автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка технологии цементации прецизионных излелий повышаюшей износостойкость и стабильность размеров

/X

о-

~ - - -

«•и - - ----Т _________

КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«V

На правах рукописи

ПИВОВАР ВИТАЛИЙ ПАНТЕЛЕЙМОНОВ 1-ГЧ

Разработка технологии цементации прецизионных изделий,повышающей износотойкость и стабильность размеров

Специальность 05.16.01 .-металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КУРСК

1 997

Работа выполнена в Курском государственном техническом университете на кафедре "Автомобили и автомобильное хозяйство" и в Курской государственной сельскохозяйственной академии на кафедре "Технология металлов и ремонт машин"

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Переверзев В.М.

кандидат технических наук, доцент Колмыков В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гадалов В.Н.

кандидат технических наук, доцент Еорсяков А.С.

Ведущее предприятие А О 20 й подшипниковый завод

Зашита состоится HSЩ ^дса^рх 1997 года на за--г-6 /¿V. ВО*.

седании диссертационного совета (Д 064.50.01) Курского государственного технического университета по адресу: 305040. Курск, ул. 50 лет Октября, 94. С диссертацией мо^но ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан / " МОЯд'рЛ_1997 г.

Ученый секретарь совета, доктор техн.наук, профессор

—е-ф Япуи

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Прецизионные стальные изделия, такие как высокоточные летали машин, измерительные инструменты и др. производятся в настоящее время и расходуются в массовых количествах . Например, ежегодный расход прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры в качестве запасных частей тракторов исчисляется миллионами штук.

Наиболее важными критериями оценки качества прецизионных стальных изделий являются стабильность их объема и стойкость рабочих поверхностей против изнашивания. Однако, каждый из этих двух критериев качества традиционными методами упрочнения может быть повышен только в ущерб другому. С повышением температуры отпуска закаленного стального изделия стабильность структуры, а следовательно и объема, повышается, а твердость и стойкость против износа понижается.

В Курском АО "Агромаш" разработана и внедрена в производство технология высокотемпературной ннтроиементаиии" прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры, изготовляемых из низколегированных сталей (ХВГ, ШХ15),обеспечивающая увеличение их долговечности в 1,5...2 раза за счет повышения износостойкости и стабильности структуры (стабилизации размеров и формы) цементитом. Однако, несмотря на высокую эффективность, эта технология использовалась недолго, т.к. она не является экологически чистой.

Входящий в состав карбюризатора, применявшегося по этой технологии, триэтаноламин Ы(С,Н^,ОН)5при диссоциации в цементационной печи выделяет чрезвычайно ядовитое соединение - цианистый водород НСЫ, который частично сохраняется при дожигании газов. При массовом производстве, требующем большого расхода триэтаноламииа, в атмосферу цеха может попадать значительное количество ядовитых веществ, делающих это производство опасным с экологической точки зрения. Другим недостатком нитро-цемснтации является возможность формирования в поверхностной зоне диффузионного слоя дефектной структуры^ называемой "темной составляющей". Этот дефект может распространять^*-от поверхности на глубину 10...20 % от обшей толшины иутр^оцементованного слоя и отрицательно сказывается на прочностных и пластических свойствах нптроцементованных де-

талси.

В этой связи тема настоящей диссертации, посвященной разработке технологии цементации низколегированных сталей для прецизионных изделий является весьма актуальной.

Целью работы является обеспечение значительного повышения долговечности прецизионных стальных изделий на основе безопасной технологии диффузионной карбидизаиии низколегированных сталей. Достижение поставленной цели потребовало при разработке технологии диффузионной карбидизаиии решения следующих задач:

1.Анализ науглероживающей способности газовых, твердых и комбинированных карбюризаторов на основе термодинамических расчетов.

2.Экспериментальное исследование влияния состава карбюризатора на углеродный потенциал и кинетику науглероживания низколегированных сталей при цементации и оптимизация состава карбюризатора на основе результатов исследования.

3.Исследование влияния температуры и длительности цементации на структуру и глубину диффузионных слоев.

4.Изучение влияния режимов цементации и последующей термообработке на износостойкость и стабильность размеров прецизионных изделий.

Научная новизна. 1.В диссертации разработана и рекомендуется к внедрению в производство более эффективная технология цементации прецизионных изделий из низко легированных инструментальных сталей.

