автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка структурного состояния азотированного слоя конструкционных сталей, ответственного за их износостойкость

На правах рукописи

МИЧУГИНА МАРИЯ СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ АЗОТИРОВАННОГО СЛОЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ, ОТВЕТСТВЕННОГО ЗА ИХ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ

Специальность 05.02.01 - Материаловедение (машиностроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

\ /

J

ги27 1

Москва

- 2008

003170271

Работа выполнена в ИНСТИТУТЕ МЕТАЛЛУРГИИ и МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ им. А.А БАЙКОВА РАН

Научный руководитель доктор технических наук, профессор, Куксенова Лидия Ивановна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Фаткуллин Олег Хикметович доктор технических наук, профессор, Елагина Оксана Юрьевна

Ведущая организация Научно-производственное объединение «Сатурн»

Защита состоится

на заседании диссертационного совета Д212.125.10 Московского авиационного института (государственного технического университета) по адресу: 125993, Москва, Волоколамское шоссе, д. 4, тел. 158-58-62

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета)

Автореферат разослан

Ученый секретарь

_2008 года

N

диссертационного Совета I А' I V к.т.н., доцент Ю.Ю. Комаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современные требования научно-технического прогресса в отношении создания конструкционных материалов с заданными гарантируемыми свойствами определяют направления развития как теоретических представлений, так и методологии технологических разработок, обеспечивающих реализацию нано- суб- и микроструктурных превращений и связанных с ними новых свойств

В настоящее время повышение долговечности и надежности деталей машин за счет современных методов модифицирования поверхности конструкционных материалов является одной из основных проблем машиностроения Особое место в этой проблеме занимают узлы трения Связано это с тем, что 85-90% машин не достигают требуемого ресурса по причине износа поверхностей сопряженных деталей Затраты на ремонт и техническое обслуживание изделий машиностроения в несколько раз превышают их стоимость

Азотирование является одним из эффективных способов поверхностного модифицирования, повышающих твердость, износостойкость, задиростойкость, усталостную и коррозионную стойкость деталей машин Поэтому оно нашло наиболее широкое применение в тех случаях, когда основной причиной разрушения деталей является сила трения Развитие азотирования в нашей стране связано с именами Лахтина Ю М, Арзамасова Б Н и др

Сопротивление изнашиванию металлических материалов является структурно-чувствительной характеристикой Для технологического обеспечения процесса формирования износостойкой структуры при азотировании необходимым условием является знание закономерностей, описывающих взаимосвязи исходной структуры поверхностного слоя и структуры, деформированной при трении поверхностной зоны, с триботехническими характеристиками сопряжения Поэтому актуальным и перспективным направлением развития и совершенствования технологии азотирования является трибологический подход к оценке качества азотированного слоя и разработке структурных критериев износостойкости поверхностных слоев для повышения работоспособности азотированных конструкционных сталей в условиях трения и изнашивания, развиваемый Куксеновой Л И, Лаптевой В Г и др

Цель работы. Выявление структурных факторов азотированных сталей и разработка обобщенного критерия, ответственного за триботехнические характеристики узлов трения

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи

1 Изучить закономерности влияния нитридообразующих элементов на характеристики структуры азотированных слоев, твердость и износостойкость сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками

2 Изучить влияние термической обработки перед азотированием, условий нагрева при диффузионном насыщении, температуры и способов азотирования на взаимосвязь структуры и износостойкости сталей

3 Разработать аналитическую зависимость, определяющую связь износостойкости азотированных сталей и сплавов с параметрами структуры, твердостью азотированного слоя и структурой зоны трения

4 Установить экспериментальные зависимости триботехнических характеристик азотированной стали с рациональными характеристиками структуры при трении в паре с промышленными сплавами для практических рекомендаций

Автор защищает.

1 Экспериментальные результаты оценки влияния легирующих элементов азотируемых сталей и сплавов на характеристики структуры и свойств поверхностных слоев и выявленные наиболее значимые структурные критерии азотированных конструкционных сталей, ответственные за триботехнические характеристики диффузионной зоны

2 Установленные закономерности влияния условий термической обработки перед азотированием и азотирования сталей и сплавов на зависимости износостойкости от характеристик структуры и свойств поверхностных слоев

3 Разработанный обобщенный параметр, определяющий взаимосвязь между характеристиками структурного состояния азотированного слоя, деформированной при трении поверхностной зоны, твердостью и относительной износостойкостью конструкционных азотированных сталей

4 Рекомендации по структурному состоянию поверхностного слоя азотированных сталей и технологическим условиям его реализации для повышения триботехнических характеристик конструкционных материалов

Научная новизна.

1 Для азотированных сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками экспериментально установлены основные характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющие на уровень поверхностного разрушения при трении размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки сс-твердого раствора, значения физического уширения интерференционных линий азотированного твердого раствора до и после трения, твердость азотированного слоя в исходном состоянии и после трения, определенная по физическому уширению интерференционных линий Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены природой легирующих элементов, а характеристики твердости и износостойкости определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций при Деформации в зависимости от степени когерентности нитридов и матрицы и размерных соотношений их решеток Показано, что чем выше способность азотированных сталей и сплавов к деформационному упрочнению, тем выше их износостойкость при трении

2 Установлено, что при изотермическом азотировании сталей с ферритной матрицей частицы нитридов легирующих элементов достигают наибольших размеров, плотность их распределения, физическое уширение интерференционных линий ос-фазы и твердость азотированного слоя ниже, чем после традиционного азотирования в активной среде, при изотермическом азотировании реализуется наибольшая износостойкость диффузионных слоев, непосредственно прилегающих к поверхности

3 На основе установленных закономерностей изменения уровня поверхностного разрушения конструкционных легированных сталей при разных методиках триботехнических испытаний в зависимости от структурного состояния и свойств азотированных слоев разработан обобщенный параметр структуры и свойств поверхностного слоя, учитывающий характеристики азотированного слоя и зоны поверхностной пластической деформации при трении и линейно связанный с относительной износостойкостью сталей

Практическая значимость.

1 На основе данных сравнительных триботехнических испытаний по разным методикам сплавов с разными типами кристаллических решеток матрицы сформулированы условия технологической обработки для достижения высокой износостойкости В сплавах с ферритной основой максимальная износостойкость реализуется при образовании некогерентных частиц нитридов легирующих элементов (для стали 38Х2МЮА рекомендуется температура азотирования 620°С) Максимальная твердость соответствует образованию когерентных с матрицей частиц нитридов Для конструкционных сплавов на у-основе, легированных N1, Cr, AI, Ti, в диапазоне температур азотирования 500-660°С изменение твердости приводит к аналогичному изменению износостойкости, максимум твердости и износостойкости соответствует температуре азотирования 540°С

2 Обоснована необходимость исключения обезуглероженного слоя перед азотированием деталей триботехнического назначения в необезуглероженном поверхностном слое при азотировании формируются более крупные частицы нитридов легирующих элементов, что связано с увеличением доли гетерогенного зарождения нитридов и приводит к двукратному увеличению износостойкости по сравнению с обезуглероженным азотированным поверхностным слоем

3 С трибологической точки зрения сформулированы условия двухступенчатого азотирования стали 38Х2МЮА Повышение температуры первой ступени от 520 до 560°С при температуре второй ступени 620°С вызывает уменьшение твердости слоя от 11000 до 8000 HV Повышение температуры второй ступени от 620 до 700сС при температуре первой ступени 520°С приводит к уменьшению твердости от 11000 до 6500HV Износостойкость увечичивается в обоих случаях, при этом наиболее эффективным является повышение температуры второй ступени

4 Разработанный обобщенный параметр структуры азотированного слоя, учитывающий характеристики диффузионного слоя и зоны пластической деформации при трении и линейно связанный с относительной износостойкостью, рекомендован в качестве средства для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии

5 Стендовыми испытаниями подтверждена эффективность применения обобщенного параметра структуры и свойств азотированных сталей для подбора пар трения «азотированная сталь - промышленный сплав» Полученные триботехнические характеристики пар «азотированная сталь 38Х2МЮА -промышленный сплав (бронза, сталь, чугун)» использованы в базе данных по триботехническим характеристикам сопряжений технологического оборудования

и рекомендованы для использования при конструировании узлов трения высокого качества

Апробация работы.

Результаты работы были доложены на научно-практической конференции "Трибология - машиностроению" (Москва, 2006 г ), на первой международной конференции "Деформация и разрушение материалов" (Москва, 2006 г), на международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика С Т Кишкина, "Научные идеи С Т Кишкина и современное материаловедение" (Москва, 2006)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ

Объем работы Диссертация состоит из введения, постановки задачи исследования, пяти глав, общих выводов и списка использованной литературы Общий объем работы составляет 227 страниц, включая 62 рисунка, 8 таблиц и библиографию из 146 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении изложены этапы развития азотирования и современные концепции формирования структуры азотированного слоя Отмечены существующие критерии износостойкости азотированных слоев и преимущества технологии азотирования по сравнению с другими видами упрочнения, используемыми для повышения надежности и долговечности сопряжений Показаны перспективность и актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна, практическая значимость и сформулированы основные положения, которые выдвигаются автором на защиту

Первая глава посвящена обзору отечественных и зарубежных исследований о влиянии структурных параметров поверхностного слоя на триботехнические характеристики сопряжений Показано, что в процессе трения в зоне деформации происходит трансформация исходной структуры в структуру трения, которая непосредственно контролирует триботехнические характеристики и, прежде всего, уровень поверхностного разрушения Износостойкость является структурно-чувствительной характеристикой Выявлен общий характер разрушения поверхностных слоев при трении качения и скольжения, связанный с универсальным механизмом усталостного разрушения Разница заключается в том, что в условиях трения скольжения процессы зарождения и развития трещин происходят на меньшем расстоянии от поверхности в отличие от пар, работающих в условиях трения качения

Рассмотрено влияние типа кристаллической решетки на трение и износ Показано, что при переходе металлов в модификацию с кубической решеткой процессы схватывания при трении происходят интенсивнее При одинаковом типе кристаллической решетки характеристики трения связаны с величиной ее параметра Для металлов с ГПУ решеткой коэффициент трения линейно уменьшается с увеличением отношения с/а Кроме того, на процесс трения влияют силы связи в решетке, которые характеризуются модулем упругости Юнга и коэффициентом линейного расширения а Установлено, что износ возрастает с увеличением а и снижается с ростом величины модуля упругости

Показано, что большей износостойкостью обладают гетерогенные структуры, для создания которых эффективным средством является химико-термическая обработка, в частности азотирование Азотированные стали представляют собой градиентный материал, химический и фазовый состав которых изменяются в зависимости от расстояния от поверхности Каждому уровню изнашивания соответствует определенное структурное состояние Для азотированных сталей структура, соответствующая высокой 1вердости и высокой износостойкости, различна

Рассмотрены современные представления о механизме формирования структуры азотированного слоя Свойства азотированного слоя сталей определяются частицами нитридов (типом, размером, количеством) В зависимости от температуры азотирования и состава стали наблюдаются разные стадии формирования структуры, аналогичные стадиям распада пересыщенных твердых растворов Основным механизмом образования нитридов принято считать механизм, подобный старению сплавов С повышением температуры азотирования увеличивается размер нитридов легирующих элементов, уменьшается плотность их распределения и происходит нарушение когерентности решеток нитридов и матрицы

