивающихся деталей автомобилей и режимов их никотрирования.

2.2 Двухконтурная система автоматического регулирования соотношения газов и концентрации азота в никотрирующей атмосфере.

2.3 Методы анализа структуры никотрированных слоев.

2.3.1 Анализ микротвердости никотрированных слоев на сталях.

2.3.2 Оценка фазового состава и пористости карбонитридного слоя.

2.3.3 Оценка напряженного состояния в никотрированном слое сталей.

2.3.4 Электронно-микроскопическое исследование тонкой структуры никотрированных слоев.

2.4 Методы анализа эксплуатационных свойств никотрированных слоев.

Одной из наиболее актуальных и важных задач современного машиностроения является повышение долговечности трущихся деталей машин. В связи с этим большую роль играют разработка и применение технологий поверхностного упрочнения стальных материалов, которые обеспечивали бы высокие триботехнические показатели ответственных деталей, работающих в жестких условиях изнашивания.

Необходимость разработки и исследования новых технологий поверхностного упрочнения деталей автомобилей обусловлена быстрым развитием в последние годы автомобилестроения, и в частности отраслевого двигателестроения, из-за связанного с этим ужесточения режимов эксплуатации по скоростным и силовым условиям целого ряда ответственных деталей трущихся сопряжений и возрастающих требований к их надежности и ресурсу. С целью увеличения триботехнической долговечности стальных деталей в машиностроении используется большое количество различных материаловедческих способов упрочнения, среди которых важное место занимает химико-термическая обработка.

Для повышения износостойкости и антифрикционности конструкционных сталей в последнее время находят применение низкотемпературные способы химико-термической обработки (НХТО) на основе процесса азотирования. Работа, проведенная ведущими отечественными и зарубежными научными школами в направлении повышения долговечности элементов узлов трения машин, доказала перспективность применения такого низкотемпературного химико-термического способа как никотрирование (газовое насыщение в атмосфере аммиака и эндогаза). Однако в автомобилестроении данный вид НХТО представлен весьма незначительно, что связано с относительно слабой изученностью структуры и свойств никотрированных покрытий применительно сталям, используемым для производства деталей автомобилей.

Изучением низкотемпературной химико-термической обработки, в частности процесса никотрирования, в нашей стране занимался ряд научных школ, и в первую очередь: Ю.М. Лахтина (МАДИ), Б.А. Арзамасова (МВТУ), В.М. Зинченко (НИИТавтопром), В.М. Власова (ТулГУ) и других. За рубежом наиболее видными в данной области являются школы таких ученых, как: Г. Валь (Германия), Т. Белл (Великобритания), Г.-И. Шпис (Германия), Е.Дж. Миттемейер (Нидерланды), Я. Зыськ (Польша) и другие.

Целью работы является повышение триботехнической долговечности трущихся деталей двигателей путем низкотемпературной химико-термической обработки на основе изучения закономерностей структурообразования поверхностных слоев сталей при никотрировании и оптимизации технологических схем их получения. Работа выполнена с целью поиска оптимальных технологических параметров процесса упрочнения и выдачи конкретных рекомендаций по его применению на предварительно отожженных и окисленных улучшаемых конструкционных сталях в автомобильной промышленности.

В работе изучены составы насыщающих никотрирующих сред и, с использованием методов металлографии и дюрометрии, их влияние на геометрические характеристики формирующихся покрытий, их фазовый состав, характеристики макро-, микронапряжений и пористость. Для оценки свойств покрытий, их износостой кости и антифрикционности применяли метод триботехнического анализа. С использованием способа моделирования были разработаны структурные модели макро- и микронапряжений в никотрированном слое, а также структурный критерий износостойкости. Оценка ресурса никотрированных покрытий на сталях должна базироваться на знании исходной структуры и технологических свойств карбонитридно-го поверхностного слоя, а также закономерностей их изменения в процессе эксплуатации в различных условиях. Исходя из этого, установление закономерностей структурообразования карбонитридных слоев при никотрировании улучшаемых конструкционных сталей и их повреждаемости в режиме трения скольжения, а также разработка критериальных оценок износостойкости позволяет определить направления совершенствования технологии никотрирования и обеспечить наилучший комплекс технологических и эксплуатационных свойств поверхностных слоев. Полученные модельные обобщения дают возможность обосновать рекомендации по созданию оптимальной технологии никотрирования с учетом реальных условий эксплуатации трущихся деталей автомобилей.

Для управления химическим составом никотрирующих сред разработана система автоматического регулирования, позволяющая изменять азотный потенциал насыщающей среды за счет автоматического изменения состава используемой газовой смеси. Широко применяющиеся в промышленности в настоящее время системы ручного управления химическим составом насыщающих сред малоэффективны в связи с невысокой точностью их работы, связанной с довольно большим временным запаздыванием, и приводят к нестабильным результатам получаемых покрытий.

Работа выполнена по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ «Энергосберегающие технологии, экология и рациональное природопользование, производственные технологии» и была поддержана грантом РФФИ 01.200.307137 «Разработка и исследование технологий функциональных триботехнических покрытий для узлов трения транспортных средств и экологически чистого оборудования для их реализации» на кафедрах «Физика металлов и материаловедение» и «Автомобили и автомобильное хозяйство» Тульского государственного университета.

Научным консультантом также являлся доктор технических наук, профессор С.А. Головин.

1 Литературный обзор

В современных условиях массового производства автомобилей различного назначения особенно остро стоит проблема повышения качества материалов, используемых для изготовления металлических деталей. В подавляющем большинстве случаев именно по причине выхода их из строя прекращается эксплуатация автомобиля в целом до замены или ремонта вышедшей из строя детали или узла. Обилие подобных фактов негативно влияет на такие важнейшие показатели, как коэффициент выпуска, коэффициент готовности и др., что снижает в целом эффективность эксплуатации подвижного состава и создает значительную нагрузку на ремонтные предприятия и службы.

В связи с вышеизложенным особенно пристальное внимание необходимо обратить на технологии улучшения качества деталей автомобилей в следующих аспектах: износостойкости, антифрикционности, коррозионной стойкости и прочностных свойств. Данные четыре характеристики являются основными факторами, лимитирующими срок службы большинства металлических изделий в узлах, системах и агрегатах автомобилей.