2.Раскрыт механизм активизирующего влияния карбонатно-сажевой смеси, входящий в состав сложных карбюризаторов, на кинетику образования карбидосодержащих диффузионных слоев в сталях при цементации.

3.Вперые изучено методом внутреннего трения влияние карбидцтззции на закрепленность дислокационной сетки в структуре диффузионных слоев. Было установлено, что цементация способствует стабилизации дислокационной структуры металлической матрицы в межкорбидных промежутках цементованных слоев.

Практическая ценность работы заключается в том, что в ней даны режимы экологически чистой технологии цементации прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры, обеспечивающей увеличение их долговечности со значительным экономическим эффектом (более 1 млн.рублей в ценах 1991 г.) в акционерном обществе "Курскагромаш".

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты были доложены и получили положительные оценки на Республиканской научно-технической конференции "Материалы и упрочняющие технологии-91", г.Курск-1991 г, на 1 Собрании металловедов России, г.Пенза-1993 г, на Российской научно-технической конференции "Материалы и упрочняющие технологии - 94", г.Курск-1994;на научной конференции "Совершенствование технических средств,их эксплуатации и ремонта для механизации сельскохозяйственного производства", г.Курск-1997.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа выполнена на 149 страницах, из них текста 96 страниц, содержит 52 рисунка, 19 таблиц. Список использованной литературы включает 115 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается обоснование актуальности темы диссертации, сформулирована цель работы.

Первая глава посвящена обзору литературы по проблеме сталей для прецизионных изделий. Рассмотрены материалы для прецизионных изделий и их термообработка. Материалы для таких изделий должны обладать постоянством размеров и повышенной износостойкостью. Традиционные способы упрочнения инструментальных сталей (закалка с отпуском) не позволяют добиться нулевого изменения размеров деталей в процессе службы регулированием количества остаточного аустенита и мартенсита, так как процессы самопроизвольного разложения этих структурных составляющих протекают с различной скоростью, притом изменяющейся со временем.

Рассмотрены способы поверхностного упрочнения сталей и их приме-

нимость для прецизионных изделий. Такие процессы химико-термической и электрохимической обработки как азотирование, борирование, диффузионное и гальваническое хромирование хотя обеспечивают стабильность структуры и высокую твердость применяются весьма ограниченно из-за нетсхно-логичности, особенно для массового производства.

Весьма эффективно использование для упрочнения прецизионных пар дизельных топливных насосов и форсунок процесса диффузионной карбиди-зации некоторых сталей. Отличие диффузионной карбидизашш от обычной цементации малоуглеродистых конструкционных сталей заключается в том, что если при обычной цементации стараются не допустить насыщение сталей углеродом свыше 0.8... 1,0 % во избежание образования в структуре избыточных карбидов, то целью диффузионной карбиднзации, наоборот, является возможно большее насышение углеродом, чтобы обеспечить содержание карбидной фазы в диффузионном слое, соответствующее ее содержанию в эвтектических и заэвтектических чугунах. Эта цель может быть достигнута лишь при выполнении следующих условий: 1. сталь должна быть легирована достаточно активными карбидообразуюшими элементами и 2. науглероживающая способность карбюризатора должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить заданное содержание карбидной фазы в диффузионном слое. Если за главное служебное свойство прецизионных изделий принять стабильность структуры и размеров, то диффузионная карбидизация должна обеспечить возможно большее насыщение поверхностных объемов этих изделий цементитом.

Эффективность диффузионной карбидизашш прецизионных плунжерных пар была проверена в производственных условиях, однако использовалась короткое время из-за экологической опасности, связанной с использованием триэтаноламина.

Заканчивается глава выводами и постановкой задач исследования.

Вторая глава. Дано описание оборудования и методики исследования цементации сталей для прецизионных изделий. Для экспериментов были выбраны инструментальные низколегированные стали с различным содержанием хрома (от 0.3 до 1.47 %), Так как известно, что хром больше чем другие элементы способствует усвоении* \Ъ1е£одасталью при цементации.

Образцы для испытаний на износостойкость изготавливали в виде тонких (2 мм) пластинок, что позволило получить их сквозную цементацию. Таким образом обеспечивалась возможность определять износостойкость только цементованного слоя, без влияния нецементованной сердцевины.