Повышение твердости и износостойкости в результате азотирования наиболее заметно на легированных сталях В качестве легирующих элементов в азотируемых сталях чаще всего используют нитридообразующие Сг, Мо, А1 Электронномикроскопические исследования показали, что во всех случаях образуются нитриды с одинаковой решеткой типа ЫаС1, что объясняется кристалло-геометрическими соотношениями и кинетикой формирования нитридов

Изучение триботехнической эффективности азотирования ведется в двух основных направлениях установление роли слоя нитридов железа, непосредственно прилегающих к свободной поверхности, и роли диффузионной зоны Показано, что в условиях реверсивного трения скольжения наиболее износостойкой является е-фаза (нитрид Рег-з^К структура которой является нанокристаллической Высокая твердость диффузионной зоны не является условием высокой износостойкости Высокой износостойкостью обладает диффузионная зона, в состав которой входят дисперсные некогерентные частицы нитридов легирующих элементов

В результате выполненного аналитического обзора показано, что в настоящее время практически отсутствуют работы, которые отражают комплексный подход к качеству азотированного слоя с позиций трибологии, учитывающий совместно микроскопические характеристики материала зоны деформации при трении и макроскопические характеристики пары трения в целом (потери на трение и износ) Такое положение в практике азотирования тормозит развитие принципов научно-обоснованного выбора технологических режимов обработки конструкционных материалов триботечнического назначения и реализацию структурных резервов азотированных сталей

Вторая 1лава содержит описание материалов и методик исследований

Исследовали стали перлитного и мартенситного классов 40Х, 38Х2МЮА, ВКС-7 и модельные сплавы на основе железа с ОЦК решеткой, легированные Сг, Мо, А1 в количестве до 4ат %, и на основе железа с ГЦК решеткой, легированные N1 (29ат %), Сг, А1, Т] в количестве до 4ат %

Стали 38Х2М10А и 40Х подвергали улучшению по принятым для этих материалов режимам Для уточнения режимов термической обработки стали ВКС-7 определяли критические точки дилатометрическим методом Модельные сплавы перед азотированием отжигали при 900°С, 2ч Насыщение поверхности образцов осуществляли газовым и ионным азотированием и ионной имплантацией азота Проводили также двухступенчатое газовое азотирование

Выбор экспериментальных методик для изучения структуры и свойств азотированных слоев основан на использовании трибологического метода оценки качества поверхностных слоев В основе метода лежит оценка микроскопических критериев материала приповерхностного микрообъема (физическое уширение интерференционных линий, фазовый состав, размер частиц) и макроскопических критериев пары трения в целом (уровень поверхностного разрушения, допустимые давления, относительная износостойкость) Микроскопические критерии выявляют структурное состояние зоны деформации при трении, макроскопические - отражают механизм контактного взаимодействия, связанный с деформацией и разрушением слоев, а в совокупности они характеризуют качество азотированного слоя с позиций трибологии

Для оценки микроскопических критериев применяли металлографический, рентгеноструктурный и электронномикроскопический методы

Металлографические исследования проводили на световом микроскопе №орЬо1-32 Электронномикроскопические исследования проводили на электронном микроскопе ТЕБЬА В8-540 в режимах микродифрации, темнопольного и светлопольного изображений Для оценки характеристик структуры азотированного слоя в исходном до трения состоянии проводили рентгеносъемки на дифрактометре ДРОН-4С в монохроматическом Со-Ка излучении с компьютерной обработкой Изучение структуры зоны поверхностной пластической деформации после трения осуществляли с помощью специального метода скользящего пучка рентгеновских лучей Неразрушающий послойный анализ деформированных поверхностных слоев проводили в Со-Ка излучении

Оценку микротвердости проводили на приборе ПМТ-3 по ГОСТ'9450-60 при нагрузке 1Н, оценку твердости по Виккерсу проводили на приборе ТП по ГОСТ29999-59 при нагрузке 50Н

Триботехнические испытания проводили по трем методикам Для схемы скольжения ролика по плоскости использовали машину трения Шкода-Савин при числе оборотов ролика 675 мин"1 и давлении 150Н, испытания при трении качения роликов с проскальзыванием 10% проводили на машине трения СМЦ-2 при скорости вращения нижнего ролика 200 об/мин, верхнего - 180 об/мин, испытания при трении скольжения проводили на восьмипозиционной машине трения МТ-8 с возвратно-поступательным движением образцов при средней скорости скольжения 0,19 м/с и давлении до 40 МПа Оценивали макроскопические

характеристики пары трения в целом (интенсивность изнашивания, относительную износостойкость, стойкость к заеданию и фрикционность).

В третьей главе представлены результаты исследования зависимости износостойкости азотированных конструкционных сталей и сплавов от характеристик структурного состояния поверхностного слоя. На основе исследования сплавов с ОЦК и ГЦК решетками, азотированных при разных температурах, показано, что влияние легирующих элементов на структуру и износостойкость сплавов с а- и у-основами различно. На рис. 1,2 представлено изменение физического уширения интерференционных линий (З^ы;,, твердости НЛ/ и износостойкости £ сплавов с а- и у-основами, азотированных при разных температурах. В сплавах с а-основой с уменьшением твердости и Р(22о, относительная износостойкость увеличивается. На кривой зависимости износостойкости от температуры азотирования существует максимум для стали 38Х2МЮА, соответствующий 620°С. Результаты электронномикроскопических исследований показали, что при повышении температуры азотирования происходит увеличение размера нитридов легирующих элементов, уменьшение плотности их распределения и потеря когерентной связи с матрицей. Образование некогерентных частиц нитридов легирующих элементов снижает уровень микродеформации кристаллической решетки азотированного а-твердого раствора, что увеличивает запас пластичности и работоспособность при трении.

В сплавах с у-матрицей для всех температур азотирования наблюдается прямая корреляция между твердостью, износостойкостью и физическим уширением линий. Ранее проведенные электронномикроскопические исследования дают основание полагать, что такая корреляция обусловлена особенностями формирования структуры диффузионного слоя: в сплавах с у-матрицей по мере повышения температуры азотирования формируются нестабильные зародыши нитридных фаз, когерентные и полукогерентные кристаллической решетке матрицы. Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены разной природой легирующих элементов, а характеристики механических свойств определяются особенностями дислокационной структуры в зависимости от связи и соотношений решеток матрицы и нитридов.

№Г <.ЛГ 7 ?<ЖГ

Рис. 1. Влияние температуры азотирования на микротвердость, физическое уширение интерференционной линии (220) а-фазы и

износостойкость

сплава

и

твердость,

Рис.2. Влияние легирующих элементов на твердость, физическое уширение

интерференционной линии (222) у-фазы и износостойкость сплава Ре+29%№

уширение

На примере сталей 38Х2МЮА и 40Х показано, что установленные закономерности влияния структуры азотированного слоя на износостойкость сохраняются при разных методах испытаний трении скольжения, реверсивном трении скольжения, трении качения с проскальзыванием

Изучали взаимосвязь способности азотированных сталей и сплавов к деформационному упрочнению и их износостойкости В табл 1 приведены результаты экспериментальной оценки приращения микро твердости ДНУ, физического уширения интерференционных линии (220) ос-матрицы ДРрго) в результате гидродробеструйной обработки азотированной стали 38Х2МЮА и ее износостойкости е при разных температурах азотирования

Проведенные эксперименты показали, что существует прямая связь между эффектом деформационного упрочнения азотированных сталей, степенью когерентности упрочняющей фазы и максимальной износостойкостью

Следовательно, способность поверхностного слоя к деформационному упрочнению, которая в данной работе оценивалась по ДНУ и Д^ьи), может служить одним из критериев износостойкости азотированных сталей

Таким образом, для азотированных ставов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками экспериментально установлены наиболее значимые характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки а-твердого раствора, значения физического уширения интерференционных линий азотированного твердого раствора и материала зоны деформации при трении, твердость азотированного слоя

Таблица 1

Влияние гидродробеструйной обработки на свойства стали 38Х2МЮА

Температура азотирования, °С ДНУ, МПа Ар(220), мрад е

500 500 2,5 1,5

540 550 4,0 1,7

580 1600 8,0 2,5

620 2500 11,0 4,5

660 2800 12,5 3,8

В четвертой главе рассмотрено влияние технологических факторов термической обработки перед азотированием и способов азотирования на выявленные закономерности связи структуры и износостойкости азотированных конструкционных сталей

Значительное влияние на структуру и износостойкость оказывает обезуглероживание поверхностного слоя азотируемой стали, рис 3 Видно, что анализируемые характеристики структуры и свойств существенно отличаются Износостойкость необезуглероженного поверхностного слоя выше более чем в два раза по сравнению с обезуглероженным слоем

Электронномикроскопические исследования показали, что в обезуглероженном слое стали ВКС-7 размер нитридных частиц составляет 3-4 нм, в необезуглероженном - 15-20 нм Больший размер нитридных частиц связан с

увеличением доли гетерогенного зарождения вследствие сохранения после закалки и высокого отпуска дефектов кристаллического строения Образование крупных частиц нитридов приводит к уменьшению величины микродеформации кристаллической решетки матрицы и увеличению относительной износостойкости

Показано, что на структуру и износостойкость азотированных сталей влияют условия нагрева, в частности состав среды Нагрев стали 38Х2МЮА до температуры азотирования в инертной (чистый азот) и активной (аммиак) средах и последующая выдержка при температуре азотирования приводят к существенным различиям в структуре и свойствах азотированного слоя После нагрева в инертной среде и последующей выдержки в аммиаке при

а-Рщ а-"

г-

1

Рис 3 Характеристики азотированной стали ВКС-7

поверхностных слоев

ойезуглерохеыяя несбеэдгАерох&юя /мЛергчость поверхность

постоянной температуре (изотермическое азотирование) частицы нитридов легирующих элементов в поверхностных слоях достигают больших размеров и нарушается их когерентность с кристаллической решеткой матрицы Плотность распределения частиц, физическое уширение интерференционных линий а-фазы и твердость ниже, а относительная износостойкость в >2 раза выше, чем после традиционного азотирования

На основе анализа структуры и свойств поверхностных слоев сталей и сплавов, полученных разными способами насыщения поверхности азотом, показано, что установленные закономерности влияния параметров структуры и свойств азотированного слоя на триботехнические характеристики конструкционных сталей являются общими

Пятая глава посвящена разработке обобщенного параметра структуры и свойств поверхностного слоя для оптимизации процесса азотирования изделий с позиций износостойкости На основе теоретических и экспериментальных данных проанализирована взаимосвязь интенсивности изнашивания металлических материалов при трении с характеристиками их структуры и свойств Отмечается, что физическое уширение интерференционных линий является структурно-чувствительным параметром, характеризующим основные свойства кристаллов Поэтому при выявлении аналитических зависимостей уровня поверхностного разрушения при трении от характеристик структурного состояния деформированного металла этот параметр используется чаще всего Эти зависимости позволяют с позиций износостойкого структурного состояния решать задачи оптимизации свойств материала триботехнического назначения

Обобщение экспериментальных результатов, представленных в главах 3 и 4, было направлено на установление аналитической взаимосвязи наиболее значимых

характеристик структурного состояния азотированного слоя, характеристик структуры деформированного при трении поверхностного микрообъема и уровня поверхностного разрушения азотированных конструкционных сталей при трении, оцениваемого относительной износостойкостью, с целью разработки обобщенного параметра структуры и свойств поверхностного слоя для совершенствования технологии азотирования сталей с позиций трибологии