Из анализа литературных источников как научных, так и производственной практики в направлении автомобилестроения следует, что одним из наиболее часто и традиционно применяемых технологий повышения комплекса эксплуатационных свойств широкой номенклатуры стальных деталей являются технологии химико-термической обработки (ХТО) [1,2]. К основным их преимуществам, помимо перечисленных выше, можно отнести следующие:

- относительная дешевизна обработки;

- возможность ее применения в массовом производстве [3];

- технологическая перспективность покрытий.

Последнее свойство ХТО является особенно привлекательным как для ученых, так и для производственников, так как данное направление постоянно развивается и совершенствуется, предлагаются новые способы ХТО, новые режимы и насыщающие среды.

1.1 Мероприятия н технологии в автомобилестроении, применяемые для защиты от коррозии

Из всех материалов деталей узлов и систем автомобилей, наиболее сильно подверженных влиянию коррозии, можно выделить металлические материалы кузова, системы выхлопа газов, бензобак и другие. Однако, большое количество ответственных деталей узлов трения автомобиля в двигателе, трансмиссии и других важнейших системах в процессе эксплуатации также подвержены сильному коррозионному воздействию и по этой причине существенно ограничен ресурс их работы.

Если с деталями типа кузов более или менее все понятно: здесь применяются специальные стали, покрытия (процессы цинкования, алюминирования, свинцова-ния), то для деталей узлов трения данный вопрос необходимо рассматривать в комплексе с повышением других эксплуатационных свойств, таких как: износостойкость, прочность, антифрикционность. То есть, применяя определенную технологию защитного покрытия с целью повышения коррозионной стойкости, необходимо просчитывать, как она повлияет на другие важнейшие эксплуатационные характеристики детали.

Для целей повышения коррозионной стойкости трущихся поверхностей в агрессивных средах в машиностроении и, в частности, в автомобилестроении традиционно применяют гальванические технологии. В последние годы для тех же целей все чаще находят применение различные способы химико-термической обработки, например азотирование и другие. Процессы газового азотирования характеризуются относительно низкими затратами, сравнительно высокой экологичностью и возможностью обработки деталей практически любого размера и формы. Однако такой метод защиты от коррозии не получил широкого применения. Основные причины этого - низкая эксплуатационная надежность технологии и нестабильность антикоррозионных свойств обрабатываемых деталей от садки к садке [4].

На 16-м коллоквиуме по термической обработке, проходившем в Висбадене, в докладе Кэттмана и Штульмана приведены данные о коррозионной стойкости нитроцементованных проб различного состава. Показано, что после нитроцемента-ции коррозионная стойкость низколегированных и нелегированных сталей повышается, а сталей с высоким содержанием хрома - заметно ухудшается [5]. Примером неэффективности применения обработки поверхностей традиционным азотированием могут послужить плунжерные пары топливных насосов дизельных двигателей. Данный узел - один из элементов, лимитирующих технический ресурс топливной аппаратуры дизельных двигателей. До 25% всех случаев выхода из строя, приходящихся на топливный насос, связано с разрушением плунжерных пар. Практика эксплуатации дизельных двигателей показала, что технический ресурс плунжерных пар составляет примерно половину от планируемого, т. е. 3.4 года вместо 6.8 положенных. Основными причинами низкой надежности плунжерных пар, как показали многочисленные исследования, является их абразивное изнашивание вследствие попадания механических частиц (преимущественно кварца) в сопряжение между плунжером и втулкой, а также коррозионные процессы, происходящие на рабочих поверхностях деталей и приводящие к заклиниванию плунжеров и внезапному прекращению работы насосов. Разрушение поверхности детали с участием абразива и твердых частиц - продуктов изнашивания — сопровождается сложным комплексом физических и химических явлений, в том числе и окислительными процессами, вызванными влиянием окружающей среды [6].

Данный пример, наряду с множеством подобных примеров по неудовлетворению возрастающих потребностей автомобилестроения к коррозионной стойкости деталей, работающих в условиях комплексного ухудшения эксплуатационных параметров, побуждает ряд ученых и организаций решать этот вопрос как с традиционных, так и с принципиально новых позиций. Одним из эффективных путей повышения коррозионной стойкости деталей в автомобилестроении, как уже упоминалось выше, являются термодиффузионные покрытия. Их применение обусловлено рядом преимуществ, среди которых и широкие возможности по изменению химического состава покрытия введением в него различных элементов [7], что, несомненно, позволяет в довольно больших пределах варьировать и свойства создаваемых покрытий. Данное направление упрочнения деталей машин все чаще и чаще находит свое применение в ремонтном хозяйстве автомобильной промышленности. Однако введение данных технологий в производственный цикл по созданию деталей имеет и ряд крупных недостатков: удорожание выпуска деталей, усложнение технологии.

Другое направление повышения коррозионной стойкости и комплекса других эксплуатационных свойств деталей машин заключается в разработке новых способов ХТО. В последние годы вместо нанесения гальванических покрытий все шире используют азотирование, оксиазотирование и карбоксиазотирование. Все они способствуют не только упрочнению поверхности, но и повышению коррозионной стойкости деталей. Процесс антикоррозионного азотирования рекомендуют проводить при 600-750 °С в течение от 15 мин до 2-3 часов. Добавочное окисление азотированного слоя (оксиазотирование) позволяет значительно повысить его коррозионную стойкость. Фирма «Degussa» (Германия) для повышения коррозионной стойкости азотированного слоя предложила до и после жидкого азотирования (теннифер-процесса) проводить оксидирование в расплаве оксидов и нитридов. Этот процесс известен под названием Q-P-Q. Основной его недостаток — использование токсичных солей. Множество сообщений посвящено также процессу «Нитрок», который заключается в газовом азотировании при 550-740 °С в течение 2-4 часов и последующем оксидировании 10-30 секунд в различных средах. Практически во всех работах показано, что в результате оксидирования на поверхности нитридного (карбо-нитридного) слоя образуется оксидная пленка и происходит изменение структуры поверхностной зоны, что вызывает повышение коррозионной стойкости и износостойкости сплавов. В МАДИ разработана промышленная технология оксиазоирова-ния, представляющая собой азотирование в течение нескольких часов при 570590 °С и последующее окисление при 550 °С в атмосфере перегретого пара. Коррозионная стойкость такого оксинитридного диффузионного слоя более чем на порядок выше коррозионной стойкости гальванических покрытий хромом и цинком, что позволяет в ряде случаев отказаться от этих традиционных методов антикоррозионной защиты. Данная промышленная технология оксиазотирования рекомендуется для поверхностного упрочнения деталей, работающих на изнашивание при малых контактных нагрузках в условиях атмосферной коррозии [8].