Ударную вязкость определяли на образцах сечением 2x3 мм на копре оригинальной конструкции с пониженной живой силой. Для определения стабильности размеров использовали образцы в виде стержней Ф 12 мм,

' длиной 70 мм. Кроме того в качестве образцов использовались серийные

»

втулки от серийных плунжерных пар.

Цементацию проводили в шахтной цементационной печи Ц105 в атмосфере продуктов распада синтина. Перед загрузкой в печь образцы покрывали пастообразным карбюризатором на основе сажи с добавкой углекислого бария и декстринового клея. •

Количественный микроструктурный анализ проводили на микроскопе МИМ-8 с использованием окуляр-микрометра. Рентгеновский анализ проводили съемкой непосредственно с металлографических шлифов на дифракто-метре ДРОН-1 в хромовом излучения Внутреннее трение определяли на оригинальной установке типа крутильный маятник.

В работе использовали двухфакторное рототабельное планирование эксперимента второго порядка, для расчетов применяли ЭВМ.

Третья глава посвящена исследованию влияния состава карбюризатора на процессы науглероживания и окисления легированных сталей при цементации. Рассмотрена науглероживающая способность карбюризаторов и активизация газовых сред углеродными покрытиями на поверхности стали.

Повысить углеродный потенциал газовых карбюризаторов можно путем добавки в них метана или других углеводородов, однако достичь необходимого для диффузионной карбиднзации инструментальных сталей углеродного потенциала таким образом не удается в связи с чрезмерной склонностью таких атмосфер к выделению аморфного углерода. Это может привести не только к прекращению цементации, но и к обезуглероживанию стали под пассивной углеродной (сажевой) пленкой.

Анализ процессов, происходящих в науглероживающих газовых атмосферах, показывает, что они непригодны для цементации инструмен-

тальных легированных (1...2 % Сг) сталей с образованием в их диффузионных слоях большого количества цементита. Термодинамическая активность углерода в цементите' этих сталей весьма высока (близка к единице, т.е. к равновесию с графитом) и науглероживание таких сталей, связанное с повышением углеродного потенциала атмосферы выше равновесного осуществить невозможно.

Твердые карбюризаторы (древесный уголь, полукокс и др.) по сравнению с газовыми науглероживающими средами имеют некоторые преимущества, однако в условиях массового производства они используются ограниченно. Большой объем, занимаемый карбюризатором в цементационных ящиках, потеря времени на его прогрев, значительная доля ручного труда на упаковку и распаковку ящиков и др. недостатки делают неприемлемым использование твердых карбюризаторов.

Искомая науглероживающая среда для диффузионной карбидизации низколегированных инструментальных сталей должна сочетать в себе преимущества газовых и твердых карбюризаторов: быть удобной для массового производства (газовая цементация) и обеспечивать равномерность науглероживания и высокий углеродный потенциал (твердые карбюризаторы). Этим требованиям может отвечать комбинированная науглероживающая среда, состоящая из активной газовой атмосферы, заполняющей рабочее пространство цементационной печи, и из твердой фазы в виде покрытия из углеродного материала и ативизирующей добавки (ВаСО^или др.) на поверхности цементуемых изделий, где должны протекать процессы генерирования и диссоциации окиси углерода. Заранее нанесенное на цементуемые изделия твердоуг-леродное покрытие с активизатором не только обеспечит равномерность, но и существенно увеличит скорость науглероживания.

В работе был предложен пастообразный карбюризатор на основе сажи и карбонатов щелочных металлов, где в качестве жидкой составляющей предлагается органическое вещество - декстриновый клей. Это вещество свободно от недостатков минерального масла и триэтаноламина, используемых ранее в таюгх пастах. ^ •

Экспериментально установлено наивыгоднейшее соотношение между компонентами в предложенном покрытии. При этом эксперимент выявил

разницу в окисляющем действии карбюризаторов с различным активизирующими добавками: углекислым барием, углекислым натрием и-углекислым калием. Применение в пастах углекислого натрия и калия приводит к образованию на поверхности образцов дефектной зоны (внутреннего окисления), в пастах с углекислым барием такой зоны нет.