В основу выявления аналитической взаимосвязи структуры и износостойкости положен подход, предложенный Ю Н Дроздовым, к разработке безразмерного физико-механического комплекса для расчетов на износ цементованных деталей зубчатых передач

Разработанный применительно к азотированному диффузионному слою этот критерий назван обобщенным структурным параметром азотированных сталей и обозначен Па Отличительной особенностью оценки величины Па является то, что основные характеристики структуры диффузионной зоны размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, размер зоны сдвига при деформации, твердость материала зоны поверхностной пластической деформации при трении, уровень микродеформации кристаллической решетки, характеристики плотности дислокаций азотированного слоя и деформированной зоны, получены экспериментальными методами при применении рентгеноструктурного анализа в стандартном исполнении и специального рентгенострукгурного метода неразрушающего послойного исследования поверхностей трения, электронной микроскопии и измерения твердости

С учетом преобразований применительно к азотированному состоянию сталей и сплавов и методикам определения их структурно-чувствительных характеристик, а также с учетом того, что экспериментально оценивалась величина относительной износостойкости в качестве параметра, характеризующего уровень поверхностного разрушения при трении, выражение для обобщенного структурного параметра азотированного поверхностного слоя имеет следующий вид

В соотношении для Па использованы коэффициенты, которые определялись следующим образом Коэффициент К( учитывает отношение коэффициента геометрических параметров дислокационных петель и их распределение по линейным размерам к геометрическому параметру формы зерна Коэффициент К2 отражает изменение твердости азотированного слоя в процессе поверхностной пластической деформации при трении Его значение определяли из экспериментальных зависимостей НВ = ¡Г((ДсМ)1/2) для сталей, где АсЩ -микродеформация кристаллической решетки при деформации Н0 - твердость диффузионной зоны Д - средний размер блоков когерентного рассеяния Ь -расстояние между нитридами легирующих элементов, с!„ - их рамер А -постоянный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала, в - вектор

I 75

П.

Бюргерса, равный 2><1016 см'2, р0, РпР - исходное и предельное значения физического уширения интенференционных линий на рентгенограмме азотированного поверхностного слоя Для определения значения (Зпр пара трения с азотированным образцом испытывалась при трении до формирования задира, о котором судили по резкому увеличению коэффициента трения и появлению характерных повреждений поверхности После этого зона поверхностной пластической деформации при трении исследовалась рентгенографически и оценивалась величина физического уширения интерференционных линий материала приповерхностного слоя, в котором создаются условия для реализации предельной повреждаемости при трении Как показывает опыт трибологических исследований, в этих слоях достигается величина критической плотности дислокаций

На рис 4 приведены результаты оценки величины обобщенного структурного параметра Па и экспериментальные значения относительной износостойкости £ сталей Видно, что между величинами Па и с существует линейная связь Величина относительной износостойкости исследуемых сталей и сплавов изменяется в диапазоне от 0,9 до 4,5, при этом обобщенный параметр Па принимает значения от ОДхЮ5 до 0,9х 105 Два крайних значения соответствуют модельному сплаву типа Бе + 29%№ + 4%(Сг, А1, Т1) при температуре азотирования 500 - 620°С и стали 38Х2МЮА при температуре азотирования 620°С Все остальные значения Па и в, соответствующие разным сплавам и разным условиям азотирования, укладываются в единую линейную зависимость, указывая на высокую чувствительность разработанного структурного параметра к триботехнической характеристике Величины, входящие в выражение Па размер зоны сдвига, размер частиц второй фазы и их концентрация, твердость НВ, микродеформация кристаллической решетки, исходное и критическое значения плотности дислокаций, являются взаимосвязанными как в процессе технологической обработки, так и в условиях деформации и разрушения при трении Поэтому выбор режима технологии азотирования не можег бьпь основан на контроле какого-то одного параметра (в качестве которого на практике выступает твердость) Средство контроля должно быть комплексным, учитывающим как характеристики механических свойств, так и характеристики структуры поверхностных азотированных слоев

/

/

/

/ 1/

/

V

1 ; / 1 С 6 а 6 Пв'

Рис 4 Взаимосвязь относительной износостойкости г и обобщенного структурного параметра Па азотированных сталей и сплавов

Показано, что установленная зависимость характеристики поверхностного разрушения при трении азотированных сталей и обобщенного параметра структурного состояния поверхностных слоев является инвариантной Поэтому она служит аналитико-экспериментальным инструментом для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии

Для экспериментального подтверждения совокупности основных триботехнических характеристик пары трения с азотированным образцом были проведены стендовые испытания при трении азотированной стали 38Х2МЮА с рациональными характеристиками структурного состояния по конструкционным материалам, распространенным в узлах трения бронзам БрОФЮ-1 и БрОЦС5-5-5, сталям 20Х и ШХ15, серому чугуну СЧ21 без обработки и после изотермической закалки Испытания проводились в условиях реверсивного трения скольжения Оценивались показатели основных триботехнических свойств конструкционных материалов износостойкости, задиростойкости и фрикционности Основные экспериментальные результаты приведены в табл 2

Из приведенных данных следует, что антифрикционные бронзы БрОФЮ-1 и БрОЦС5-5-5 оказываются работоспособны с азотированной сталью в небольшом диапазоне нагрузок допустимые давления на пары составляют 15МПа и 10 МПа соответственно Несмотря на низкие уровни поверхностного разрушения образцов и малые значения коэффициентов трения, внутренние резервы высокой работоспособности азотированной стали не используются Требуемая долговечность при давлениях выше 10 МПа не достигается, т к при повышении давления она ограничена интенсивным разрушением сопряженного медного сплава

Таблица 2

Триботехнические характеристики пар «азотированная сталь 38Х2МЮА-промышленный сплав»

Промышленный сплав Смазочный материал Показатели износостойкости Стойкость к заеданию Коэфф трения

1,хЮ" 12х10ч 1хср хЮ9 Рд> МПа Ркр, МПа

БрОФЮ-1 Солидол 0,85 2,46 0,70 15 15 0,09

Бр05Ц5С5 Солидол 0,38 0,67 0,46 10 20 0,05

Сталь20Х (цементация) Солидол 0,80 0,46 0,39 10 20 0,10

СтальШХ15 Масло И-30А 0,62 0,40 0,35 40 40 0,08

Чугун СЧ21 Масло И-30А 2,14 1,77 0,34 40 40 0,05

Чугун СЧ21 (изотерм закалка) Солидол 1,75 2,65 0,88 40 40 0,10

При испытании стали 38Х2МЮА в паре со сталью 20Х, подвергнутой цементации с последующей закалкой, когда достигается величина твердости, равная твердости азотированной поверхности, наблюдается низкая стойкость к заеданию предельное давление не превышает 10 МПа, а критическое давление составляет 20 МПа Резервы по износостойкости азотированной стали также не

реализуются и ограничиваются появлением задира на поверхности цементованного образца

Испытания при трении азотированной стали 38ХМЮА по закаленной стали ШХ15 показали высокие характеристики стойкости к заеданию (Рд = 40 МПа, Рьр = 40 МПа) при достаточно низких значениях интенсивности линейного изнашивания и коэффициента трения Высокие характеристики по стойкости к заеданию имеют пары, которые состоят из азотированной стали 38Х2МЮА и серого чугуна СЧ21 Однако они уступают стальной паре 38Х2МЮА-ШХ15 по значениям интенсивности изнашивания при предельно допустимых значениях и, соответственно, по долговечности

Таким образом, показатели триботехнических свойств (износостойкость, стойкость к заеданию и фрикционность) пар трения, в которых одним элементом является азотированная сталь 38Х2МЮА, а вторым - распространенные в узлах трения бронзы, стали к чугуны, свидетельствуют, что применение азотирования для повышения износостойкости, надежности и долговечности сопряжений имеет большие перспективы Во всех исследованных парах азотированная сталь оказывается наиболее работоспособной Для обеспечения требуемой долговечности сопряжений, кроме оптимизации структурного состояния азотированного поверхностного слоя стали, необходим экспериментально обоснованный выбор материала сопряженного образца Полученные нами данные по триботехническим свойствам конструкционных материалов, работающих при разных нагрузках, переменных скоростях скольжения и разных условиях смазки, могут быть рекомендованы для использования при конструировании узлов трения высокого качества

ВЫВОДЫ

Диссертационная работа является завершенным научным исследованием, выполненным на актуальную тему - повышение триботехнических характеристик и долговечности изнашивающихся сопряжений машин и механизмов В ней содержится решение важной научно-технической задачи - повышение работоспособности азотированных изделий за счет создания структуры, отвечающей сформулированным научно-практическим принципам износостойкости азотированных сталей На основе выполнения аналитической, экспериментальной и теоретической частей работы сформулированы следующие выводы

1 Исследование сплавов на основе железа с ОЦК решеткой (Те +4%Мо, Бе+4%Сг, Ре+4%А1), азотированных в диапазоне температур 540-700°С, 35ч, и сплавов на основе железа с ГЦК решеткой (Р'е+29%1\т1+4%Сг, Ре+29°/о№+4°/оА1, Ре+29%№+4%Т1, Ре+29%№+4%(Сг,А1,Т1)), азотированных в диапазоне температур 450-660°С, 80ч, показало разное влияние легирующих элементов, их сочетания и температуры азотирования на структуру и износостойкость Для двойных сплавов с ферритной матрицей и постоянной концентрацией элементов при температуре азотирования 540°С набчюдается прямая корреляция между твердостью сплавов, физическим уширением интерференционных линий матрицы и относительной износостойкостью НУ = 5300, 7250, 9400 МПа, Р(22о) = 24, 27, 37 мрад, б = 1 2, 1,8, 2,2 соответственно для сплавов, легированных Мо, Сх, А1 При

изменении концентрации легирующего элемента в диапазоне от 1 до 4% в сплаве Бе - Сг износостойкость азотированного сплава увеличивается Показано, что с увеличением концентрации хрома происходит рост размера нитридных частиц и нарушается когерентная связь с матрицей В сплавах с ферритной основой максимальная износостойкость реализуется при образовании некогерентных нитридных частиц легирующих элементов, максимальная твердость соответствует образованию когерентных частиц нитридов

2 Установлено, что при повышении температуры азотирования от 540 до 700°С для сплавов с ферритной матрицей, содержащих 1 и 4%Сг, наблюдается монотонное уменьшение твердости и физического уширения интерференционных линий Относительная износостойкость при этом изменяется по кривой с максимумом, который соответствует 620° и 660° и равен 2,5 и 3,0 для сплавов Ре+1%Сг и Ре+4%Сг соответственно Результаты электронномикроскопических исследований показали, что при повышении температуры азотирования происходит увеличение размера частиц нитридов легирующих элементов и уменьшение плотности их распределения Максимальная износостойкость наблюдается при формировании некогерентных частиц с размером порядка 10 нм и расстоянием между ними 10-15 нм Образование некогерентных нитридов снижает уровень микродеформаций кристаллической решетки диффузионной зоны, что способствует повышению износостойкости азотированной стали

3 Испытания азотированных сталей 38Х2МЮА, ВКС-7 и сплавов Ие-Сг показали, что чем выше способность сплава к деформационному упрочнению, тем выше его относительная износостойкость

