CC BY
24
УДК 621.785.533
Прoфессoр В.И. Серебрoвский, дoцент Р.И. Сaфрoнoв, aспирaнт Б.С. Блинкoв,
(Курскaя гoс.сельскoхoз. aкaдем.) кaфедрa электротехники и электроэнергетики.
тел.+7(4712)53-13-70
аспирант М.В. Журавлев
(Воронеж. гос. ун-т. инж. технод.) кафедра технологии бродильных и сахаристых производств. тел. (473) 255-07-51
Professor V.I. Serebrovskii, associate professor R.I. Safronov, graduate B.S. Blinkov,
(Kursk State Agricultural Academy) Department of electrical equipment and power industry. phone + 7(4712)53-13-70 graduate M.V. Zhuravlev
(Voronezh state university of engineering technologies) Department of fermentation and sugar industries technology. phone (473) 255-07-51
Упрoчнение электрooсaжденнoгo железa хими^-термичес^й обработкой
Hardening of the electrodesieged iron chemical heat treatment
Реферaт. В настоящее время в ремонтном производстве на стадии восстановлении стальных деталей широкое применение получили специальные покрытия, образующиеся за счет электролитического воздействия на ионы железа. Данный технологический прием отличается высокой производительностью, простотой проведения, невысокой стоимостью технологического оборудования и применяемых материалов, а также легкой автоматизацией процесса. Однако данный метод имеет ряд недостатков: низкую усталостную прочность восстановленных деталей, недостаточно прочное сцепление железного покрытия с основой, в частности, с легированными сталями, недостаточную износостойкость. С целью повышения долговечности и износостойкости деталей, восстановленных за счет электрохимического воздействия, предлагается использовать химико-термическую обработку, заключающуюся в применении нитроце-ментации. Исследована эффективность применения различных режимов нитроцементации в высокоактивном пастообразном карбюризаторе, и их влияние на структуру и свойства железных гальванических покрытий. Установлено, что нитроцементация как при низких, так и при высоких температурах многократно (в 6-7,5 раз) повышает микротвердость покрытий. При этом наивысшая твердость получается при низкотемпературной нитроцементации с непосредственной закалкой в воде. Проведение процесса нитроцементации при низких температурных значениях (650 °С), значительно повышает твердость железного покрытия, увеличивая при этом предел его текучести, а также значительно увеличивает и его предел выносливости. Усталостная прочность нитроцементованных образцов с железными осадками на поверхности, как показали наши исследования, не только выше прочности таких же образцов без нитроцементации (более чем в 2 раза), но и выше чем усталостная прочность основного металла без покрытия. Повышение температуры нитроцементации не приводит к повышению твёрдости электролитического железа. Разработана рациональная технология упрочнения стальных деталей, восстановленных железнением. Выбраны оптимальные режимы нитроцементации для упрочнения деталей, восстановленных железне-нием, с целью повышения долговечности деталей машин Оптимальным технологическим температурным режимом проведения процесса нитроцементации, при котором возможно получение максимальной усталостной прочности и износостойкости от восстанавливаемой детали, является протекание нитроцементации при 650 °С, с последующей закалкой и отпуском при 150 °С.
Summary. Currently in the repair and manufacture at the stage of recovery of steel parts, widely used special coatings formed by electrolytic effects on ferrous ions. This technique offers high performance, ease of implementation, low cost of technological equipment and materials used, as well as easy automation of the process. However, this method has several disadvantages: low fatigue strength of reconditioned parts, insufficiently strong grip of the iron coating to the substrate, particularly in alloy steels, insufficient wear resistance. For the purpose of increasing durability and wear resistance of parts, restored through electrochemical action, it is proposed to use chemical-heat treatment, consisting in the application of carbonitriding. Investigated the efficacy of different modes of carbonitriding in the highly carburizing paste-and their influence on the structure and properties of iron plating. It is established that the nitrocarburizing both low and high temperatures repeatedly (6-7.5 times) increases the microhardness of the coatings. The highest hardness is obtained by low-temperature carbonitriding with direct quenching in water. Conducting the carbonitriding process at low temperatures (650 °C), significantly increases the hardness of the iron coatings, increasing the limit of its fluidity, a and also greatly increases its endurance limit. Nitrocarburized fatigue strength of samples with iron precipitation on the surface, as shown by our studies, not only higher strength of the same samples without carbonitriding (more than 2 times), but higher than the fatigue strength of the base metal without coatings. Raising the temperature of the carbonitriding did not increase the hardness of electrolytic iron. Developed a rational technology of hardening of steel parts, re-chain iron fortification. Selected optimum conditions for carbonitriding hardening restored iron fortification, with the purpose of increasing durability of machine parts Optimal process temperature re-benching of the process of carbonitriding in which is possible to obtain maximum fatigue strength and wear resistance from the restored detail, is the process of carbonitriding at 650°C, followed by quenching and tempering at 150 °C.