Разница в окисляющем действии углекислого бария и углекислых солей калия и натрия может быть объяснена различными в физико-химических свойствах окислов ВаО, Иа^О и Ь^О - продуктов диссоциации указанных солей. Окись бария обладает из рассмотренных окислов наибольшей устойчивостью (наибольшим значением изобарноизотермического. потенциала) и наибольшей температурой плавления и его участие в окислении стали при химико-термической обработке маловероятно. Окислы Ыа^О и К.О, также как и окислы углерода, термодинамически менее устойчивы, чем окислы хрома и марганца, поэтому вероятно их участие в окислении хрома и марганца, входящих в состав инструментальной стали (сталь X).

Для оптимизации соотношения между сажей и углекислым барием была проведена цементация сталей X (~1;5 % Сг) и 9 ХФ (-0,5 % Сг ) с использованием паст с различным соотношением компонентов. Образцы в виде ступенчатых втулок покрывали исследуемой пастой и цементовали в печи Ц 105 при подаче синтина, образующего газовую атмосферу. Эффективность пасты оценивали по глубине цементованных слоев и по содержанию в них углерода. Наивыгоднейшим соотношением между сажей и углекислым барием является 70:30... 60:40.

Декстриновый клей, входящий в состав пастообразного карбюризатора, в процессе нагрева изделия частично испаряется (глицерин, входящий в состав клея),частично выгорает, образуя микроканалы в смеси. В результате этого покрытие превращается в "губчатую" массу, в которой относительно легко могут циркулировать газы, участвующие в процессе науглероживания.

Была проведена цементация различных инструментальных низколегированных сталей (X, 12Х1,9ХВГ,ХВГ,9ХФ,ХВ4,В2Ф) в карбюризаторе найденного состава. В результате установлено, что все исследованные стали обладают повышенной склонностью к усвоению углерода (содержание углерода в этих сталях оказалось выше, чем в стали У8,принятой за эталон).Эта

способность обусловлена легированием стали хромом: чем больше в стали хрома, тем больше в диффузионном слое углерода. Там где хрома много - в структуре имеется большое количество относительно равноосных избыточных карбидов, там где мало - карбидов небольшое количество и они ориентированы в основном по границам зерен.

Механизм действия карбонатов щелочноземельных и щелочных металлов на цементацию пока не имеет исчерпывающего объяснения. Предполагается, что окислы этих металлов (получаемые при термической диссоциации карбонатов) доставляют кислород, необходимый для образования активной окиси углерода, и связывают излишнюю углекислоту, образующуюся при охлаждении с температуры цементации.

Термодинамическими расчетами для ВаО (сравнением равновесных парциальных давлений кислорода над окислами ВаО, СО и СО, при температуре цементации) установлено, что карбонат бария, вводимый в состав сажевого покрытия, служит поставщиком атомарного кислорода. При этом определяющим процессом является не адсорбция на поверхности стали активных носителей углерода из газовой среды, а реакции образования и распада СО в непосредственной близости от науглероживаемой поверхности. Благодаря этому практически обеспечивается независимость скорости и равномерности науглероживания от циркуляции газового потока в рабочем пространстве печи.

Для исследования влияния температуры и длительности цементации на структуру и глубину диффузионных слоев были выбраны две стали X и 9ХФ, содержащие различное количество хрома. Эксперимент проводили с использованием математического планирования эксперимента, в качестве факторов принимали температуру и длительность цементации, в качестве критериев оптимизации - максимальное содержание карбидной фазы в слое и глубину карбидосодержащей зоны. По результатам эксперимента получены четыре адекватных уравнения (Математических модели), описывающих это влияние.

Зависимость количества карбидов в слое от температуры цементации

имеет экстремумы в районе 92.0°С для-обеих-сталей. Длительность цемента-

г ' ^

ции. в отличие от температуры, влияет на этот критерий однозначно. С повышением температуры цементации глубина диффузионного слоя на обеих

сталях прогрессивно возрастает, длительность влияет почти монотонно.

Чем больше длится процесс цементации, тем больше в поверхностной зоне хромистых сталей образуется карбидных включений и тем меньше остается участков твердого раствора, по которым возможно продвижение углерода с поверхности в глубину изделия. Если проводить процесс цементации длительное время, то может наступить такой момент, когда карбидные частицы подойдут вплотную друг к другу и науглероживание закончится, так как вся поверхность будет покрыта сплошной карбидной коркой, которая послужит препятствием для продвижения углерода в глубину изделия.