4 Исследование свойств азотированных сплавов на основе железа с ГЦК решеткой показало, что твердость НУ, физическое уширение интерференционной линии ¡3(222), относительная износостойкость е зависят от типа легирующего элемента Указанные параметры растут в последовательности Ре-№, Ре-№-А1, Ре-М-Сг, Ре-МьТ1 Анализ результатов электронномикроскопических исследований показал особенности формирования азотированного слоя в этих сплавах, связанные с формированием нестабильных зародышей нитридных фаз, когерентных матрице и частичное нарушение когерентности по мере повышения температуры азотирования Максимальное упрочнение при азотировании достигается на стадии, предшествующей образованию некогерентных частиц Для сплавов с ГЦК решеткой установлено соответствие между физическим уширением интерференционной линии (222) у-фазы матрицы, твердостью азотированного слоя и относительной износостойкостью при температурах азотирования 500-660°С

5 Для азотированных сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками экспериментально установлены наиболее значимые характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки твердых растворов, значения физического уширения интерференционных линий твердых растворов до трения и в зоне трения, твердость азотированного слоя и ее изменение при трении Стадии формирования структуры азотированного слоя

обусловлены природой легирующих элементов, а характеристики твердости и износостойкости определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций при деформации в зависимости от степени когерентности нитридов и матрицы и геометрических соотношений их решеток

6 Экспериментально установлено влияние основных технологических факторов на выявленные закономерности связи структуры и износостойкости азотированных сталей При азотировании стали ВКС-7 с обезуглероженным поверхностным слоем размер нитридных частиц составляет 3-4 нм, в необезуглероженной стали - 15-20 нм Больший размер частиц нитридов легирующих элементов в необезуглероженной стали связан с увеличением доли гетерогенного зарождения нитридов легирующих элементов, что приводит к увеличению ее относительной износостойкости

7 Показано влияние условий нагрева на структуру и износостойкость сталей Нагрев стали 38Х2МЮА до заданной температуры азотирования в нейтральной атмосфере (чистом азоте) исключает образование нитридных частиц в процессе нагрева После достижения заданной температуры азотирования (620°) и выдержки в активизированной среде (аммиаке) в поверхностном слое образуются некогерентные нитриды легирующих элементов размером 11-12 нм При этом (3(22о =19 мрад, £=4-4,5

8 На основе обобщения совокупности микроскопических и макроскопических характеристик пары трения, в состав которой входит азотированный образец конструкционной стали, разработан обобщенный параметр структуры и свойств поверхностного слоя, учитывающий характеристики структуры и свойств как азотированного поверхностного слоя, так и зоны поверхностной пластической деформации при трении Разработанное соотношение рекомендуется для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии

9 Установлены триботехнические характеристики пар трения «азотированная сталь 38Х2МЮА - промышленный сплав (бронза, сталь, чугун)» Стендовыми испытаниями подтверждена эффективность использования обобщенного параметра структуры и свойств азотированных сталей для рационального подбора материалов пар трения Показано, что применение азотирования с рациональными параметрами структуры и свойств для повышения износостойкости, надежности и долговечности сопряжений имеет большие перспективы Во всех исследованных парах азотированная сталь оказывается наиболее работоспособной Для обеспечения требуемой долговечности сопряжения в целом, кроме оптимизации структурного состояния азотированного поверхностного слоя стали, необходим экспериментально обоснованный выбор материала сопряженного образца Полученные нами данные по триботехническим свойствам конструкционных материалов, работающих при разных нагрузках, переменных скоростях скольжения и разных условиях смазки, могут быть рекомендованы для использования при конструировании узлов трения высокого качества

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях.

1 Влияние структуры азотированного слоя на износостойкость сталей /М С Мичугина, Е В Березина, В В Баязитова, В Г Лаптева, Л И Куксенова //Трибология - машиностроению Сб докл научно-практической конф с международным участием - М, 2006 - С 7-12.

2 Структура сталей после разных способов азотирования и разрушение поверхностных слоев при трении / М С Мичугина, Е В Березина, В В Баязитова, В Г Лаптева // Деформация и разрушение материалов Материалы первой международной конференции -М,2006 -Т 2 - С 319-321

3 Гресс М А , Мичугина М С , Мухин Г Г Газобарическое азотирование аустенитной стали 12Х18Н10Т // Научные идеи СТКишкина и современное материаловедение Труды международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика С Т Кишкина - М , ВИАМ -2006 - С 217-219

4 Влияние технологии азотирования на структуру и износостойкость стали / Е В Березина, М С Мичугина, В Г Лаптева, Л И Куксенова // Деформация и разрушение материалов -2008 -№2 - С 44-50

5 Куксенова Л И, Мичугина М С Влияние условий нагрева при азотировании на структуру и износостойкость поверхностных слоев на стали 38Х2МЮА // МиТОМ -2008 -№2 -С.29-34

6 Куксенова Л И, Лаптева В Г , Мичугина М С Оценка триботехнической эффективности азотированных слоев на конструкционных сталях Наука и образование Электронное научйо-техническое издание 2008, №3

7 Герасимов С А , Терентьев В Ф , Мичугина М С Структура и усталостная прочность азотированных конструкционных сталей // Научные идеи С.Т Кишкина и современное материаловедение Труды международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика С Т Кишкина -М,ВИАМ -2006 - С 194-200

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Аналитический обзор. Структура и износостойкость металлических материалов.

1.1. Структурные аспекты износостойкости.

1.1.1. Влияние типа кристаллической решетки на триботехнические характеристики.

1.1.2. Влияние гетерофазных структур на износостойкость.

1.2. Особенности деформации и разрушения поверхностных слоев при трении.

1.2.1. Механизм усталостного разрушения.

1.2.2. Пластическая деформация поверхностных слоев и вторичные структуры на поверхностях трения.

1.3. Износостойкость азотированных сталей.

1.3.1. Современные представления о механизме формирования структуры азотированного слоя.

1.3.2. Характеристики трения и износа азотированных сталей.

Выводы по главе.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования.

2.1. Исследуемые металлические материалы.

2.2. Методы обработки образцов сталей и сплавов.

2.3. Методы структурных исследований.

2.4. Методы измерения твердости.

2.5. Методы испытаний на износостойкость.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. Исследование зависимости износостойкости азотированных конструкционных сталей от характеристик структурного состояния поверхностного слоя.

3.1. Влияние легирующих элементов на структуру и износостойкость сплавов железа.

3.2. Влияние структуры азотированного слоя на износостойкость сталей при разных видах испытаний.

3.3. Влияние структуры азотированного слоя на эффект деформационного упрочнения и износостойкость сталей и сплавов при трении скольжении.

3.4. Обсуждение результатов исследований.

Выводы по главе.

Г JIА В А 4. Влияние параметров технологии обработки на структуру и износостойкость азотированных сталей.

4.1. Влияние величины зерна

4.2. Влияние обезуглероживания стали ВКС-7 на структуру и свойства азотированного слоя.

4.3. Влияние условий нагрева при азотировании.

4.4. Влияние способов поверхностного легирования азотом на структуру и износостойкость сталей.

Выводы по главе.

ГЛАВА 5. Разработка обобщенного параметра структуры поверхностного слоя для оптимизации процесса азотирования изделий с позиций износостойкости.

5.1. Взаимосвязь относительной износостойкости азотированных сталей и сплавов с параметрами микроструктуры азотированного слоя и зоны поверхностной пластической деформации при трении.

5.2. Экспериментальная оценка триботехнических характеристик пар «азотированная сталь 38Х2МЮА — промышленный сплав».

Современные требования научно-технического прогресса в отношении создания конструкционных материалов с заданными гарантируемыми свойствами определяют направления развития как соответствующих теоретических представлений, так и методологии технологических разработок, обеспечивающих реализацию внутренних нано- суб- и микроструктурных превращений и связанных с ними новых свойств.

В настоящее время повышение долговечности и надежности деталей машин, приборов и оборудования за счет современных методов модифицирования конструкционных материалов является одной из основных проблем современного машиностроения. Особое место в этой проблеме занимают узльг трения. Связано это с тем, что 85-90% машин не достигают требуемого ресурса по причине износа поверхностей сопряженных деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание изделий машиностроения в несколько раз превышают их стоимость. Поэтому создание машин, не требующих капитальных ремонтов за весь срок их службы, по эффективности равноценно удвоению мощности машиностроительных заводов и увеличению выпуска металла на многие миллионы тонн в год.

Азотирование является одним из эффективных и распространенных способов поверхностного модифицирования, повышающих сопротивление изнашиванию разнообразных деталей машин. Поэтому оно нашло наиболее широкое применение в тех случаях, когда основной причиной разрушения сопряженных деталей является сила трения. В, станкостроительной промышленности азотируют шпиндели, ходовые винты, направляющие станков, зубчатые колеса, т.е. такие детали, для которых нецелесообразно применять другие виды поверхностного упрочнения, например, цементацию или нитроцементацию. В автотракторной промышленности азотируют детали топливной аппаратуры - плунжерные пары, форсунки распылителя, валики и другие трущиеся детали. В судостроительной и авиационной отраслях машиностроения, турбостроении азотирование широко применяется для крупногабаритных зубчатых колес, работающих при умеренных контактных напряжениях.

За четыре характерных периода развития азотирование продвинулось далеко вперед. Первые работы в период 1905-1940 годов связаны с именами Чижевского Н.П., Минкевича H.A., Прокошкина Д.А и др. Этому периоду соответствует начало разработок промышленных процессов азотирования. Классическое газовое азотирование получило интенсивное развитие в период 1940-1960 годы и связано с именами Лахтина Ю.М, Косолапова Г.Ф., Арзамасова Б.Н., Когана Я.Д., Минкевича А.Н. В период 1960-1980 годовразвивается низкотемпературная химико-термическая обработка (НХТО). В этот период появляются работы Герасимова С.А., Зинченко В.М., Супова A.B., Глущенко В.Н., Бабад-Захряпина A.A., Тихонова А.К. Начиная с 80-ых годов прошлого столетия получили развитие новые направления НХТО. Этот период работы над проблемой азотирования связан с именами Панайоти Т.А., Цырлина Э.С., Бутенко О.И., Сыропятова В.Я., Герасимова С.А., Кипарисова С.С.

В настоящее время разработаны новые, более совершенные, энергосберегающие, экологически чистые процессы, позволяющие улучшить качество диффузионного слоя, значительно ускорить процесс насыщения. Применение современных процессов азотирования для высоконагруженных деталей машин позволит значительно расширить область применения этого процесса и в более полной мере реализовать те преимущества, которыми обладают азотированные стали по сравнению с цементованными. Это прежде всего значительно меньшие деформации, более высокие износостойкость, сопротивляемость схватыванию, теплостойкость. Применение азотированных сталей для высоконагруженных зубчатых колес позволит отказаться от трудоемкой операции зубошлифования, являющейся неотъемлемой частью технологии изготовления цементованных зубчатых колес, и тем самым значительно снизить трудоемкость их изготовления.

В настоящее время> основным критерием высокой износостойкости азотированных сталей является* их высокая поверхностная твердость. Считается, что чем выше твердость азотированного слоя, тем выше его износостойкость. Это положение лежит в основе выбора химического состава сталей и режимов-их технологической обработки. В-действующих стандартах авиационной, судостроительной, станкостроительной и других отраслей машиностроения для распространенных азотируемых сталей, применяемых для. изготовления различных изнашивающихся сопряжений указаны режимы азотирования, обеспечивающие получение слоя с максимальной твердостью.

