Модифікування робочих поверхонь сталевих деталей з формуванням високовуглецевих структур

Abstract

Актуальною задачею є створення на поверхні сталевих деталей шарів, які здатні тривалий час надійно працювати за умов тертя та зношування. Інструментом для підвищення зносостійкості поверхневих шарів сталевих деталей вибрано методи модифікування робочих поверхонь шляхом їх навуглецьовування. У цьому випадку твердість металу регулюють зміною концентрації вуглецю у поверхневих шарах, вмістом легуючих елементів за технологіями термічної та хіміко-термічної обробки. В роботі виконано порівняльні дослідження ефективності різних технологій навуглецьовування робочих поверхонь сталевих деталей та формування на них властивостей стійкості до зносу, утворювання задирок та схоплювання. Порівняльні дослідження запропоновано виконувати за критеріями продуктивності, собівартості та можливості застосування для габаритних деталей. Аналіз виявив існування низки способів, які використовують явище дифузії для формування на поверхнях сталевих деталей зносостійких високовуглецевих покриттів з металевою матрицею та карбідними зміцнювальними включеннями або цементованих шарів з різними структурними складовими, які відомі під назвою «гартівні структури», що відрізняються різною техніко-економічною ефективністю. Певну увагу приділено також способу формування композиційного високовуглецевого покриття у режимі високотемпературного синтезу, що саморозповсюджується (СВС). В результаті виконаних досліджень показано наявність суттєвого недоліку переважної більшості розглянутих методів навуглецьовування робочих поверхонь деталей з низько- або середньовуглецевих сортів сталі – висока собівартість через низьку продуктивність та складність реалізації. Ці недоліки стимулюють розробку нових висопродуктивних методів формування на сталевих деталях відповідних покриттів значної глибини та з низькою собівартістю.

The urgent task is to create on the surface of steel parts layers that are capable of long time to work reliably under conditions of friction and wear. The tool for increasing the wear resistance of the surface layers of steel parts is chosen to modify the working surfaces by their carbonization. In this case, the hardness of the metal is controlled by the change in the carbon concentration in the surface layers, the content of the alloying elements by thermal and chemical-thermal processing techniques.In the work comparative studies of the efficiency of various technologies of carburization of working surfaces of steel partsand formation of the properties of wear resistance, formation of burrs and gripping according. It has been proposed to carry out comparative studies according to the criteria of performance, cost, and applicability for dimensional parts.The analysis revealed the existence of a number of methods that use the diffusion phenomenon to form wear-resistant high-carbon coatings with metal matrix and carbide reinforcing inclusions or cemented layers with different structural components on the surfaces of steel parts, which are known as “quenching structures”, differing in different technical and economic efficiency. Particular attention is also paid to the method of forming composite high-carbon coating in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS).As a result of the carried out researches it is shown that there is a significant shortage of the overwhelming majority of the considered methods of carburizing of working surfaces of parts from low or medium carbon varieties of steel -high cost of production due to low productivity and complexity of implementation. These drawbacks stimulate the development of new high-performance methods of forming on steel details corresponding coatings of considerable depth and low cost.

Актуальной задачей является создание на поверхности стальных деталей слоев, которые способны длительное время надежно работать в условиях трения и износа. Инструментом для повышения износостойкости поверхностных слоев стальных деталей выбрано методы модифицирования рабочих поверхностей путем их науглероживания. В этом случае твердость металла регулируют изменением концентрации углерода в поверхностных слоях, содержанием легирующих элементов по технологиям термической и химико-термической обработки.В работе выполнены сравнительные исследования эффективности различных технологий науглероживания рабочих поверхностей стальных деталей и формирования на них свойств устойчивости к износу, образованию заусенцев и схватыванию.Сравнительные исследования предложено выполнять по критериям производительности, себестоимости и возможности применения для габаритных деталей.Анализ выявил существование ряда способов, которые используют явление диффузии для формирования на поверхностях стальных деталей износостойких высокоуглеродистых покрытий с металлической матрицей и карбидными упрочняющими включениями или цементируемых слоев с различными структурными составляющими, которые известны под названием «закалочные структуры», отличающиеся разной технико-экономической эффективностью. Определенное внимание уделено также способу формирования композиционного высокоуглеродистого покрытия в режиме самораспространяемого высокотемпературного синтеза (СВС).В результате выполненных исследований показано наличие существенного недостатка подавляющего большинства рассмотренных методов науглероживания рабочих поверхностей деталей из низко-или среднеуглеродистых сортов стали –высокая себестоимость из-за низкой производительности и сложности реализации. Эти недостатки стимулируют разработку новых висопродуктивных методов формирования на стальных деталях соответствующих покрытий значительной глубины при низкой себестоимости.