Результаты микроструктурного анализа показывают, что процесс цементации сталей с малым содержанием хрома (инструментальных) при температурах ниже 920°С происходит в аустенитно-карбидной области. При этом, присутствующие в таких сталях карбидные частицы, нера-створившиеся при нагреве, служат центрами роста новых карбидов в диффузионном слое. При температурах выше 920°С процесс науглероживания происходит, в основном, в гомогенном аустените. Карбидные зерна в этом случае растут в диффузионном слое из-за сильного пересыщения углеродом за счет поступления извне. Второй процесс, который должен иметь место при этих температурах, а именно растворение частиц карбидов в аустените, подавляется за счет интенсивного поступления углерода из карбюризатора. Чем реакционноспособнее карбюризатор, тем на большую глубину распространяется зона с зернистыми карбидами.

По результатам проведенных экспериментальных исследований определены режимы цементации для получения в диффузионных слоях инструментальных сталей максимального количества карбидной фазы.

Четвертая глава посвящена исследованию износостойкости, механических свойств и стабильности размеров цементованных инструментальных низколегированных сталей.

Влияние температуры и длительности цементации на износостойкость инструментальных сталей соответствует влиянию этих факторов на количество карбидов, образовавшихся в диффузионных слоях при цементации, таким образом подтверждается тот факт," что износостойкость материалов с двухфазной структурой определяется, главным образом, содержанием твер-

дой (карбидной) фазы.

При отсутствии в структуре карбидов или при малом их количестве износостойкость определяется твердостью металлической матрицы, здесь на износостойкость оказывает влияние термообработка.

При увеличении количества карбидов в стали выше 50 % наблюдается резкое увеличение износостойкости двухфазного материала, что связано с изменением механизма изнашивания - микрорезание переходит в микродеформирование, когда для отделения микрообъема металла требуется не одно воздействие на него абразивного тела, а несколько или даже переходит в истирание, при котором абразивное воздействие на материал вообще отсутствует.

Ударная вязкость цементованных инструментальных сталей (X. 9ХФ) при повышении как температуры так и длительности цементации снижается. Это связано с образованием большого количества карбидов в структу ре диффузионных слоев, а карбиды способствуют легкому образованию магистральной разрушающей трещины, проходящей по близко расположенным хрупким карбидным включениям и не тормозящейся в относительно небольших участках вязкой матрицы.

Исследовано ьлияние температуры нагрева под закалку и отпуска цементованных инструментальных сталей на износостойкость и ударную вязкость. Установлено, что влияние этих факторов весьма незначительно, что можно объяснить тем, что в диффузионных слоях этих сталей имеются лишь небольшие участки твердого раствора (компонент структуры, воспринимающий закалку), которые не могут оказать решающее влияние на износостойкость, поскольку последняя определяется твердой фазой.

Исследовано влияние цементации на стабильность размеров пре-ралнероЬ

цизионных изделий. На изменениеУизделий влияют, как известно, две основные причины - разложение мартенсита и превращение остаточного аустени-та. Разложение мартенсита приводит к уменьшению размеров, превращение ос 1 точного аустешпа, напротив, приводит к увеличению размеров.

15 цементованных слоях инструментальных сталей решающую роль в определении размерен изделии при старении играет третий фактор - со-лерж.шие г. пали карбидов. В работе предложена детерминированная мате-

• ^ • 5 13 ; -,;-

матическая модель, позволяющая прогнозировать изменение размеров прецизионных деталей при старении в зависимости от состава стали, количества карбидов в ее цементованном слое и температуры закалки.

Содержание хрома в стали заметно влияет на количество остаточного аустенита в структуре, а следовательно на стабильность размеров изделия. Однако этот фактор оказывает заметное влияние на данный процесс только при небольшом содержании в структуре карбидов и относительно низких температурах закалки, при повышении этих температур влияние хрома ослабевает.

При повышении температуры нагрева под закалку количество остаточного аустенита в структуре возрастает во всех случаях, однако наличие карбидов в диффузионном слое значительно снижает интенсивность этого роста.

