CC BY
86
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 621.791
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАДИЕНТОВ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
Л.В. Костылева, профессор, доктор технических наук А.В. Грибенченко, доцент, кандидат технических наук А. Е. Мохнаткина, магистрант
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье приведены результаты закалки ТВЧ с циклического нагрева, позволившего закалить сталь 20 на твердость >40HRC и увеличить прокаливаемость стали 45Л.
Ключевые слова: восходящая диффузия углерода, градиент активности углерода, закалка, сталь 20, сталь 45Л.
В работах [1, 3] показана возможность получения мощных диффузионных потоков углерода в химически однородной стали путем наложения на изделие температурных градиентов, вызывающих градиенты активности этого элемента в твердых растворах на основе железа, АаС: в области с более низкой температурой активность углерода будет выше, чем в области с более высокой температурой при одинаковом его содержании. Возникающий градиент активности Аас является движущей силой восходящей диффузии углерода, способной осуществить значительный массоперенос углерода в отсутствие градиента его концентрации (АС=0) и даже против такого градиента (-АС).
Наиболее эффективно диффузионное перераспределение углерода по градиенту температур было использовано для интенсификации цементации стали. Технические решения в этой области защищены патентами и авторскими свидетельствами на изобретения [1-3].
Вместе с тем сверхбыстрый массоперенос углерода по градиенту температур применялся нами для решения технологических задач, связанных не только с химикотермической обработкой.
При индукционной закалке деталей из среднеуглеродистой низколегированной стали, часто возникает проблема получения заданной твердости на большой глубине. Так, например, при закалке ТВЧ ведущего колеса гусеничного движителя трактора из стали 45Л (рис. 1) большие трудности вызывало получение заданной твердости HRC 40 на глубине 9 мм.
Рисунок 1 - Ведущее колесо-звездочка трактора ДТ75М
155
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Нами было предложено для достижения заданных параметров качества закаленного слоя ведущее колесо подвергать циклическому индукционному нагреву. Режимы циклического нагрева и полученные результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Сравнительные результаты упрочнения ведущего колеса-звездочки из стали 45Л закалкой ТВЧ с обычного и циклического нагрева
№ режима ТО Продолжительн нагрева г юсть циклов ГВЧ, с Температура, °С Количество циклов Толщина слоя с твердостью HRC>40
первичного нагрева В каждом цикле первичного нагрева В каждом цикле
охлажде- ния нагрева охлажде- ния нагрева
1 120 - - 880-840 - - 1 6,5-7,0
2 160 - - 1300-840 - - 1 6,0-7,0
3 120 36 60 880-840 750 -780 880 -840 3 9,5-11,0
Продолжительность первичного нагрева составила 120 с. За это время до нормальной температуры закалки 840 °С прогрелся поверхностный слой толщиной 7 мм, и последовавшее спреерное охлаждение позволило получить закаленный слой с твердостью HRC>40 толщиной 6,5...7,0 мм. Попытка увеличения глубины прогрева путем удлинения времени нагрева в индукторе до 160 с вызывала оплавление поверхности зубьев. Кроме того, после закалки твердость HRC 40 при таком нагреве стабильно обеспечивалась на глубине не более 6.7 мм, очевидно, в связи с низкой прокаливае-мостью стали 45Л.
Примененный нами для увеличения толщины закаленного слоя циклический нагрев, осуществляли следующим образом: при достижении температуры 840...860 °С индуктор отключали. Температура поверхностного слоя за 36 с охлаждения снижалась до 750...780 °С, а толщина слоя с этой температурой увеличивалась до 9,5.10 мм. Затем вновь включали индуктор и за 60 с температура нагретого слоя достигала 840 °С.
Всего проделали 3 цикла «нагрев - охлаждение», вследствие которых глубина прогрева поверхностных слоев до температуры нормальной закалки увеличилась с 7 до 13 мм. Спреерное охлаждение поверхности водой после последнего разогрева позволило получить глубину закаленного слоя с твердостью HRC 40, равную 11мм. При циклическом нагреве происходило диффузионное перераспределение углерода из более глубоких слоев в расположенный непосредственно над ними нагретый до аустенитного состояния слой, что и обеспечило закалку на твердость HRC 40 на столь значительной глубине.
Интерес представляет разработка технологии поверхностной закалки изделий из низкоуглеродистой стали. Как известно, сталь с содержанием углерода менее 0,3 % закалку не воспринимает и твердость не повышает.
Тем не менее, нами путем наложения температурного градиента на деталь из стали 20 было сделано зональное перераспределение углерода, которое позволило закалить её на твердость до HRC 42 в зонах с повысившимся содержанием углерода. Режимы термических воздействий на втулки приведены в таблице 2.