Несмотря на то, что в последнее время внесена определенная'ясность в механизм формирования структуры азотированного слоя, большинство отечественных и зарубежных исследователей, занимающихся изучением структуры азотированных сталей, связывают ее изменения, главным образом, с изменением твердости. Эти работы позволяют установить природу упрочнения, но вопросы влияния структуры на износостойкость остаются не затронутыми. С другой стороны, исследования износостойкости азотированных сталей, как правило, не учитывают структурные особенности азотированных сталей, что не позволяет сформулировать основные представления о влиянии структуры поверхностного слоя на износостойкость азотированной стали. Анализ работ, посвященных вопросам трения, и изнашивания азотированных конструкционных материалов, показывает, что не всегда следует стремиться к получению высокой твердости для обеспечения максимальной износостойкости, так как структура материала, отвечающая максимальной твердости и максимальной износостойкости, может быть разной.

Способность металлических материалов сопротивляться изнашиванию является структурно-чувствительной характеристикой. Механизм и кинетика формирования активных поверхностных слоев работающего на трение металла, характер диффузионных процессов и пластической деформации, особенности фазовых превращений являются факторами, существенно влияющими на установившийся уровень поверхностного разрушения при трении. Однако отсутствие сформированного материаловедческого подхода к триботехническим свойствам азотированных сталей (подхода, который на методологической основе позволяет рассматривать связь структуры приповерхностных микрообъемов, технологии ее получения и триботехнических характеристик сопряжений) влечет за собой отсутствие структурных критериев износостойкости азотированных сталей и не позволяет научно-обоснованно назначать технологию азотирования, обеспечивающую получение поверхностного слоя с заданными и гарантированными свойствами, которые в более полной мере реализуют внутренние резервы эффективного метода химико-термической обработки. Поэтому разработка структурных критериев износостойкости азотированных деталей, работающих в условиях трения и изнашивания, имеет большое научное и практическое значение. Применение научно-обоснованной технологии азотирования обеспечит повышение долговечности и надежности трущихся сопряжений и снизит себестоимость их обслуживания.

В данной работе впервые предпринята попытка разработки обобщенного параметра структуры и свойств поверхностного слоя азотированных сталей и сплавов с позиций их износостойкости. Этот параметр получен на базе экспериментальных исследований, позволивших выявить зависимости износостойкости азотированных конструкционных сталей от характеристик структурного состояния поверхностного слоя. Исследовано влияние разных легирующих элементов на структуру и износостойкость сплавов железа с ОЦК и ГЦК решетками при разных условиях испытаний при трении. Экспериментально рассмотрена связь эффекта деформационного упрочнения и износостойкости. С позиций дислокационной структуры рассмотрены особенности влияния структуры и твердости поверхностного азотированного слоя на износостойкость.

Установленные закономерности взаимосвязи структуры азотированного слоя и износостойкости экспериментально' проанализированы с позиций влияния на них основных технологических факторов: исходного размера зерна, обезуглероживания, условий нагрева при азотировании, температуры и способов азотирования.

Проведенные исследования и их обобщение с позиций оптимальной структуры материала поверхностного слоя триботехнического назначения, показали, что установленная зависимость характеристики поверхностного разрушения (относительной износостойкости) при трении азотированных сталей от разработанного обобщенного параметра структурного состояния зоны поверхностной пластической деформации при трении, учитывающего также исходное структурное состояние азотированного слоя, является инвариантной. Поэтому она может служить аналитико-экспериментальным инструментом для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии.

Цель данной работы- состояла в выявлении структурных факторов азотированных сталей и разработке обобщенного критерия, ответственного за триботехнические характеристики узлов трения.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.

1. Изучить закономерности влияния нитридообразующих элементов на характеристики' структуры азотированных слоев, твердость и износостойкость сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками.

2. Изучить влияние термической-обработки перед азотированием, условий нагрева при диффузионном, насыщении, температуры и способов азотирования на взаимосвязь структуры и износостойкости сталей.

3. Разработать аналитическую зависимость, определяющую связь износостойкости конструкционных азотированных сталей и сплавов с параметрами структуры, твердостью азотированного слоя и структурой зоны трения.

4. Установление экспериментальных зависимостей триботехнических характеристик азотированной стали с оптимальными характеристиками структуры при трении в паре с промышленными сплавами для практических рекомендаций.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Экспериментальные результаты оценки влияния легирующих элементов азотируемых сталей и сплавов на характеристики структуры и свойств поверхностных слоев и выявленные наиболее значимые структурные критерии азотированных конструкционных сталей, ответственные за триботехнические характеристики диффузионного слоя.

2. Установленные закономерности5 влияния условий предварительной обработки и азотирования сталей и сплавов на характеристики структуры и триботехнические свойства поверхностных слоев.

3. Разработанный обобщенный параметр, определяющий взаимосвязь между характеристиками структурного состояния азотированного слоя и деформированной при трении поверхностной зоны, твердостью и относительной износостойкостью конструкционных азотированных сталей и сплавов.

4. Рекомендации по структурному состоянию поверхностного слоя азотированных сталей и технологическим условиям его реализации для повышения триботехнических характеристик конструкционных материалов.

Научную новизну работы составляют следующие положения.

1. Для< азотированных сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками экспериментально установлены основные характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении: размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки а-твердого раствора, значения физического уширения интерференционных линий азотированного твердого раствора и физическог уширения зоны деформации после трения, твердость азотированного слоя в исходном до трения состоянии и изменение ее значения в результате деформации при трении. Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены природой легирующих элементов, а характеристики твердости и износостойкости определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций при деформации в зависимости от степени когерентности нитридов и матрицы и размерных соотношений их решеток. Показано, что чем выше способность азотированных сталей и сплавов к деформационному упрочнению, тем выше их износостойкость при трении.

2. Установлено, что при изотермическом азотировании сталей с ферритной матрицей в отличие от применяемой технологии частицы, нитридов легирующих элементов достигают больших размеров, а плотность их распределения,' физическое уширение рентгеновских линий а-фазы и твердость азотированного слоя ниже; при этом реализуется наибольшая износостойкость диффузионных слоев, непосредственно прилегающих к поверхности.

3. На основе установленных закономерностей изменения уровня поверхностного разрушения конструкционных легированных сталей при разных методиках триботехнических испытаний в зависимости от структурного состояния и свойств азотированных слоев разработан обобщенный параметр структуры и свойств поверхностного слоя, учитывающий характеристики азотированного слоя и зоны поверхностной пластической деформации притренгаги линейно связанный с относительной износостойкостью сталей.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем.

1. На основе данных сравнительных триботехнических испытаний по разным методикам сплавов с различнымиными типами кристаллических решеток матрицы сформулированы условия технологической обработки для достижения высокой износостойкости. В сплавах с ферритной основой максимальная износостойкость реализуется при образовании некогерентных частиц нитридов легирующих элементов (для стали 38Х2МЮА рекомендуется температура азотирования 620°С). Максимальная твердость соответствует образованию когерентных с матрицей частиц нитридов. Для аустенитных конструкционных сплавов, легированных №, Сг, А1, Тл, в диапазоне температур азотирования 500-660°С изменение твердости приводит к аналогичному изменению износостойкости; максимум твердости и износостойкости соответствует температуре азотирования 540°С.

2. Обоснована необходимость удаления обезуглероженного слоя перед азотированием деталей триботехнического назначения: в необезуглероженном поверхностном слое при азотировании формируются более крупные частицы нитридов легирующих элементов, что связано с увеличением доли гетерогенного механизма зарождения нитридов и приводит к в двукратному увеличениию износостойкости по сравнению с обезуглероженным азотированным поверхностным слоем.

3. С трибологической точки зрения сформулированы условия двухступенчатого азотирования стали 38Х2МЮА. Повышение температуры первой ступени от 520 до 560°С при температуре второй ступени 620°С вызывает уменьшение твердости слоя от 1100 до 800 НУ. Повышение температуры второй ступени от, 620 до 700°С при температуре первой ступени 520°С приводит к уменьшению твердости от 1100 до 650НУ. Износостойкость увеличивается при повышении температуры первой и второй ступени азотирования. Наиболее эффективным является повышение температуры второй ступени.

4. Разработанный обобщенный параметр структуры азотированного слоя, учитывающий характеристики диффузионной зоны и зоны поверхностной пластической деформации при трении и линейно связанный с относительной износостойкостью, рекомендован в качестве средства для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии.

5. Стендовыми испытаниями подтверждена эффективность применения обобщенного параметра структуры и свойств азотированных сталей для рационального подбора пар трения «азотированная сталь - промышленный сплав». Полученные совокупности триботехнических характеристик пар трения «азотированная сталь 38Х2МЮА - промышленный сплав» (бронзы, стали, чугун) использованы в базе данных по триботехническим характеристикам сопряжений технологического оборудования и рекомендованы для использования при конструировании узлов трения высокого качества.

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 научных работ.

Автор выражает искреннюю благодарность ведущему научному сотруднику института Машиноведения им. А.А.Благонравова РАН кандидату технических наук Лаптевой Валерии Григорьевне за помощь и консультации при проведении триботехнических испытаний и обсуждении их результатов, заведующему лабораторией, доктору технических наук Колмакову Алексею Георгиевичу и главному научному сотруднику, профессору, доктору технических наук Терентьеву Владимиру Федоровичу (Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН) за научно-организационную помощь и научные консультации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проведено комплексное исследование структуры и свойств азотированных конструкционных сталей и сплавов, состоящее в выявлении с одной стороны характеристик процесса трения на макроскопическом уровне — коэффициента трения, уровня поверхностного разрушения при трении, критических и предельно допустимых давлений, задиростойкости - и с другой - на микроскопическом уровне, выявляющем характеристики зоны поверхностной пластической деформации, обеспечивающей макроскопические характеристики - размер нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, физическое уширение интерференционных линий на рентгенограмме деформированного при трении сплава, размер зоны сдвига при деформации, микродеформация кристаллической решетки, плотность дислокаций в поверхностном слое, твердость азотированного слоя. Такой подход к анализу трибосистемы позволяет сформулировать пути максимального использования потенциала традиционных азотированных промышленных сталей и повышения эксплуатационных характеристик изделий из них в условиях сложного напряженного состояния.

Диссертационная работа является завершенным научным исследованием, выполненным на актуальную тему — повышение триботехнических характеристик и долговечности изнашивающихся сопряжений машин и механизмов. В работе содержится решение важной научно-технической задачи - повышение работоспособности азотированных изделий за счет создания структуры, наиболее полно отвечающей сформулированным научно-практическим принципам износостойкости азотированных сталей и сплавов.

На основе выполнения аналитической, экспериментальной и теоретической частей работы сформулированы следующие основные результаты и выводы.

1. Проанализировано влияние структурных факторов на износостойкость металлических материалов. Показано, что в процессе трения в зоне деформации происходит трансформация исходной структуры в структуру трения, которая непосредственно контролирует триботехнические характеристики и, прежде всего, уровень поверхностного разрушения. Износостойкость является структурно-чувствительной характеристикой. Выявлен общий характер разрушения поверхностных слоев при трении качения и скольжения, связанный с универсальным механизмом усталостного разрушения. Разница заключается в том, что в условиях трения скольжения процессы зарождения и развития трещин происходят на значительно меньшем расстоянии от поверхности в отличие от пар, работающих в условиях трения качения.