При большом содержании карбидов влияние состава стали заметнее проявляется при высоких температурах закалки. Если содержание карбидов в структуре превышает 50...80 %,количество остаточного аустенита в структуре достаточно мало (1...3 %) даже при теоретических расчетах. Практически же, металлическая матрица в этих условиях теряет способность воспринимать закалку н представлена чистым ферритом. Таким образом, при достигаемом на практике содержании карбидов в диффузионном слое должно быть невелико и термообработка должна быть направлена на разложение мартенсита.

Стабильность размеров прецизионных детален определяется в значительной мере степенью закрепленности дислокаций в мартенситной структуре. Если известно, что стабильность структуры растет с повышением температуры отпуска (разложением мартенсита), то стабильность дислокационной сетки имеет более сложную зависимость от температуры отпуска. Для цементованных инструментальных сталей эта зависимость не изучалась, поэтому ее установление представляет интерес для оптимизации температуры стабилизирующего отпуска.

Дислокационная стабильность проверялась методом внутреннего трения на релаксаторе типа "обратный крутильный маятник" при частоте колебаний 1...2 Гц. Образцы прошедшие цементацию без закалки имеют тот же уровень декремента затухания колебаний, что и отожженные образцы,

4 14

т.е.структура стали после цементации без закалки весьма стабильна. Закаленная и цементованная сталь имеет уровень подвижности дислокаций ниже, чем цементованная сталь без закалки, но выше, чем сталь без цементации. Таким образом, очевидно, что цементация инструментальных высокоуглеродистых сталей способствует стабилизации их структур, снижая подвижность дислокаций.

При измерении внутреннего трения во время выдержки при 170 С цементованных и закаленных образцов установлено, что подвижность дислокаций значительно снижается в процессе 3-х часовой выдержки, дислокационная структура стабилизируется. Изменение температуры отпуска цементованных и закаленных сталей, как показали эксперименты, весьма незначительно влияет на их твердость, что объясняется высоким содержанием карбидов в структуре диффузионных слоев, которые аддитивно определяют высокую твердость. Поэтому для стабилизации структуры цементованную сталь можно подвергать отпуску при температурах среднего отпуска (рис.1).

HZC 66 if а ¿о SS

ss

St/ Si

7 ,

•

Л

~M № W W iw/C

Рис. 1. Зависимость твердости HRC стали X от температуры t,,,,,: 1- цементованные образцы; 2 - нецементованные образцы

Прецизионные детали топливной аппаратуры - плунжерные пары - изнашиваются, в основном, абразивными частицами, содержащимися в топливе и не задерживаемыми топливными фильтрами. Эти абразивные частицы в больших количествах' попадают в топливо при работе двигателей в полевых условиях в весьма запыленной среде. В Курском АО"Агромащ" детали плунжерной пары 41-А16с15 изготовляют из стали ХВГ. Закалка их прово-

о

дится с температуры 850 С в масле. С целью стабилизации размеров детали

о

после закалки обрабатывают холодом при -60...70 С, при которой достигается превращение наибольшего количества остаточного аустенита, а затем подвергают отпуску при температуре 160°С в течение 6 часов, стабилизирующему мартенсит и снимающему часть остаточных напряжений. Твердость после такой термической обработки обеих деталей плунжерной пары (плунжера и втулки) составляет 60...65 HRC. Столь высокая твердость стали все таки слабо защищает изделие от абразивного изнашивания. Возможности повышения твердости стали ХВГ, как, впрочем, н других инструментальных сталей, термической обработкой практически уже исчерпаны, дальнейшее повышение твердости можно достигнуть химико-термической обработкой.

В АО "Агромаш" была опробована технология разработанной выше цементации инструментальных сталей. Плунжеры и втулки были изготовлены из стали Х,были подвергнуты цементации в сажевом карбюризаторе с

о

углекислым барием, затем закалены и отпущены при температуре 200 С в

течение трех часов. Втулки калили с температур 780...800плунжеры с о

температур 830...840 С. Твердость втулок при этом составляла 62...63 HRC, а плунжеров - 64...65 HRC. Поверхностные слои как плунжеров, так и втулок имели в своей структуре 50 % карбидов.