11

Совершенствование метода азотирования и последующего окисления поверхности позволило разработать способ ОИБ (О - кислород, N - азот, 8 — сера), заключающийся в азотировании, окислении и поверхностном комплексном насыщении серой, азотом и углеродом [9]. Для деталей машин этот процесс применяют после термической и полной механической обработки и протекает он (ОКБ(К) - буква «К» обозначает применение данного процесса для обработки конструкционных сталей) в диапазоне температур 500-650 °С в течение 1,5-10 часов. Данная технология позволяет получать диффузионные слои на конструкционных сталях высокой пластичности и коррозионной стойкости. Малоуглеродистые стали, обработанные по методу ОЫЗ, обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем после поверхностного легирования другими методами. Слои, полученные по методу (ЖБ, характеризуются также высокой износостойкостью. Процесс 0№(К) находит применение в автомобильной промышленности. В частности, для повышения коррозионной стойкости его используют для шаровых пальцев системы рулевого управления, автомобильных шарниров из сферодизированного чугуна, для зубчатых колес передачи, соединителей электрических изоляторов из чугуна и автоматной стали.

Специалистами «НИИТавтопром» разработан процесс антикоррозионной обработки, отвечающий высоким требованиям и сравнительно недорогой по затратам на оборудование. Основой создания такого процесса стала разработка процессов азотирования в каталитически приготовленных аммиачных печных атмосферах, открывающая новые возможности для низкотемпературной ХТО. Такой метод газового азотирования позволил регулировать не только фазовый состав поверхностного карбонитридного слоя азотируемого металла, но и концентрацию азота в карбонит-риде. Данный новый технологический процесс антикоррозионного азотирования состоит из следующих стадий: 1) - азотирование в печной атмосфере, приготовленной из аммиака, обработанного на специальном катализаторе, при 540-550 °С в течение 4-6 часов; 2) - отпуск 3 часа при 300-320 °С. Полученные после испытаний результаты показали, что коррозионная стойкость образцов, полученных по новому методу, значительно превосходит традиционно применяемые для этих целей гальванические покрытия, азотирование по стандартному режиму и газовое карбонитрирование. Данный процесс антикоррозионного газового азотирования был принят к использованию в термическом подразделении «НИИТавтопрома» и применяется для обработки различных деталей. Стоимость газового азотирования в 3-5 раз ниже, чем нанесение гальванического покрытия [4].

Проблема повышения надежности и ресурса работы автотранспортной техники при эксплуатации в условиях коррозии во многом связана с увеличением контактной выносливости и изгибной усталостной прочности тяжелонагруженных шестерен. Данный вопрос особенно актуален в современных условиях развития автомобильной промышленности, когда важнейшими задачами являются: повышение энергонасыщенности, скоростей, силовых нагрузок при одновременном снижении их материалоемкости и экономии остродефицитных легированных сталей.

Повышение прочностных и вязкостных характеристик является первостепенной задачей увеличения ресурса работы ответственных шестерен и зубчатых колес автотранспортной техники. В процессе эксплуатации зубья шестерен подвергаются:

- изгибу при максимальном однократном нагружении (при резком торможении, приложении максимального крутящего момента);

- изгибу при многократных циклических нагрузках, вследствие чего в основании зуба появляются наибольшие напряжения, и может развиться усталостное разрушение;

- контактным напряжениям на боковых рабочих поверхностях зубьев, приводящим к образованию контактно-усталостного выкрашивания;

- изнашиванию боковых поверхностей зубьев (из-за попадания абразивных частиц, грязи и пыли в зону контакта) либо торцевых (при переключении передач) [10].

В повышении работоспособности зубчатых колес важное место принадлежит совершенствованию ХТО - основной упрочняющей технологии, отдельные виды которой уже давно применяются для данных целей в автопромышленности. Особенно важна эта задача для серийного производства, где из-за большой номенклатуры обрабатываемых деталей требуется применение гибкой технологии, обеспечивающей управление химическим составом, структурой и, как следствие, эксплуатационными свойствами деталей [И].

На Волжском автомобильном заводе, в частности, для поверхностного упрочнения шестерен различных автомобильных агрегатов используют цементацию, нитроцементацию, газовое азотирование. Наибольшее распространение получил процесс газовой нитроцементации, имеющий ряд неоспоримых преимуществ перед цементацией [12], в частности, более низкая температура процесса позволяет снизить деформацию, исключить опасность роста зерна, получить большую прокали-ваемость и закаливаемость насыщенного слоя, более высокое сопротивление усталости [13] и др.

Микроструктура нитроцементованного слоя представляет собой мартенсит со значительным количеством остаточного аустенита (при использовании сталей 20ХГНМ, 19ХГН и АС19ХГН). Увеличение доли остаточного аустенита в поверхностном слое шестерни более чем на 50% не ухудшает, но, наоборот, улучшает прочностные характеристики — сопротивление усталости и долговечность увеличиваются. Твердость ведущей шестерни должна быть несколько выше, чем ведомой. Такое сочетание твердости и микроструктуры обеспечивает высокое качество притирки пары шестерен для получения требуемого пятна контакта и в итоге - бесшумную работу узлов автомобиля.

Для тяжело нагруженных шестерен коробки переключения передач (ICI Ш) и других агрегатов достаточно остро стоит проблема торцового износа и выхода по этой причине из строя большого количества деталей. В данном направлении представляются весьма перспективными разработка и анализ новой геометрии торцовых поверхностей, наилучшим образом отвечающей кинематической связи и условиям силового взаимодействия при переключении передач. Применение этой геометрии позволяет в несколько раз повысить долговечность зубчатых колес на стадии износа нитроцементованного слоя [14]. Значительный эффект достигается также при нитроцементации с высоким азотным потенциалом. Высокая твердость и пластичность нитроцементованного слоя, легированного азотом, препятствует интенсивному образованию белого слоя, что замедляет процесс торцового изнашивания.

