Трибологический критерий качества азотированных сталей и сплавов

Механизм и кинетика разрушения поверхностных слоев при трении, а также триботехнические характеристики (уровень поверхностного разрушения, коэффициент трения, предельная несущая способность) зависят от структуры, фазового состава и свойств поверхностного эксплуатационного слоя, которые формируются в результате интенсивной контактной упругопластической деформации. В работе представлены результаты оценки условий работоспособности поверхностного слоя при трении конструкционных сталей и сплавов, подвергнутых азотированию. Разработан трибологический критерий качества поверхностного азотированного слоя, предложен комплексный подход к оценке триботехнической эффективности химико-термической обработки конструкционных сталей и сплавов. Исследования азотированной поверхности включали следующие этапы: 1) на основе разработанного трибологического критерия, содержащего микро- и макроскопические характеристики материала зоны контактной деформации при трении, выбор режимов его обработки для обеспечения допустимого уровня поверхностного разрушения в условиях испытаний тяжело нагруженного сопряжения; 2) с помощью метода поверхностной пластической деформации оценка способности азотированного слоя (сформировавшегося в результате обработки по выбранному режиму) воспринимать поверхностную пластическую деформацию без разрушения, что служит обоснованием режимов химико-термической обработки; 3) оценка предельной работоспособности азотированного поверхностного слоя в условиях трения и изнашивания (предельно допустимого (при котором пара работает устойчиво) и критического (после которого пара неработоспособна, но возможна ее эксплуатация при кратковременных перегрузках) давлений, средней суммарной интенсивности изнашивания контактирующей под нагрузкой пары трения скольжения в целом, потерь на трение). Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации технологического процесса химико-термической обработки деталей триботехнического назначения.

1. Крагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.

2. Сорокин Г. М., Малышев В. Н., Куракин И. Б. Трибология сталей и сплавов. — М.: ИЦ РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2013. — 383 с.

3. Махутов Н. А., Коссов В. С., Оганьян Э. С. и др. Прогнозирование контактно-усталостных повреждений рельсов расчетно-экспериментальными методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 4. С. 46 – 55. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-4-46-55

4. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. — М.: Машиностроение, 2000. — 320 с.

5. Куксенова Л. И., Симонов В. Н., Алексеева М. С. и др. Исследование трения, износа и противозадирной стойкости тяжелонагруженных азотированных сопряжений / Трение и износ. 2021. Т. 42. № 3. С. 319 – 328. DOI: 10.32864/0202-4977-2021-42-3-319-328

6. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Шпис Г.-И., Бемер З. Теория и технология азотирования. — М.: Металлургия, 1991. — 320 с.

7. Rybakova L. M., Kuksenova L. I. Physical criteria of wear resistance of metal materials in surface-active lubricating media / Proc. The Conference on Tribology «Friction, Lubrication and Wear — 50 years on». — IME, 1987. P. 419 – 426.

8. Савенко В. И., Щукин Е. Д. О соотношениях между феноменологическими и структурными критериями работы узлов трения / Трение и износ. 1987. № 4. С. 581 – 589.

9. Куксенова Л., Лаптева В., Березина Е. и др. Структура и износостойкость азотированной стали / МиТОМ. 2004. № 1. С. 31 – 35.

10. Герасимов С. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г. и др. Инженерия поверхности и эксплуатационные свойства азотированных конструкционных сталей. — М.: ВИАМ, 2019. — 600 с.

11. Герасимов С. А., Жихарев А. В. Зависимость структуры и свойств азотированного слоя от режимов предварительной термической обработки / Материаловедение. Термическая и химико-термическая обработка сплавов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. С. 178 – 183.

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

13. Куксенова Л. И., Мичугина М. С. Влияние условий нагрева при азотировании на структуру и износостойкость поверхностных слоев стали 38Х2МЮА / МиТОМ. 2008. № 2. С. 29 – 37.

14. Куксенова Л. И., Алексеева М. С. Влияние предварительной обработки на триботехнические характеристики конструкционных азотированных сталей / МиТОМ. 2023. № 1. С. 34 – 42. DOI: 10.30906/mitom.2023.1.34-42

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

16. Герасимов С. А., Жихарев А. В., Березина Е. В., Зубарев Г. И. Новые идеи о механизме образования структуры азотированных сталей / МиТОМ. 2004. № 1. С. 13 – 17.

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

18. Куксенова Л. И., Герасимов С. А., Лаптева В. Г., Алексеева М. С. Физические основы критериальной оценки технологии азотирования деталей узлов трения / МиТОМ. 2012. № 12. С. 39 – 47.

19. Попов Л. Е., Кобытев В. С., Ковалевская Т. А. Пластическая деформация сталей. — М.: Металлургия, 1984. — 182 с.

20. Попов Л. Е., Конева Н. А., Терешко И. В. Деформационное упрочнение упорядоченных сплавов. — М.: Металлургия, 1976. — 256 с.

21. Куксенова Л. И., Герасимов С. А., Лаптева В. Г. Износостойкость конструкционных материалов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. — 237 с.

22. Герасимов С. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 518 с.