Ключевые слова: нитроцементация, усталостная прочность, износостойкость, гальванические покрытия, упрочнение деталей.
Key words: nitrocarburizing, fatigue strength, snooty-bone, electroplating, hardening of parts.
© Серебровский В.И., Сафронов Р.И., Блинков Б.С., Журавлев М.В., 2015
Гальванические (электролитические)
покрытия широко применяются в ремонтном производстве при восстановлении стальных деталей, имеющих относительно небольшие из-носы (0,3...0,5 мм), при этом наиболее широкое применение находит электролитическое желез-нение. Этот способ восстановления отличается высокой производительностью, простотой и невысокой стоимостью оборудования и материалов, возможностью одновременного наращивания большого количества деталей, автоматизацией процесса. Однако наряду с положительными сторонами, упомянутыми выше, электролитическое железнение имеет ряд недостатков, а именно: низкую усталостную прочность восстановленных деталей, недоста-точно прочное сцепление железного покрытия с основой (в частности, с легированными сталями) и, во многих случаях, недостаточную износостойкость. В связи с этим ресурсы деталей, восстановленных желез-нением, заметно ниже ресурсов новых деталей.
С целью повышения долговечности деталей, восстановленных железными покрытиями, предлагаются различные способы упрочнения, из которых наиболее рациональным следует признать химико-термическую обработку, в частности, нитроцементацию [1, 2].
Настоящая работа посвящена исследованию влияния режимов нитроцементации в высокоактивном пастообразном карбюризаторе на структуру и свойства железных гальванических покрытий с целью разработки рациональной технологии упрочнения стальных деталей, восстановленных железнением.
Для нанесения железных покрытий на стальные изделия был использован хлоридный электролит, осаждение проводилось на переменном асимметричном токе с коэффициентом асимметрии Р=6, катодная плотность тока 30...40 А/дм2 [3]. Микроструктура железного осадка представлена на рисунке 1.
Нитроцементация проводилась в высокоактивном пастообразном карбюризаторе следующего состава (% масс): сажа газовая-60; же-лезосинеродный калий [КЦе(С№)6]-30; углекислый натрий (№2С0э)-10; пастообразующая жидкость - водный раствор карбометилцеллюлозы (клей КМЦ) [4]. Компоненты пасты в порош-
Результаты эксперимента по определению микр
кообразном состоянии тщательно перемешивались и разводились клеем до консистенции-густой пасты. Паста наносилась на образцы слоем 1,5...2 мм и высушивалась. Образцы с сухим нит-роцементующим покрытием упаковывались в контейнер с наполнителем в виде смеси чугунной стружки с сажей. Контейнер помещался в печь, разогретую, до заданной температуры, и выдерживался там необходимое время.
Рисунок 1. Микроструктура электроосажденного железа (Р=6 Дк - 3 А/дм2)
После нитроцементации образцы выгружались из контейнера, подвергались заданной термообработке и использовались для определения микротвердости, усталостной прочности и износостойкости. Усталостную прочность определяли не-разрушающим вихретоковым способом по методике [5], износостойкость - на машине трения СМЦ-2 в условиях граничного трения (контртело-чугун СЧ18) с добавлением в смазку абразива (10 г на 1 л).
Установлено, что проведение процесса нит-роцементации при низких температурных значениях (650°С), значительно повышает твердость железного покрытия, увеличивая при этом предел его текучести, а также значительно увеличивает и его предел выносливости. Усталостная прочность нитроцементованных образцов с железными осадками на поверхности, как показали наши исследования, не только выше прочности таких же образцов без нитроцементации (более чем в 2 раза), но и выше, чем усталостная прочность основного металла без покрытия.
Результаты эксперимента представлены в таблице 1.