Прочностные свойства цементованных и нитроцементованных стальных изделий, обработанных химико-термическими способами по различным режимам на усталость, изгиб, ударную вязкость, прочность и пластичность, в основном зависят от содержания остаточного аустенита, толщины упрочненного слоя и микротвердости сердцевины. Причем содержание остаточного аустенита значительно влияет на сопротивление усталости, ударную вязкость и сопротивление изгибу, а толщина слоя и микротвердость сердцевины - на сопротивление изгибу, прочность и пластичность при кручении [15]. Механические характеристики поверхностной зоны, непосредственно оказывающей влияние на работоспособность изделия, зависят во многом от количества продуктов немартенситного превращения, содержащегося в ней. Так, с увеличением количества троостита наблюдается понижение долговечности зубчатых колес после химико-термической обработки. Контактная и изгибная долговечность шестерен определяется различными факторами: для контактной — это эффективная толщина слоя (имеет оптимальный диапазон значений), содержание остаточного аустенита и микротвердость тонкой поверхностной зоны во впадине зубьев (между двумя последними наблюдается прямая зависимость); для изгибной — эффективная толщина слоя во впадине зубьев, микротвердость сердцевины (прямая зависимость долговечности) и разность значений микротвердости структурных составляющих в сердцевине зуба.

Исследованиями стальных цементованных и нитроцементованных образцов для деталей шестерен установлена определенная взаимосвязь между строением их поверхности разрушения и ударной вязкостью. Высокой ударной вязкости соответствует получение в упрочненном слое мелкоямочного излома с большим количеством мелкодисперсной карбонитридной фазы и вязкого излома в сердцевине. Снижение ударной вязкости сопровождается появлением разрушения по границам зерен, что вызвано наличием дефектов в поверхностном слое: зоны внутреннего окисления, расположением участков карбидной и карбонитридной фазы по границам зерен, наличием микропор в слое. При резком снижении ударной вязкости наблюдается межзеренное разрушение в поверхностном слое и хрупкое разрушение в сердцевине [16].

Перспективными процессами ХТО, обеспечивающими четкое управление химическим составом [17,18], структурой и свойствами изделий, являются ионная цементация и особенно нитроцементация, которая обеспечивает наиболее высокую работоспособность зубчатых колес, меньшее коробление и время диффузионного насыщения [11,19]. Кроме значительного сокращения времени диффузионного насыщения до 1,5.2,5 часов, эти процессы позволяют изменять форму концентрационных кривых С и N [20], регулировать строение карбидной или карбонитридной зоны, управлять характеристиками диффузионного слоя [21]. Ионная нитроцементация обеспечивает более высокий уровень механических свойств, в частности, более высокие контактную и изгибную прочность в сравнении с газовыми способами ХТО [22, 23].

Известно, что цементация и термообработка, применяемые для упрочнения зубчатых колес, работающих при высоких контактных нагрузках, имеют весьма существенные недостатки: большую поводку и изменение размеров из-за многократной фазовой перекристаллизации. Решением этой и, соответственно, вытекающей из нее проблемы усложнения технологического процесса изготовления деталей может стать комплекс мероприятий по замене традиционных материалов и методов ХТО [24]. В частности, замена традиционно цементуемых сталей на низкоуглеродистые стали (07ХЗГНМ, ЮХЗГНМФТ и др.) приводит к существенному уменьшению деформации деталей при термообработке за счет снижения закалочных напряжений (в связи с этим можно исключить операцию отпуска после закалки). Применение азотирования взамен цементации для данных сталей приводит к значительному увеличению долговечности рабочей поверхности за счет увеличения ее твердости и более плавного распределения ее по глубине эффективной зоны [25].

Проблема повышения надежности и ресурса работы зубчатых колес помимо совершенствования технологии термической и химико-термической обработки их связана с совершенствованием процессов финишной доработки. Это обусловлено тем, что шлифование шестерен после химико-термической обработки приводит к образованию прижогов и трещин, что значительно снижает эксплуатационные характеристики деталей. Уменьшить данные негативные эффекты можно путем опти

• мизации температуры отпуска, а также его продолжительности, однако полностью в значительной степени избавиться от прижогов и остаточных напряжений на шлифованной поверхности не удается. Поэтому в качестве финишной операции при обработке эвольвентной поверхности зубьев, взамен абразивного шлифования, представляется весьма перспективным применение электроэррозионной обработки [26]. Важно, что количество остаточного аустенита и твердость поверхности зависят от режима электроэррозионной обработки и изменяются в широких пределах. Обработанные после химико-термической обработки зубчатые колеса свидетельствуют о значительном увеличении их долговечности в сравнении с традиционными технологиями, так как электроэррозионное воздействие оказывает существенное влияние на величину контактной усталостной прочности рабочей поверхности зубьев шестерен.

Общие выводы

1. Установлена кинетика структурообразования карбонитридных слоев и диффузионных зон изучаемых никотрированных улучшаемых среднеуглеродистых качественных конструкционных сталей, подвергнутых специфической предварительной обработке (отпущенных перед финишным шлифованием с последующим окислением). Выявлен характер влияния основных технологических параметров никотрирования: состава насыщающей среды, а также температурно-временных режимов на структуру и свойства никотрированного слоя.

2. Выявлена взаимосвязь уровня азотного потенциала, степени диссоциации аммиака, фазового состава и антикоррозионных характеристик никотрированного покрытия. Найдены рациональное значение азотной концентрации в поверхностном ; слое, равное ~8%, и оптимальный интервал температур финишного стабилизирующего отпуска - 300-400 °С, способствующие формированию наиболее коррозионно стойкой структуры никотрированного покрытия»

3. Для всех режимов никотрирования, осуществляемого до температур ~610 °С, время насыщения не должно превышать 6-8 часов из-за сильного охрупчи-вания никотрированного покрытия и неблагоприятного распределения сжимающих остаточных напряжений при его увеличении.

4. Установлено влияние технологических параметров никотрирования на фазовый состав карбонитридного слоя исследуемых сталей. Рациональными режимами для получения фазового состава покрытия с максимальной плотностью дисперсных нитридных частиц (РегИ+РедТ^О-фаз и меньшим содержанием более крупных (РезЫ+Рез(М,С))-фаз являются режимы никотрирования при температуре процесса 580.600 °С, продолжительности насыщения - 6 часов и составе среды с содержанием аммиака 50.70% при концентрации азота на уровне ~8%.