2. Показано, что большей износостойкостью обладают гетерогенные структуры, для создания которых наиболее эффективным средством является химико-термическая обработка, в частности азотирование. Азотированные стали представляют собой градиентный материал, химический и фазовый состав которых изменяются в зависимости от расстояния от поверхности. В связи с этим каждому уровню изнашивания соответствует определенное структурное состояние. Для азотированных сталей с ферритной основой структура, соответствующая высокой твердости и высокой износостойкости, различна. Высокой износостойкостью обладают азотированные слои, в структуре которых присутствуют некогерентные дисперсные частицы нитридов легирующих элементов.

3. Выбор экспериментальных методик для изучения свойств азотированных сталей и сплавов был основан на использовании комплексного трибологического подхода к оценке качества модифицированных слоев. В основе трибологического подхода лежит совместное изучение микроскопических и макроскопических характеристик пары трения. Макроскопические критерии (износостойкость, коэффициент трения, предельно допустимое и критическое давление) отражают механизм контактного взаимодействия, связанный с деформацией и разрушением азотированного слоя, а микроскопические критерии (физическое уширение интерференционных линий, фазовый состав, размер нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки матрицы) выявляют физическое и структурное состояние поверхностного слоя, а в совокупности они определяют качество азотированного слоя с позиций трибологии.

4. Исследование сплавов на основе железа с ОЦК решеткой (Бе +4%Мо, Ре+4%Сг, Ре+4%А1), азотированных в диапазоне температур 540-700°С, 35ч, и сплавов на основе железа с ГЦК решеткой (Ре+29%№+4%Сг, Ре+29%№+4%А1, Ре+29%№+4%Т1, Ре+29%№+4%(Сг+А1+Т1)), азотированных в диапазоне температур 450-660°С, 80ч, показало разное влияние легирующих элементов, их сочетания и температуры азотирования на структуру и износостойкость.

Для двойных сплавов с ферритной матрицей, легированных Мо, Сг, А1 при минимальной температуре азотирования (540°С) наблюдается прямая корреляция между твердостью сплава, физическим уширением интерференционных линий матрицы и относительной износостойкостью: НУ = 5300, 7250, 9400 МПа; р(220) = 24, 27, 37 мрад; 8 = 1,2, 1,8, 2,2 соответственно.

5. При изменении концентрации легирующего элемента в диапазоне от 1 до 4% в сплаве Ре - Сг основное возрастание параметров Р(220) и НУ происходит при увеличении концентрации Сг до 1% , при этом износостойкость азотированного сплава монотонно растет во всем диапазоне увеличения концентрации хрома. Показано, что с увеличением концентрации хрома происходит рост размера нитридных частиц и нарушается когерентная связь с матрицей. Реализуется механизм упрочнения некогерентными частицами, при котором облегчаются условия для деформации, что находит выражение в повышении износостойкости. В сплавах с а-основой максимальная износостойкость реализуется при образовании некогерентных нитридных частиц легирующих элементов; максимальная твердость соответствует образованию когерентных частиц нитридов.

6. Установлено, что при изменении температуры азотирования от 540 до 700°С для модельных сплавов с а-матрицей имеет место более сложная зависимость между параметрами НУ, Р(22о) и е. Для сплавов с 1 и 4%Сг наблюдается монотонное уменьшение твердости и физического уширения интерференционных линий (220) при повышении температуры азотирования. Относительная износостойкость при этом изменяется по кривой с максимумом, который соответствует 620° и 660° и равен 2,5 и 3,0 для сплавов Ре+1%Сг и Ре+4%Сг соответственно. Результаты электронномикроскопических исследований показали, что при повышении температуры азотирования происходит увеличение размера частиц нитридов легирующих элементов и уменьшение плотности их распределения. Максимальная износостойкость наблюдается при формировании некогерентных частиц с размером порядка 10 нм и расстоянием между ними 10-15 нм.

Установлено влияние микродеформации кристаллической решетки а-твердого раствора на износостойкость азотированного слоя. Образование некогерентных частиц нитридов легирующих элементов снижает уровень микродеформаций, что способствует повышению износостойкости азотированной стали.

7. Испытания азотированных сталей 38Х2МЮА, ВКС-7 и модельных сплавов Ре-Сг показали, что, чем выше способность сплава к деформационному упрочнению, тем выше относительная износостойкость при трении.

Полученные закономерности влияния структуры азотированного слоя на износостойкость сохраняются при разных методах триботехнических испытаний, отличающихся схемой контакта трущихся образцов и их взаимным перемещением.

8. Исследование свойств азотированных сплавов на основе железа с ГЦК решеткой показало, что твердость НУ, физическое уширение интерференционной лини р(222)> относительная износостойкость е зависят от типа легирующего элемента при прочих равных условиях. Указанные параметры растут в последовательности: Бе-М, Ре-№-А1, Ре-№-Сг, Бе-М-Тл. Результаты электронномикроскопических исследований показали особенности формирования азотированного слоя в этих сплавах, связанные с формированием нестабильных зародышей нитридных фаз, когерентных матрице, изменения их состава и частичное нарушение когерентности по мере повышения температуры азотирования. Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены разной природой легирующих элементов, а характеристики механических свойств (твердости и износостойкости) определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций в зависимости от связи и соотношений решеток матрицы и нитридов. Максимальное упрочнение при азотировании исследуемых сплавов достигается на стадии, предшествующей образованию некогерентных частиц.

9. Параметры НУ, [3(222) > £ комплекснолегированного аустенитного сплава Ре+29%№+4°/о(Сг-А1-гП) в зависимости от температуры азотирования изменяются по кривой с максимумом, который наблюдается при температуре 540°С, при этом НУ = 8700 МПа, р(222) = 55 мрад, е = 2,0.

Для исследованных составов сплавов с у-основой установлено соответствие между физическим уширением интерференционных линий матрицы, твердостью азотированного слоя и относительной износостойкостью в диапазоне температур азотирования 500-660°С. Мероприятия, приводящие к увеличению твердости азотированного слоя аустенитных сталей, позволяют создавать более износостойкие поверхностные слои.

10. Для азотированных сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками экспериментально установлены наиболее значимые характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении: размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки твердых растворов, значения физического уширения интерференционных линий твердых растворов до трения и физического уширения интерференционных линий твердых растворов в зоне деформации после трения, твердость азотированного слоя в исходном до трения состоянии и изменение ее значения в результате деформации при трении. Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены природой легирующих элементов, а характеристики твердости и износостойкости определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций при деформации в зависимости от степени когерентности нитридов и матрицы и размерных соотношений их решеток.

11. Экспериментально исследовано влияние основных технологических факторов на выявленные закономерности связи структуры и износостойкости азотированных сталей. Установлено, что уменьшение размера исходного зерна аустенита (от № 5-6 до № 12-13) стали ВКС-7 не влияет на твердость и общую толщину диффузионной зоны, но повышает относительную износостойкость от 3,2 до 3,7.

Показано, что при азотировании стали ВКС-7 с обезуглероженным поверхностным слоем размер нитридных частиц составляет 3-4 нм, в необезуглероженной стали - 15-20 нм. Больший размер частиц нитридов легирующих элементов в необезуглероженной стали связан с увеличением доли гетерогенного зарождения нитридов легирующих элементов, что приводит к увеличению ее относительной износостойкости более чем в два раза по сравнению со сталью, имеющей обезуглероженный до азотирования слой.

12. Показано влияние скорости нагрева в активной азотосодержащей газовой среде на структуру и износостойкость сталей. При ускоренном нагреве стали 38Х2МЮА (600°С за 0,5 ч) в среде аммиака размер частиц нитридов составляет 10-11 нм, при этом Р(220) = 19 мрад и 8 = 4. При более длительном нагреве (620°С за 3 ч) размер частиц в два раза меньше, Р(22о)= 42 мрад, в = 1,2.

13. Нагрев стали 38Х2МЮА до заданной температуры азотирования в нейтральной атмосфере (в чистом азоте) исключает образование нитридных частиц в процессе нагрева. После достижения заданной температуры азотирования (620°) и выдержки в активизированной среде в поверхностном слое образуются некогерентные частицы нитридов легирующих элементов размером 11-12 нм. При этом р(22о>= 19 мрад, е = 4-4,5.

Наибольшая износостойкость диффузионных слоев, прилегающих непосредственно к поверхности, может быть достигнута при изотермическом азотировании, которое исключает образование когерентных или полукогерентных выделений нитридов легирующих элементов в этих слоях.

14. При двухступенчатом азотировании стали 38Х2МЮА повышение температуры первой ступени от 520 до 560°С при температуре второй ступени 620°С приводит к уменьшению твердости слоя от 11000 до 8000 HV. Повышение температуры второй ступени от 620 до 700°С при температуре первой ступени 520°С вызывает уменьшение твердости от 11000 до 6500 HV. Износостойкость увеличивается при повышении температуры как первой, так и второй ступени азотирования. Наиболее эффективным с трибологической точки зрения является повышение температуры второй ступени азотирования.

15. На основе обобщения совокупности экспериментально установленных микроскопических и макроскопических характеристик пары трения, в состав которой входит азотированный образец конструкционной стали, разработан обобщенный параметр структуры поверхностного слоя Па, учитывающий характеристики азотированного слоя и зоны поверхностной пластической деформации при трении в виде: где К1 — коэффициент, учитывающий соотношение формы дислокационных петель и формы зерна; ДсШ - величина микродеформации кристаллической решетки матрицы; с!н - размер частиц нитридов легирующих элементов; Ь расстояние между нитридами; Но - твердость азотированного слоя до испытаний на трение; к2 . коэффициент пропорциональности в • 1 /1 экспериментальных зависимостях НВ = £((АсЗ/с1) ); в - вектор Бюргерса; А -коэффициент, зависящий от упругих свойств материала; (Зо и рпр исходное и предельное значения физического уширения интерференционных линий на рентгенограмме азотированного слоя до и после испытаний при трении соответственно. Разработанное соотношение рекомендуется для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии.

16. Для выявления совокупности триботехнических характеристик пар трения «азотированная сталь 38Х2МЮА — промышленный сплав» (бронзы, стали, чугуны) проведены стендовые триботехнические испытания в условиях реверсивного трения скольжения. Установленные критерии износостойкости, стойкости к заеданию и фрикционности показали, что применение азотирования для повышения износостойкости, надежности и долговечности сопряжений имеет большие перспективы. Во всех исследованных парах азотированная сталь оказывается наиболее работоспособной. Стендовыми испытаниями подтверждена эффективность использования обобщенного параметра структуры и свойств азотированных сталей для рационального подбора материалов пар трения. Для обеспечения требуемой долговечности сопряжений, кроме оптимизации структурного состояния азотированного поверхностного слоя стали, необходим

1.75 П экспериментально обоснованный выбор материала сопряженного образца. Полученные нами данные по триботехническим свойствам конструкционных материалов, работающих при разных нагрузках, переменных скоростях скольжения и разных условиях смазки, могут быть рекомендованы при конструировании узлов трения высокого качества.