156
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Таблица 2 - Результаты закалки втулок из стали 20 с наложением градиента температур
АТ в сравнении с объёмной закалкой
№ режима ТО Продолжительность, с Температура, °С Количество циклов Толщина слоя с твердостью HRC>40
первичного нагрева В каждом цикле первичного нагрева В каждом цикле
охлажде- ния нагрева охлажде- ния нагрева
1 120 - - 880-840 - - 1 6,5-7,0
2 160 - - 1300-840 - - 1 6,0-7,0
3 120 36 60 880-840 750-780 880-840 3 9,5-11,0
Две втулки наружным диаметром 65 мм, внутренним - 45 мм и длиной 175 мм из стали с исходным содержанием углерода 0,17 % - подвергали нагреву наружной поверхности в индукторе до 920 °С, охлаждая внутреннюю поверхность струёй сжатого воздуха в течение 3 мин. Затем одна из втулок была закалена в воду. Вторая втулка после отключения индуктора остывала медленно за счёт продолжающегося охлаждения с внутренней поверхности, что обеспечивало сохранение нужного направления температурного градиента. Поверхностный слой втулки, термообработанной по режиму 2 с медленным охлаждением после термоциклирования, имел перлитно-ферритную структуру с объёмной долей перлита *0,35.. .0,40, что соответствует содержанию углерода *0,28.0,32 % (рис. 2).
Рисунок 2 - Микроструктура наружной поверхности втулки из стали 20, термообработанной по режиму 2 х50.
Твердость наружной поверхности втулки, закаленной после термоциклирования по режиму 1, достигла HRC 38.42. Тогда как твердость такой же втулки, закаленной с объемного нагрева, не превышала HRC 25 (рис. 3).
157
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 3 (39), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Приведенные примеры показывают перспективность использования градиента температур при разработке прогрессивных технологий упрочнения деталей, а также других процессов обработки сталей и чугунов, требующих зонального перераспределения углерода стационарного или обратимого, например, при сварке высокоуглеродистых сталей и чугунов.
Библиографический список
1. Костылева, Л.В. Способ химико-термической обработки стальных изделий [Текст]: патент 2052536 РФ, 1 МКИ 6 С23 С 8/34/ Л.В. Костылева, В.А. Ильинский. - 1996.
2. Способ химико-термической обработки стальных изделий [Текст]: патент 2061785 РФ, 1 МКИ 6 С23 С 8/20, 8/22/ Ильинский В.А., Костылева Л.В., Пожарский А.В., Тельдеков В.А. - 1996.
3. Способ цементации [Текст]: патент 2037556 РФ, 1 МКИ 6 С 8/22. /Костылева Л.В., Пожарский А.В., Ильинский В.А., Рубцова Н.П. - 1995.
kostyleva.l.v@mail.ru
УДК 621.865.8
РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГИДРОМАНИПУЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор Н.С. Воробьева, кандидат технических наук, доцент И.А. Несмиянов, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
Гидроманипуляционные системы имеют грузоподъемность 0,5-5,0 т и монтируются на самоходном шасси типа Т-16М и на тракторах класса 1,4 и 5. Подъём (опускание) и разворот на углы до ±80° шарнирно-сочленённой стрелы осуществляется гидроцилиндрами. Манипуляторы имеют широкий спектр действия и предназначены в основном для малоземельных хозяйств.
Ключевые слова: манипуляционная система, трактор, самоходное шасси, пространственный механизм, гидроцилиндр, гидронавеска трактора.
В условиях развития малоземельных хозяйств возрастает потребность в простых, легко монтируемых и переналаживаемых средствах механизации различных технологий в сельском хозяйстве. При этом основными транспортно-энергетическими модулями остаются тракторы и самоходные шасси, загрузка которых в малых и специализированных предприятиях будет возрастать.
В современном многоукладном сельском хозяйстве России более половины технологических операций прямо или косвенно связаны с выполнением подъёмнотранспортных и перегрузочных работ. При этом масса большинства грузов сельскохозяйственного назначения не превышает 500 кг. Эпизодически возникает потребность в средствах механизации специфических грузов массой 3-5 тонн.
В связи с этим, логично использование (в малоземельных хозяйствах) транспортно-энергетических модулей в виде самоходного шасси Т-16М (трактора класса 0,6) на грузоподъемность 0,5 т и мощного трактора класса 5 (типа «Кировец») на грузоподъемность до 5 т. При этом трактор класса 5 может отсутствовать в конкретном (малоземельном) хозяйстве. В ряде хозяйств самоходное шасси не задействовано непосредственно в сельскохозяйственных работах и используется для транспортноперегрузочных и вспомогательных работ.
Гидроманипуляционные системы, разработкой которых занимаются в ВолГАУ, включают приводные (ведущие) звенья, стреловое (передаточное) оборудование и грузозахватные (рабочие) органы. В наиболее простом варианте (рис. 1, а) приводные и
158