5. Разработана двухконтурная система автоматического регулирования соотношения газов и концентрации азота в никотрирующей атмосфере, в основу которой положено изменение азотного потенциала насыщающей среды за счет автоматического изменения состава используемой газовой смеси.

6. Предложена структурная модель гетерогенного покрытия, соответствующая разрабатываемой технологии НХТО. Данная модель позволяет рассчитывать величину и знак остаточных макронапряжений в карбонитридном слое с учетом структурных и физических характеристик никотрированных покрытий и температуры насыщения.

7. Разработана и предложена расчетная модель, учитывающая размеры, плотность и форму дефектов, а также напряженное состояние материала. Модель дает возможность экспрессного определения удельной плотности трещин в карбонитридном слое, что является необходимым с позиций оценки повреждаемости покрытия при трении, а также рассчитывать реальную прочность карбонитридного слоя в околодефектной зоне.

8. Получен критерий износостойкости карбонитридных слоев, являющийся их материальной характеристикой и позволяющий прогнозировать триботехниче-скую работоспособность для действующих контактных давлений и скоростей скольжения. С учетом критерия разработаны зависимости для определения скорости изнашивания исследуемых покрытий в зависимости от ряда факторов: скоростных и энергетических характеристик процесса взаимодействия, а также геометрических и плотностных характеристик макродефектов карбонитридных слоев.

9. Определено влияние дефектов структуры на триботехнические показатели никотрированных покрытий улучшаемых конструкционных сталей: пористость должна нормироваться уровнем не выше 16%. Наибольшей долговечностью обладает карбонитридный слой, обладающий пористостью 4% и получаемый при никотри-ровании по режиму R=70/30 и т=8 ч. Исходя из условия обеспечения высокой анти-фрикционности, режимы никотрирования с составом среды 50/50 при времени насыщения т=8 ч, обеспечивающие средние показатели долговечности, рекомендуются как более предпочтительные. Доказана триботехническая целесообразность введения операции финишной доработки (оксимолибденирования) никотрированных покрытий и выявлены рациональные режимы ее проведения.

10. Результаты проведенной триботехнической аттестации никотрированных деталей пары «гильза цилиндра - поршневое кольцо» двигателя грузового мотороллера свидетельствуют о значительном увеличении долговечности по критерию износостойкости и улучшении мощностных показателей двигателя в целом, что подтверждено актом внедрения АК «Туламашзавод» от 14.01.2004 г.

1. Тихонов А.К., Богданова Н.В. Кратковременное газовое азотирование деталей автомобилей ВАЗ // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1996. - № 10. -С. 11-15.

2. Волкова Л.И., Палей Ф.А. Химико-термическая обработка колец карданных подшипников//Металловед, итермич. обраб. металлов.- 1995.-№ 3. —С. 31-33.

3. Тихонов А.К., Пономарев H.H. Особенности конструкции и эксплуатации автоматических линий для химико-термической обработки фирмы «Холкрофт» // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1996. - № 11. - С. 16-18.

4. Зинченко В.М., Сыропятов В.Я. Новые возможности газового азотирования, как метода антикоррозионной обработки деталей машин // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1998. - № 7. - С. 2-6.

5. Валь Г. Влияние режимов нитроцементации и последующего окисления на свойства деталей // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1991. - № 7. - С. 9-10.

6. Сергеев В.З., Фридман В.Б., Егоршина Т.В. Повышение износо- и коррозионной стойкости плунжерных пар топливных насосов // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1988. - № 6. - С. 5-8.

7. Гончаров B.C. Методы получения защитных покрытий деталей // Машиностроитель. 2001. -№ 5. - С. 30-33.

8. Лахтин Ю.М. Оксиазотирование (нитрооксидирование) // Металловед, и термич. обраб^ металлов. 1994. - № 9. - С. 2-5.

9. Тациковски Я., Санаторски Я., Панасюк В. Метод комплексной химико-термической обработки деталей машин и инструмента // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1995. - № 2. - С. 9-10.

10. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки. М.: Металлургия, 1986. - 285 с.

11. Кочергин A.C., Ридош Б.М. Химико-термическая обработка шестерен трансмиссии и переднего привода автомобилей ВАЗ // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1996. - № 10. - С. 15-17.

12. Braam J.J.,,Gommers A.W.J., Van Der Zwaag S. The influence of the nitriding temperature on the fatigue limit of 42CrMo4 and En40B steel // Journal of material science letters. -1997. № 16. - P. 1327-1329.

13. Тескер Е.И. Повышение прочности и долговечности тяжелонагруженных цементованных и нитроцементованных зубчатых колес тракторных трансмиссий // Вестник машиностроения. 1985.-№ 9. - С. 21-25.

14. Оловяшников B.A., Зинченко В.М., Георгиевская Б.В., Кузнецов В.В, Критерии оценки долговечности зубчатых колес, упрочненных химико-термической обработкой // Металловед, и термич. обраб. металлов. — 1989. № 8. - С. 42-45.

15. Боголюбова И.В., Георгиевская Б.В., Зинченко В.М. Исследование механизма разрушения образцов из стали 12Х2Н4А в зависимости от режимов химико-термической и термической обработки // Металловед, и термич. обраб. металлов. -1988.-№6.-С. 2-4.

16. Рыжов Н.М., Смирнов А.Е., Кириллов К.И., Семенов М.Ю. Комплексная система управления процессом ионной нитроцементации // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1996. - № 1. - С. 11-15.

17. Зинченко В.М., Прусаков Б.А., Сыропятов В.Я. 10-й конгресс международного общества по термической обработке и инженерии поверхности // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1996. — № 12. - С. 33-34.

18. Karamis М.В., Gercekcioglu Е. Wear behaviour of plasma nitrided steels at ambient and elevated temperatures // Wear. 2000. - № 243. - P: 76-84.

19. Григорьев B.C., Солодкин Г.А., Шевчук C.A. Кинетика ионной нитроцементации конструкционных сталей с непосредственной закалкой // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1991. - № 7. - С. 31 -33.