213

1. Костецкий Б. И., Бармошенко А. И., Славинская Л. В. Роль кристаллической структуры и ориентации монокристаллов в формировании процесса внешнего трения // Металлофизика: сб.-Киев: -1972. Вып. 40. -С. 24-30.

2. Buckly D.H., Jahnson R.L. The influence of crystal structure and some properties of hexagonal metals on friction and adhesion // Wear. -1968. -V. 11, №6. -P. 405-419.

3. Носовский M. Г., Исаев Э.В. Влияние типа решетки, температуры и скорости охлаждения на процесс схватывания при трении металлов // Проблемы трения и изнашивания: сб. Киев: — Техника. -1974. -№6.- С. 73-78.

4. Рабинович Э. Механизм полирования // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа: сб.-М.: Наука, 1971. -С. 15-22.

5. Аель Ж., Понс Л. Изменение поверхности твердых тел жаростойких материалов при трении // О природе трения твердых тел: сб. -Минск: Наука и техника, 1971. -С. 52-66.

6. Хрущов М. М., Бабичев М. А. Абразивное изнашивание. -М.: Наука, 1970.-251 с.

7. Ровинский Б. М. О зависимости механических свойств твердых тел от атомного взаимодействия в решетке // Изв. АН СССР. ОТН. -1956. -№ 9. -С. 55-64.

8. Тушинский Л.И., Потеряев Ю.П. Проблемы материаловедения в трибологии. Новосибирск: НЭТИ, 1991. — 64с.

9. Оценка характеристик схватывания алюминиевых антифрикционных сплавов / Буше H.A., Маркова Т.Ф., Берент

10. B.Я. // Трение и износ. -1990. Т.11, №2. -С. 253-258.

11. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. -М.: Металлургия, 1976. -176 с.

12. Марченко Е.А. О природе разрушения поверхности металлов при трении. -М.: Наука, 1979.-117 с.

13. Эрлих Л.Б. Фрагменты к общей теории контактных разрушений. Контактная прочность машиностроительных материалов. -М: Наука, 1964. 148с.

14. Радчик A.C., Радчик В.С.0 деформации поверхностных слоев при трении скольжения //ДАН СССР. 1958. Т. 119, №5.1. C.109-112.

15. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин.-М.: Машиностроение, 1966.-330с.

16. Крагельский И.В., Непомнящий Е.Ф., Харач Т.М. Усталостный механизм и краткая методика аналитической оценки величины износа поверхностей трения при скольжении исходя из свойств материалов и условий их работы. -М. АНССР, 1967.- 19с.

17. Ибатулин И.Д. Кинетический критерий повреждаемости и разрушения поверхностных слоев, деформируемых трением // Вестник СГАУ, №2 (10), часть 2. Самара: СГАУ, 2006.- С.204-209.

18. Endo К., Fukuda Y. The Wear of Steel in Lubricating Oil under varying Load//-Bull. Of JSME, v. 12, №51, 1969. -P.539-546.

19. Bayer R.G. Schumacher R. A. On the Significance of Surface Fatigue in Sliding Wear// Wear.- 1968.-V.12, №3.- C.173-183.

20. Марченко E. А., Непомнящий Е.Ф., Харач. M. Циклический характер накопления искажений II рода в поверхностном слое стали 45 как физическое подтверждение усталостной природы износа // Д АН СССР,- 1968, Т. 181, №5.-С. 1103-1104.

21. Темрин Б.В. Использование остаточных напряжений для повышения износостойкости электролитических покрытий: сб. Получение твердых износостойких гальванических покрытий. Материалы семинара М.:МДНТП. 1970.-С.96-98.

22. Suh N.P. The delamination theory of wear //Wear. -1973.- V. 25, №1. -P. 111-123.

23. Поверхностная прочность металлов при трении / Под ред. Б.И. Костецкого.-Киев: Техника, 1976. -292 с.

24. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов.-М.: Наука, 1983.-280с.

25. Грозин Б.Д. Износ металлов. -Киев: Гостехиздат УССР, 1951.-252с.

26. Ребиндер П.А., Щукин Е.Д. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения // УФН. -1972. -Т. 108. -Вып. 1. -С. 3-42.

27. Куксенова Л.И., Поляков A.A., Рыбакова JI.M. Смазочные материалы и явление избирательного переноса при трении // Вестник машиностроения.-1990.-№11. С.35-40.

28. Куксенова Л.И. Исследование структурных изменений в поверхностных слоях меди и медных сплавов при трении в условиях избирательного переноса: автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук.-М.: МИНХиГП, 1977. -22 с.

29. Горский В. В, Чубеико А. Н, Якубцов И. А. О строении легированных кислородом структур в контактной зоне трения никеля // Металлофизика. -1987. Т.9, № 2. -С. 116-117.

30. Панин В.Е, Лихачев В. А, Гриняев Б.В. Структурные уровни деформации твердых тел. -Новосибирск: Наука, 1985. -230 с.

31. Палатник JI. С, Любарский И. М, Любченко А. П. и др. В кн.: Всесоюзная конференция по применению радиоактивных изотопов. М.: изд. АН СССР, 1958, с. 8-9.

32. Любарский И. М, Игнатьева 3. В. Исследование структуры фрикционных материалов при трении. -М.: Наука, 1972-С.43-47.

33. Блантер М. Е. Фазовые превращения при термической обработке сталей. -М.: Металлургиздат, 1962. -287с.

34. Садовский В.Д, Малышев К.А, Сазонов Б.Г. Фазовые и структурные превращения при нагреве стали. -М: Металлургиздат, 1957.-118с.

35. Ивасишин О.М, Марковский П.Е, Марковский Е.А. Влияние лазерного легирования углеродом на износостойкость титановых сплавов // Трение и износ .-1990.—T.l 1, №4 С. 717722.

36. Марковский Е.А, Кириевский Б.А. Изменение химического состава поверхностных слоев сплавов, деформированных трением: сб. Проблемы трения и изнашивания

37. Герасимов С.А., Мухин Г.Г., Герасимова Н.Г. Современные представления о структуре азотированных сталей: учебное пособие. М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.-32с.

38. Структура и износостойкость азотированных сталей. Герасимов С.А., Куксенова Л.И. и др.: учебное пособие. М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.-48с.

39. Березина Е.В. Разработка технологии формирования наноструктурированного азотированного слоя конструкционных сталей для повышения их износостойкости: дис. канд. техн. наук. -М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2007. -210с.

40. Коган Я.Д., Шапошников В.Н. Влияние азотирования в тлеющем разряде на фазовый состав и свойства конструкционных сталей. Азотирование в машиностроении // Труды МАДИ. -1979.-Вып.174.-С.65-75.

41. Азотирование и карбонитрирование / Р.Чаттерджи-Фишер, Ф.В.Эйзелл, Р.Хоффман и др.: Пер. с нем./ Под ред. А.В.Супова. -М.: Металлургия, 1990.-280 с.

42. Лахтин Ю.М. Регулирование фазового состава и содержания азота в нитридном слое при азотировании стали 38Х2МЮА // МиТОМ. -1996.-№1.-С.6-11.

43. Kula P. Sorpcja wodoru w warstwie azotowanej orazjej wpiyw na tarcie I zuiycil // Zeszyty Naukowe Politechniki Jydzkij. -1994. -№ 961.-L. 20-25.

44. Поляков A.A. Защита от водородного износа в узлах трения. -М.: Машиностроение, 1980. -80 с.

45. Артемьев В.П. Влияние ионного азотирования на износостойкость сплавов //МиТОМ. -2001. -№4. -С.10-11.

46. Зависимость износостойкости азотированного слоя от предварительной термической обработки. /С.А.Герасимов,

47. А.В.Жихарев, В.А.Голиков, Ю.Ю.Лаврова // МиТОМ. -2001. -№11. -С.46-47.

48. Тациховски Я., Сенаторски Я., Пинасюк В. Метод комплексной химико-термической обработки деталей машин и инструмента // МиТОМ. -1995. -№2. -С.9-11.

49. Заявка 2315079. Великобритания. МПК6 С23 С8/38. Ion nitriding surface treatmeat of rolling element beering steels / J.Kinder, A.Dodd //БИ.-1998. -№27.

50. Сонэ Т. Армирование в тлеющем разряде хромомолибденовой стали SCM4: Пер. с япон. ГПНТБ. — 1977. -79/55371.-С.151-156.

51. Хрущев М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания металлов // Изв. АН СССР. ОТН. -1960. -№ 7.-С.32-35.

52. Герасимов С.А., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. Исследование износостойкости азотированных сталей // Изв. вузов. Машиностроение. -1973. -Вып.5. -С. 127-129.

53. Арзамасов Б.Н., Виноградов A.B., Велищанский A.B. Ионное азотирование сплавов // Новые сплавы и методы упрочнения деталей машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1981. -С.105-117.

54. Минкевич А. Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. — М.: Машиностроение, 1956. — 254 с.

55. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. /А.С.Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В.Каширский и др. /Под ред. А.С.Зубченко -М.: Машиностроение, 2003. -784 с.

56. Справочник по конструкционным материалам: Справочник/ Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева. С.А. Герасимов и др. Под ред. Б.Н. Арзамасова, Т.В.Соловьевой. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. - 640 с.

57. Журавлев В.Н, Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник конструктора.-М.: ГНТИ машиностроительной литературы, 1962.-238с.

58. Цементуемая сталь 16Х2НЗМФБАЮ-Ш /А.Н.Уткина, И.П. Банас, Л.В. Тарасенко и др.// МиТОМ.-1985.-№Ю.-С.61-63.

59. Лаборатория металлографии / Под ред. В.Г. Лившица. М.: Металлургиздат, 1957. - 696 с.

60. Рыбакова Л.М, Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. -М.: Машиностроение, 1982. —212 с.

61. Золотаревский B.C. Механические испытания и свойства металлов. -М.: Металлургия, 1974. -304 с.

62. Куксенова Л.И, Лаптева В.Г, Колмаков А.Г, Рыбакова Л.М. Методы испытаний на трение и износ. Справочное издание. -М.: Интерметинжиниринг, 2001, -152с.

63. Алисин В.В, Лаптева В.Г, Добрынин Н.Я. Прогрессивные методы испытаний конструкционных материалов на износ // Межотраслевые вопросы науки и техники. Обзорная информация. -М.: ГОСИНТИ, 1980. Вып. 15. -24с.

64. Куксенова Л.И, Рыбакова Л.М. Рентгеноструктурный и триботехнический методы контроля качества антифрикционных покрытий // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.-1999.-№ 1 .-С. 19-24.

65. Герасимов С.А. Прогрессивные методы азотирования/ Университет технического прогресса в машиностроении. М.: Машиностроение, 1985.-32с.

66. Oro wan E. Symposium on internal strees in metals and alloys. -London: Institute of Metals, 1948. 47 p.

67. Гресс M.A., Мичугина M.C., Мухин Г.Г. Газобарическое азотирование аустенитной стали 12Х18Н10Т (ВИАМ), 2006. -С. 217-219.

68. Герасимов С.А., Терентьев В.Ф., Мичугина М.С. Структура и усталостная прочность азотированных конструкционных сталей (ВИАМ), 2006. -С. 194-200.

69. Фридель Ж. Дислокации. М.: Мир, 1967. - 644 с.

70. Гольдшмидт Х.Д. Сплавы внедрения. М.: Мир, 1971. - Т. 1.-427 с.