Опытные плунжерные пары с поверхностным упрочнением испыты-вались вместе с серийными парами на специальном стенде в лаборатории надежности ЦНИТА в г. С.-Петербурге. По результатам испытаний (таблица) видно, что опытные плунжерные пары имеют меньшие значения износов,

чем серийные, причем это в большей мере характерно для плунжеров, чем

ппин*геро&

для втулок. Износ опытных взуяек в среднем в 1,6 раза меньше, чем серийных, износ опытных втулок в 1,2 раза меньше. Таким образом, проведенные испытания показали высокую эффективность упрочнения плунжерных пар

цементацией (рис2).

Таблица

Величины износов серийных и опытных плунжерных пар после ускоренных испытаний (мкм)

№ пары Серийные пары Л» пары Опытные пары

Плунжер Втулка Плунжер Втулка

1 6,4 3,6 5 2,4 3,6

2 6,4 4,4 б 4,0 3,8

3 6,0 3,8 7 5,0 3,2

4 5,6 4,8 .8 4,0 3,4

Средн. 6,1 4,15 Средн. 3,85 3,5

Рис. 2. Круглограммы серийных (а) и опытных (б) плунжерных пар после ускоренных испытаний

Выводы

1 .На основании выполненных исследований и обобщений в диссертации решена в основном задача разработки экологически безопасной технологии цементации прецизионных изделий из низколегированных инструментальных сталей, обеспечивающей повышение их износостойкости, стабильности структуры и размеров.

2.Разработан оптимальный состав карбюризатора на основе смеси сажи с углекислым барием.

3.Раскрыт механизм влияния совокупно действующих факторов харбидизации на износостойкость и стабильность структуры, а в итоге -стабильность размеров прецизионных изделий.

4. Установлено влияние легирующих элементов на образование кар? бидов в стали при цементации. Из всех легирующих элементов только хром, растворяясь в цементите до 20 % и стабилизируя его, способствует образованию зернистого цементита при науглероживании и обеспечивает возможность получения его в диффузионных слоях низколегированных сталей в любых количествах от 0 до 100 %.

5.Итоги исследований, составляющих основу диссертации, внедрены в акционерном обществе "Агромаш", обеспечивая увеличение долговечности прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры за счет повышения их абразивной износостойкости и стабильности размеров цементитом.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1.Переверзев В.М..Воротников В.А.,Пивовар В.П.Аномальная структура в высокоуглеродистых цементованных слоях легированных сталей //Тезисы и материалы докладов Республиканской научно-технической конференции "Материалы и упрочняющие технологии -91 ".-Курск, 1991.-с.15-16.

2.Переверзев В.М., Пивовар В.П., Масленникова О Л. Математическое моделирование процессов упрочнения стали карбидами при химико-термической обработке //Тезисы докладов 1 Собрания металловедов России. Часть 2 (ПензаД2-24 сентября 1993 г.)-Пенза,1993.-С.29-30.

ЗЛереверзев В.М.,Селезнев Ю.Н., Колмыков В.И., Пивовар В.П. Взаимодействие газовых карбюризатор со сталью и каталитическая роль железа при химико-термической обработке //Тезисы и материалы докладов Российской научно-технической конференции.(Курск,15-17 ноября 1994 г.)-Курск,1994.-С.52-54.

4.Переверзев В.М., Воротников В.А., Иванова О.В., Пивовар Б.П. Механизм образования зародышей карбидной фазы в аустените при цементации // Тезисы и материалы докладов Российской научно-технической конферен-ции.(Курск,15-17 ноября 1994 г.>Курск,1994.-С.75-76.

5.Колмыков В.И., Переверзев В.М., Пивовар В.П. Термодинамические основы ускорения цементации стали карбонатно-сажевыми покрытиями //Совершенствование технологических средств их эксплуатации и ремонта для сельскохозяйственного производства: Материалы научной конференции

. 12-14 марта 1997 г -КГСХАДСурск, с 15-19.

б.Колмыков В.И., Переверзев В.М., Пивовар В.П., Белая А.А. Экологически чистый метод упрочнения стали для прецизионных изделий //Совершенствование технологических средств их эксплуатации и ремонта для сельскохозяйственного производства: Материалы научной конференции 12-14 марта 1997 г.-КГСХА, Курск, с. 19-22.

Подписано к печати 28.10.97. Формат 60x84 1/16. Печ.л. .1,21. Тираж 100 экз. Заказ №Т Курский государственный'технический университет. 505040 Курск, ул.50 лог Октября, 94. •

\