20. Смирнов А.Е., Родионов A.B., Рыжов Н.М. Контролируемое диффузионное насыщение при ионной химико-термической обработке // Металловед, и термин, об-раб. металлов. 1994. - № 6. - С. 2-6.

21. Артемьев В.П. Влияние ионного азотирования на износостойкость сплавов // Металловед, и термин, обраб. металлов. — 2001. № 4. - С. 10-11.

22. Панайоти A.B., Смирнов А.Е. Активный контроль насыщающей способности газовой среды при ионной цементации и нитроцементации // Металловед, и термин. обраб. металлов. 2002. - № 2. - С. 19-20.

23. Зенкин H.A. Рациональное использование химико-термической обработки для упрочнения стальных деталей // Технология металлов. 1999. — №3. - С. 6-8.

24. Клейнер Л.М., Митрохович H.H., Новоселова J1.И., Силина О.В., Толчина И.В., Черемных Н.В., Югай С.С. Азотирование деталей, работающих на износ при высоких контактных нагрузках// Вестник машиностроения. — 1999. — № 5. — С. 32-34.

25. Хорошайлов В .Г., Гюлиханданов Е.Л., Анисимов М.И., Лапкин Д.Т., Новиков Е.В. Химико-термическая и электроэрозионная обработка тяжелонагруженных шестерен // Вестник машиностроения. 1985. - № 9. - С. 25-27.

26. Асташкевич Б.М. Трибологические аспекты изнашивания деталей цилинд-ропоршневой группы мощных двигателей внутреннего сгорания // Трение и износ. -1995.-Т. 16, №1.-С. 92-105.

27. Ведерников Д.Н., Шляхтов В.А. Решение трибологических проблем двигателей внутреннего сгорания: современная практика изготовителей и перспективы // Трение и износ. 1994.-Т. 15, №1.-С. 138-148.

28. Путинцев C.B. Анализ режима трения деталей цилиндропоршневой группы автомобильного дизеля // Изв. вузов. Машиностроение. 1999. — № 2-3. - С. 65-68.

29. Седунов В.К., Евсеев Ю.К., Ильин Н.И. Износостойкость пары трения гильза цилиндра компрессионное кольцо // Металловед, и термин, обраб. металлов. -1984. -№ 7. -С. 41-44.

30. Асташкевич Б.М. Износостойкость и роль активных защитных слоев на поверхностях деталей цилиндропоршневой группы транспортных дизелей // Вестник машиностроения. 2000. - № 1. - С. 13-20*.

31. Асташкевич Б.М., Вершинина Н.И., Епархин О.М., Мазнова Г.А. Влияние остаточных напряжений в поверхностном слое на износостойкость гильз цилиндров // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1993. - № 2. - С.21-23.

32. Кудряков О.В., Овчинников В.И. Повышение износостойкости поршневых колец двигателя // Изв. вузов. Черная металлургия. 2000. - № 8. - С. 51 -55.

33. Богданова Н.В., Кочергин A.C., Кудряшов Г.А. Исследование и разработка альтернативного твердому хромированию техпроцесса упрочнения поршней тормозных цилиндров автомобилей ВАЗ // Металловед, и термич. обраб. металлов. -2002:-№10.-С. 23-24.

34. Власов В.М., Зеленко В.К., Жигунов К.В., Иванькин И.С. Триботехнические свойства никотрированных конструкционных сталей // Трение и износ. — 2002. -Т. 23, №1.-С. 93-99.

35. Герасимов С.А., Велищанский A.B., Герасимов Н.Г. О природе высокой износостойкости азотированных сталей // Трение и износ. 1998. —Т. 19, №2. — С. 231-234.

36. Власов В.М., Фролов H.H., Иванькин И.С. Технологический химико-термический способ повышения долговечности цилиндропоршневой группы двигателей мотороллеров // Автомобильная промышленность. — 2002. -№ 6. С. 14-16.

37. Айпик Р., Сельжук Б1, Карамиш М.Б. Исследование трения и износа цементованных, нитроцементованных и борированных сталей AISI 1020 и 5115 // Металловед. и термич. обраб. металлов. 2001. -№ 7. - С. 29-34.

38. Лахтин Ю.М. Поверхностное упрочнение сталей и сплавов // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1998. - № 11. - С. 14-25.

39. Прокошкин Д.А. ХТО металлов карбонитрация. — М.: Металлургия, 1984. - 240 с.

40. Priest J.M., Baldwin M.J., Fewell М.Р., Haydon S.C., Collins G.A., Short K.T., Tendys J. Low pressure r.f. nitriding of austenic stainless steel in an industrial-style heat-treatment furnace // Thin solid films. 1999.-№ 345. - P. 113-118.

41. Борисенок Г.В. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошнин; Под ред. Л.С. Ляховича -М.: Металлургия, 1981. 424 с.

42. Белякова В.И., Верещагина А.А., Банас И.П. Диффузионно-дисперсионный способ упрочнения поверхности аустенитной стали // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1991. - № 11. - С. 2-4.

43. Inia D., Arnoldik W. New method of a low temperature gas nitrogen hardening // 10-th Congr. Int. Fed. Heat Treat, and Surface Eng., Brighton, Sept. 1996. P. 217-220.

44. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.-И., Бёмер 3. Теория и технология азотирования. М.: Металлургия, 1991. - 320 С.

45. Лахтин Ю.М. Высокотемпературное азотирование // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1991. - № 2. - С. 25-29.

46. Лахтин Ю.М. Диффузионные основы процесса азотирования // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1995. - № 7. - С. 14-17.

47. Nobuyaki I., Mitochi К., Yoshihuro К. Influence of temperature of a nitrogen hardening on properties of steel at a gas nitriding // 10-th Congr. Int. Fed. Heat Treat, and Surface Eng., Brighton, Sept. 1996. P. 71-73.

48. Савинцев М.И., Упрочнение стали 38Х2МЮА азотированием в различных средах.// Металловед, и термич. обраб. металлов. 1997. - № 11. - С. 19-21.

49. Солдатов В.И., Межонов А.Е., Александров В.А., Бибиков С.И. Разработка технологии и комплекса оборудования для азотирования сталей в атмосфере аммиака и воздуха // Металловед, и термич. обраб. металлов. — 1988. — № 12. С. 28-30.