71. Лахтин Ю.М., Силина Н.В. Природа высокой твердости легированного феррита после азотирования // МиТОМ. —1977. -№6. -С. 23-31.

72. Самсонов Г.В. Нитриды. -Киев: Наукова думка, 1969. -380с.

73. Костецкий Б.И., Аронов И.А., Бершадский Л.И. Исследование динамического равновесия процессов при трении и износе металлов // Повышение износостойкости и срока службы машин (Киев). 1970. - Вып. 1. - С. 90-98.

74. Костецкий.Б.И., Носовский И.Г., Бершадский Л.И. Механизм нормального трения и износа при высоких температурах // Трение и изнашивание при высоких температурах. -М.: Наука, 1973. -С. 34-38.

75. Исследование динамического состояния поверхностных слоев при износе металлов / Б.И. Костецкий, Л.И. Бершадский, В.А. Шепельский и др. // Повышение износостойкости и срока службы машин (Киев). 1970. - Вып. 1. - С. 98-105.

76. Попов B.C. Брыков H.H. Упрочнение Х12Ф1 при абразивном изнашивании // МиТОМ. -1969. №1. -С. 68-70.

77. Гаркунов Д.Н. Триботехника. -М.: Машиностроение, 1989. -327с.

78. Попов B.C., Брыков H.H., Дмитриенко Н.С. Износостойкость прессформ огнеупорного производства. -М.: Металлургия, 1971. —160 с.

79. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка. -М.: Машгиз, 1960.-301 с.

80. Кислик В. А. Износ деталей паровозов. -М.: Трансжелдориздат, 1948. -86 с.

81. Конвисаров Д.В. Внешнее трение и износ металлов. — Свердловск Москва: Машгиз, 1947. - 186 с.

82. Костецкий Б.И. Износостойкость деталей машин. Киев -Москва: Машгиз, 1950. - 255 с.

83. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела. -Томск: Красное знамя, 1947. T.IV. - 307 с.

84. Львов П.Н. Основы абразивной износостойкости деталей строительных машин. -М.: Стройиздат, 1970. -72 с.

85. Костецкий Б.И., Линник Ю.И. Исследование энергетического баланса при внешнем трении металлов // ДАН СССР. 1968.- Т. 183, №5.-С.45-49.

86. Tross А. Über das Wesen und den Mechanismus der Festigkeit. — München Zell am See: Eigenverlag, 1966. - 206 s.

87. Крагельский И.В., Добычин M.H., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. -525 с.

88. Перваков В.А., Хоткевич В.И., Шепелев А.Г. Скрытая энергия пластической деформации серебра при —196 и + 20°С // ФММ. 1960. - Т. 9, вып. IV. - С. 877-884.

89. Петрусевич А.И. Контактные напряжения, деформация и контактная гидродинамическая теория смазки. — М.: ИМАШ, 1950.-278 с.

90. Шульга О.В. Электросопротивление металлов и некоторые дислокационные модели при внешнем трении // Тез. докл. республ. конф. по физико-химической механике. — Львов, 1969. — С. 10-12.

91. Шульга О.В. Дислокационная модель схватывания и электросопротивление поверхностных слоев металлов // Вестник АН КазССР. 1969. - №7. - С. 42-44.

92. Шульга О.В., Боровиков В.И. Активизация металлов при внешнем трении // Вестник АН КазССР. 1970. - №2. - С. 25-29.

93. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. — 3-е изд., исправл. и доп. М.: Металлургия, 1978. - 392 с.

94. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях.-М.: Машиностроение, 1986. —224 с.

95. Доценко В. А. Изнашивание твердых тел. М.: ЦИНТИХИМ - НЕФТЕМАШ, 1990. - 192 с.

96. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование сталей. -М.: Машиностроение, 1976. —256 с.

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

98. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Структура и прочность азотированных сплавов. -М.Металлургия, 1982. —176 с.

99. Балтер М.А., Туровский М.Л. Некоторые критерии, определяющие износостойкость высокопрочной цементованной стали при трении качения с проскальзыванием // Теориясмазочного действия и новые материалы. М.: Наука, 1965. — С. 186-188.

100. Любарский И.М. Повышение износоустойчивости тяжелонагруженных шестерен. -М.: Машиностроение, 1956. — 132с.

101. Попов B.C., Луняка В.Л. Изменение в поверхностном слое сплавов при абразивном изнашивании // МиТОМ. -1974. -№ 8. -С.77-78.

102. Попов B.C., Брыков H.H., Пугалев Г. А. Влияние температуры на износостойкость сталей с метастабильным аустенитом // МиТОМ. -1979. -№5. -С.55-57.

103. Савицкий К.В. Абразивный износ металлов и сплавов // Труды Томск. Сиб. физ.-техн. ин-т. 1979.- Вып. 28.-С.123-126.

104. Рябцев М.А, Головощук А.И, Фрумин М.И. Структура и износостойкость высокоуглеродистых хромотитановых сплавов // МиТОМ. -1974. -№1. -С.46-48.

105. Лившиц Л.С, Гринберг H.A., Куркумелли Э.Г. Основы легирования наплавленного металла. —М.: Машиностроение, 1969. -187 с.

106. Котов O.K. Поверхностное упрочнение деталей машин химико-термическими методами.-М.: Машиностроение, 1969.-344с.

107. Гриб В.В, Лазарев Г.Е. Лабораторные испытания материалов на трение и износ. -М.: Наука, 1968. -139 с.

108. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. -М.: Наука, 1970. -247 с.

109. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. -М.: Наука, 1977.-222с.

110. Трение, изнашивание и смазка: Справочник / Под ред. И.В.Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. -Книга 1.-400 с.

111. Влияние технологий азотирования на структуру и износостойкость стали / Е.В.Березина, М.С.Мичугина, В.Г.Лаптева, Л.И.куксенова // Деформация и разрушение материалов.-2008.-№2.-С.

112. Конторович И.Е. Азотизация стали и свойства азотированного слоя. М.- Л.: ГОНТИ, 1938. — 92с.

113. Куксенова Л.И., Мичугина М.С. Влияние условий нагрева при азотировании на структуру поверхностных слоев и износостойкость стали 38Х2МЮА // МиТОМ. -2008. -№2. -С.

114. Диденко А.Н., Лигачев А.Е. Курагин И.Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. — М.:Энергоатомиздат, 1987.- 184с.

115. Березина Е.В. Разработка технологии формирования наноструктурированного азотированного слоя конструкционных сталей для повышения их износостойкости: автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана.- 2007.-16с.

116. Исследование фрикционного упрочнения поверхностных слоев меди в режиме граничного трения /Н.М.Алексеев, Л.И.Куксенова, Е.М.Правдухина и др.// Трение и износ.-1982. -Т.З, №1.-С.ЗЗ-42.

117. Гарбар И.И. Некоторые закономерности формирования структуры металла при трении // Трение и износ.- 1981. — Т.2, №6 — С.1076-1084.

118. Рапопорт JI.C., Рыбакова JI.M. Влияние структурного состояния поверхностных слоев на процессы трения и изнашивания //Трение и износ. 1987. - Т.8, №5. - С.888-894.

119. Рапопорт JI.C., Таматаев А.Н., Петров Ю.Н. К вопросу о критических точках перехода при трении и износе //Трение и износ.-1985. Т.6, №6. - С. 1063-1069.

120. Металловедение в науке о трении и изнашивании /JI.M. Рыбакова, Л.И. Куксенова//МиТОМ.-1985.-№5.-С16-23.

121. Деформация и разрушение кристаллов LiF при трении и износе / А.С.Рапопорт, Ю.С.Боярская, М.С.Кац, А.Н.Таматаев // Трение и износ. 1983. -Т.4, №2. -С.302-312.

122. Алексеев Н.М. Некоторые аспекты совместимости материалов при трении //Трение и износ.-1985.-Т.6, №5. -С.773-787.

123. Алексеев Н.М., Буше H.A. Некоторые аспекты совместимости материалов при трении. Подповерхностные процессы //Трение и износ.-1985.-Т6, №5. С.773-783.

124. Дроздов Ю.Н., Фролов К.В. Теоретико-инвариантный метод расчета интенсивности поверхностного разрушения твердых тел при трении //Поверхность. Физика, химия, механика. -1982. -№5,-С.138-146.

125. Гарбар И.И. Фрагментация поверхностных слоев низкоуглеродистой стали и меди при усталостном и адгезионном изнашивании //Трение и износ. 1986. - Т.7, №6. - С. 1043-1053.

126. Поляков С.А. Оценка триботехнической работоспособности материалов опор скольжения с учетом их микрорелаксационных свойств: автореферат дис. канд. техн.наук.-Калинин.: 1988. -19с.

127. Лашманов A.M., Рыбакова Л.М. Остаточные напряжения и их влияние на износостойкость //Вестник машиностроения. -1985.-№9. -С.8-12.

128. Степанов A.B. Основы практической прочности кристаллов. -М.: Наука, 1974. -132с.

129. Крагельский И.В., Рыбакова Л.М., Назаров А.Н.Оценка смазочного действия среды по параметру, характеризующему структурное состояние металла при трении //ДАН СССР.-1980.-Т.250, №3.-С.616-619.

130. Назаренко П.В. Определение силы и коэффициента трения кристаллических тел, исходя из дислокационных представлений //Прикладная механика: сб.- Киевский институт инженеров гражданской авиации, 1972. -№3. -С.20-24.

131. Мухамедов A.A. Влияние параметров структуры термически обработанной стали на ее износостойкость // Трение, износ и смазочные материалы: сб. трудов международной научной конференции. -Ташкент, 1985.-Т.З, часть 2. -С.12-16.

132. Кинетика разрушения конструкционных сталей при трении /Ю.Н.Дроздов, Л.М. Рыбакова, И.П.Литвинов и др. //Трение и износ.- 1989. Т. 10,№5. - С.773-778.

133. Попов Л.Е., Конева H.A., Терешко И.В. Деформационное упрочнение упорядоченных сплавов. -М.: Металлургия, 1976,-256с.

134. Попов Л.Е., Кобытев B.C., Ковалевская Т.А. Пластическая деформация сплавов.- М.: Металлургия, 1984,-182с.1. Q&fl

135. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я.С.Уманский, Ю.А.Скаков, А.Н.Иванов, Л.Н.Расторгуев -М.: Металлургия, 1982, -632с.

136. Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф., Бакиров М.Б. Методы измерения твердости. Справочное издание. -М.: Интермет Инжиниринг, 2000,-126с.

137. Миркин А.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. -М.: МГУ. 1975. 383с.

138. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. -М.: Металлургия, 1975.-456с.

139. Н.П.Су, С.Яханмир, Абрахамсон II Е.П., А.П.Л. Тернер. Проблемы трения и смазки. 1974,Т.9в. №4, С. 114-121.

140. Евдокимов В.Д. Реверсивность трения и качество машин. -Киев.: Техника, 1977. -146с.

141. Дякин С.И. Испытания металлоплакирующих смазочных материалов применительно к тяжелонагруженным кинематическим парам трения скольжения //Сб. Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения. М.: •Машиностроение, 1982. -С.629-634.

142. Докучаева E.H., Лаптева В.Г., Троицкая И.А., Каплина В.Ф. Инвариационно-поисковая система по триботехническим свойствам конструкционных материалов // Трение и износ. -1987. Т.8, №4. - С.629-634.