50. Somers М.А., Mittemeijer E.J. Verbindungsschichtbildung wehrend des Gfsnitrierens und des Gas und Salzbadnitrocarburierens // Harter. teen. Mitt. 1992. -Vol. 47, №1-3.-P. 5-13.

51. Тарасов A.H., Евсина E.H. Химико-термическая обработка деталей в новом карбюризаторе // Машиностроитель. 1999. - № 5-6. — С. 13-16.

52. Карпов Л.П. Нитроцементация сталей с применением триэтаноламина // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1998. - № 2. - С. 8-11.

53. Мелешкин В.Л., Зинченко В.М. К вопросу точности регулирования углеродного и азотного потенциалов печных атмосфер при цементации и нитроцемента-ции деталей // Автомобильная промышленность. 1997. - № 2. - С. 26-28.

54. Шапочкин В.И., Пожарский A.B., Семенова Л.М. Фазовый состав и механические свойства нитроцементованных слоев низколегированных сталей // Изв. АН СССР. Металлы.- 1985.-№ 1.-С. 154-158.

55. Лахтин Ю.М. Современное состояние процесса азотирования // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1993. - № 7. - С. 6-11.

56. Гюлиханданов Е.Л., Шапочкин В.И. Кинетика насыщения стали азотом и углеродом при высокотемпературной нитроцементации с высоким азотным потенциалом // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1994. - № 4. - С. 2-5.

57. Лахтин Ю.М. Регулирование фазового состава и содержания азота в нит-ридном слое при азотировании стали 38Х2МЮА // Металловед, и термич. обраб. металлов.-1996.-№ 1.-С. 6-11. . • •

58. Зинченко В.М. Энергосберегающие технологии цементации и нитроцементации // Автомобильная промышленность. 1986. - № 3. - С. 24-27.

59. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение, 1976.-256 с.

60. Лахтин Ю.М;, Коган Я.Д., Сошкин С.М. Азотирование сталей в вакууме // Металловед, и термич. обраб. металлов. —1980. -№ 9. С. 13-15.

61. Аничкина Н.Л., Боголюбов B.C., Бойко В.В., Денисов В.Е., Дукаревич И.С. Сравнение методов газового, ионного и вакуумного азотирования // Металловед, и термич. обраб. металлов. -1989. № 3. - С. 9-12.

62. Бараз В.Р., Грачев C.B. Низкотемпературное азотирование аустенитной стали в виброкипящем слое // Металловед, и термич. обраб. металлов. — 1999. № 11. -С.6-10.

63. Заваров A.C., Грачев C.B. Термическая и химико-термическая обработка в кипящем слое // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1987. -№ 10. - С. 36-38.

64. Трусова И.И. Дефекты, возникающие при химико-термической обработке деталей из хромоникелевых сталей, и методы их устранения // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1994. - № 9. - С. 31-33.

65. Тихонов А.К., Богданова Н.В., Криштал М.А. Повышение качества и долговечности рычага привода клапана автомобилей ВАЗ // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1990.- № 12.-С. 14-15.

66. Гюлиханданов E.JI., Хайдоров А.Д. Ускорение процессов диффузионного насыщения при неизотермической химико-термической обработке // Металловед, и термич. обраб. металлов. 2001. - № 6. - С. 16-20.

67. Тельдеков В.А., Гончаров А.Г., Филиппова Л.Т. Интенсификация азотирования деталей из стали 38Х2МЮА // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1990. -№ 5.-С. 19-21.

68. Шашков Д.П., Горячев А.Б. Кинетика формирования диффузионного слоя на стали 38Х2МЮА при газоциклическом азотировании // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1999. - № 6. - С. 3-5.

69. Зинченко В.М., Сыропятов В.Я., Барелко В.В., Быков Л.А. Газовое азотирование в каталитически приготовленных аммиачных средах // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1997. -№ 7, — С. 7-11.

70. Банных O.A., Зинченко В.М., Прусаков Б.А., Сыропятов ВЛ. Развитие азотирования в России. М.: Изд-во Ml ТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. - 68 с.

71. Кеткин В.Н., Сорокин В.Г., Петрова Т.А., Ракин В.Г. Влияние предварительной термической обработки на формирование азотированного слоя и свойства стали ЗОХГСА // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1991. - № 2.- С. 29-30.

72. Герасимов С.А., Жихарев A.B., Голиков В.А., Гресс В.А., Зубарев Г.И. Влияние предварительной термической обработки на структуру и свойства азотированных сталей // Металловед, и термич. обраб. металлов. 2000. - № 6. - С. 24-25.

73. Коган Я.Д., Сазонова З.С., Бойко C.B., Александрова В.Д. Предварительная подготовка поверхности перед нанесением упрочняющих защитных покрытий // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1993. - № 12. - С. 24.

74. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение, 1973. -182 с.

75. Тихонов А.К. Химико-термическая обработка в массовом производстве // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1996. -№ 1. - С. 15-18.

76. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Кольцов В.Е., Бойназаров У.Р. Влияние предварительного оксидирования на процесс кратковременного азотирования // Металловед. и термич. обраб. металлов. 1993. -№ 3. - С. 31-33.

77. Дукаревич И.С. Уменьшение деформации деталей цилиндрической формы при азотировании // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1990. - № 12. -С. 18-19.

78. Симонов В.Н., Хасянов М.А. Математическое моделирование процесса формирования диффузионных покрытий с периодической структурой //Металловед, и термич. обраб. металлов. — 1994. № 6. - С. 6-9.

79. Попович A.A. Механохимический метод азотирования легированного феррита // Изв. вузов. Черная металлургия. 1994. - № 1. - С.70-75.

80. Арзамасов Б.Н., Симонов В.Н., Зубков H.H., Овчинников А.И., Васильев В.Г., Хасянов М.А. Механо-химико-термическая обработка поверхности деталей машин // Вестник машиностроения. 1993. - № 7. - С. 32-35.

81. Чудина О.В., Боровская Т.М. Упрочнение поверхности сталей легированием при лазерном нагреве с последующей химико-термической обработкой // Металловед. и термич. обраб. металлов. 1997. - № 7. - С. 11-14.

82. Лахтин Ю.М., Чудина О.В. Химико-термическая обработка лазернолегиро-ванных сталей // Металлургия. 1997. - № 9. - С. 64-67.

83. Чудина О.В. Комбинированное поверхностное упрочнение стали (лазерное легирование + азотирование) // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1994. -№ 3. - С. 2-5.

84. Рыжов Н.М., Гуляев A.A., Пахомова С.А. Структура и контактная выносливость цементованной стали 12Х2Н4А после поверхностного пластического деформирования // Металловед, и термич. обраб. металлов. — 1986. -№ 3. — С. 30-33.

85. Тиняев В.Г., Назаренко В.Д., Лахник A.M. Особенности формирования диффузионных слоев на сплавах железа после предварительной пластической деформации // Металлофизика и новейшие технологии. 1996. - Т. 18, № 2. - С. 45-51.

86. Власов В.М., Жигунов К.ВМ Иванькин И.С., Васин М.И. Влияние предварительной холодной пластической деформации на кинетику процесса никотрирования:теплостойких сталей // Металловед, и термин, обраб. металлов. 2002. - № 9. -С. 39-41.

87. Золотько В.А. О возможности изготовления поршневых пальцев дизельных двигателей из стали 18ХГТ с использованием схемы механо-химико-термического упрочнения // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1997. - № 6. - 33-35.

88. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Солодкин Г.А., Глиберман Л.А. Прогнозирование распределения твердости в азотированном слое сталей // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1986. - № 1. - С. 14-18.

89. Зенкин H.A. Рациональное использование химико-термической обработки для упрочнения стальных деталей // Технология металлов. 1999. - № 3. - С. 6-8.

90. Минаев Ю.А., Омельченко A.B. Изотропные зоны в азотированных сталях // Изв. вузов. Черная металлургия. 1998. - № 7. - С. 77-78.

91. Шапочкин В.И., Смирнов К.О. Формирование структур нитроцементован-ных слоев низколегированных сталей в условиях лазерного нагрева // Металловед, и термич. обраб. металлов. 2002. - № 10. - С. 28.

92. Кольцов В.Е. Теоретические и технологические основы регулируемых процессов оксикарбонитрирования для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин // Металловед, и термич. обраб. металлов. 2002,- № 4. -С. 9-13.

93. Банас И.П., Алексеева Г.П., Уткина А.Н. Современные стали для высоконапряженных зубчатых колес // Вестник машиностроения. 1985. - № 9. - С. 12-15.

94. Зинченко В.М. Выбор методов химико-термической обработки сталей // Автомобильная промышленность. 1986. -№ 9. - С. 30-32.

95. Салькова С.С., Захарюк М.В., Рудман B.A. Влияние ионного азотирования на свойства сталей, применяемых в двигателестроении // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1986. -№ 8. - СЛ6-19.

96. Тихонов А.К. Металлические материалы для легкового автомобиля // Металловед. и термич. обраб. металлов. —1989. -№ 8. С. 29-34.

97. Глинер P.E. Перспективы металловедения в автомобильном производстве // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1997. - № 10. - С. 34-37.

98. Арзамасцев В.А., Сардаев Н.И., Кочергин A.C. Технология холодной объемной штамповки и химико-термической обработки корпуса внутреннего шарнира автомобиля ВАЗ // Металловед, и термич. обраб. металлов. 1996. - № 11. -С. 18-20.

99. Тихонов А.К. Разработка и освоение новых сплавов, технологии поверхностного упрочнения деталей легковых автомобилей при массовом производстве: Дис. докт. техн. наук: 05.16.01. Защищена 27.04.95; Утв. 29.09.95. - М., 1995. -383 с.

100. Тихонов А.К. Современные стали для легковых автомобилей (обзор) // Металловед. и термич. обраб. металлов. —1994. № 10. - С. 22-23.

101. Коган Я.Д., Шапошников В.Н. Азотирование в машиностроении // Азотирование стали в тлеющем разряде: Сб. науч. тр. / МАДИ. М., 1989. - Вып. 14. — С. 65-75.

102. Hoffman F., Mayer P. Development of process of a nitrogen hardening under high pressure regulated in potential of a nitriding II 10-th Congr. Int. Fed. Heat Treat, and Surface Eng., Brighton, Sept. 1996. P. 73-74.

103. Симиновский И.М. Структура и свойства никотрированных слоев на микролегированных конструкционных сталях и методы оценки их износостойкости: Дис. канд. техн. наук: 05.16.01. Защищена 16.02.96; Утв. 08.06.96. - Тула, 1996. -235 с.

104. Зейдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.W

105. Хунгер Г.И. Избранные методы исследования в металловедении. М.: Металлургия, 1985.-416 с.

106. Русаков A.A. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. - 480 с.

107. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970.-376 с.

108. Уманский Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1969. - 496 с.

109. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. — М.: изд-во МИСиС, 1994. 328 с.

110. Амелинкс С. Методы прямого наблюдения дислокаций. М.: Мир, 1968. -346 с.

111. Шарлат Е.С. Свойства комбинированных покрытий на сталях // Новые методы химико-термической обработки в машиностроении: Сб. науч. тр. / МАДИ. -М., 1992.-С. 83-89.

112. Похмурский В.И., Далисов В.Б., Лахтин Ю.М., Голубец В.М. Повышение долговечности деталей машин с помощью диффузионных покрытий. Киев: Науко-ва Думка, 1980.-188 с.

113. Дроздов Ю.Н. Обобщенные характеристики для оценки износостойкости твердых тел // Трение и износ. 1980. - Т. 1, № 3. - С. 417-424.

114. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей. — М.: Машиностроение, 1987. — 304 с.

115. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. М.: Металлургия, 1977. - 356 с.

116. Зинченко В.М., Арзамасцева Э.А. Атмосфера на основе азота // Технология автомобилестроения. 1978. - № 10. - С. 6-12.

117. Щербединский Г.В., Ващенко А.П., Еднерал А.Д., Саррак В.И. Современные методы повышения прочности и сопротивления хрупкому разрушению // Металлургия: проблемы, поиски, решения. -М: Металлургия, 1988. С. 120-147.

118. Шевеля В.В., Койда Г.С. Фреттинг-усталость металлов. — Хмельницкий: Изд-во Подилля, 1998. 299 с.

119. Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -301 с.