Т а б л и ц а 1
ости, прочности и износостойкости материалов
Материал, упрочнаяющая обработка Микротвердость НЦ100, МПа Предел выносливости с-1, МПа Интенсивность изнашивания, кг-10-6/ч
Сталь 30Х, нормализация 1450 308 11,5
Железное покрытие без термообработки 3605 199 12,2
Железное покрытие, нитроцементация (650°С, 3ч), закалка в воде, отпуск при 150°С 11885 420 1,9
Железное покрытие нитроцементация (650°С, 3ч), закалка в воде, отпуск при 350°С 10495 348 2,3
&естнщ.<ВТУМТ, №3, 20Î5_
Как видно из экспериментальных данных, нитроцементация в пастообразном карбюризаторе радикальным образом изменила свойства железных электролитических осадков. Нитроцементация как при низких, так и при высоких температурах многократно (в 6-7,5 раз) повышает микротвердость покрытий. При этом наивысшая твердость получается при низкотемпературной нитроцементации с непосредственной закалкой в воде. Повышение температуры нитроцементации не приводит к повышению твёрдости электролитического железа.
Нитроцементованный слой, полученный при температуре 650 °С, имеет на поверхности тонкую пленку е - карбонитрида, под которой на глубину примерно 0,05 мм простирается зона азотистого аустенита с вкраплениями мелких карбонитридов. Эта зона плавно переходит в структуру железного покрытия, причем покрытие отделено от основы четкой границей (рисунок 2).
При закалке нитроцементованного слоя в нем возникают значительные сжимающие напряжения, что приводит к его высокой усталостной прочности, а большая твердость карбонитридной корки и нижележащих зон к высокой износостойкости.
ЛИТЕРЛТУРЛ
1 Пат. № 2524294, RU, С1 С23С28/02 (2006.01). Способ упрочнения электроосажден-ных железохромистых покрытий нитроце-ментацией / В.И. Серебровский, Л.Н. Сереб-ровская, Н.В. Коняев.; №2013110268/02; Заявл. 07.03.2013; Опубл. 27.07.2014, Бюл. №21.
2 Серебровский В.И., Серебровский В.В., Серебровская Л.Н., Сафронов Р.И. и др. Упрочнение электроосажденных железных покрытий вольфрамом и молибденом // Материалы VI международной научно-практической конференции Фундаментальная наука и технологии -перспективные разработки. North Charleston, SC, USA. 2015. С. 183-186.
3 Серебровский В.И., Гнездилова Ю.П. Электроосаждение бинарных сплавов на основе железа для упрочнения деталей машин // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2012. №1. С. 9-12.
4 Серебровский В.И., Гадалов В.Н., Гончаров А.Н., Григорьев С.Б. и др. Упрочнение электроосажденных сплавов на основе железа // Технология металлов. 2011. №8. С. 37-39.
5 Гадалов B.H., Серебровский В.И. Структура и физико-механические свойства сталей, сплавов и многофункциональных покрытий: монография. Eypc^: Курская гос. с.-х. акад., 2010. 318 с.
Рисунок 2. Микроструктура переходной зоны
Таким образом, можно заключить, что нитроцементация железных электролитических покрытий значительно повышает их эксплуатационные свойства, такие как износостойкость и усталостную прочность. Оптимальным технологическим температурным режимом проведения процесса нитроцементации, при котором возможно получение максимальной усталостной прочности и износостойкости от восстанавливаемой детали, является протекание нитроце-ментации при 650 °С, с последующей закалкой и отпуском при 150 °С.
REFERENCES
1 Serebrovskii V.I., Serebrovskaya L.N., Копуаеу N.V. Sposob uprochneniya el-ektroosazdennykh zhelezokhromistykh рокгуШу nitrotsementatsiei [The mettod of hardening elec-trodeposited iron-chromium œvering nitrocarburizing]. Patent RF, по. 2524294, 2014. (In Russ.).
2 Serebrovskii V. I., Serebrovskii V.V., Sere-brovskaya L.N., Saffrona^ R.I. Hardening of electrode-posited iron œating with tungsten and molybdenum. Fundamental'naya nauka i tekhmtogii - perspektivnye razratotki. [Materials of the VI internattonal scientific and practical œnference Fundamental science and tech-œtogies - promising devetopments. NOTth Charleston, SC, USA], 2015, pp. 183-186. (In Russ.).
3 Serebrovskii V. I., Gnezditova Yu.P. Electro-deposition of binary iron-based altoys for hardening of machine parts. Vestnik Orlovskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. [Bulletin of Orel state agrarian University], 2012, по. 1, pp. 9-12. (In Russ.).
4 Serebrovskii V.I., Gadatov V.N., Güncha-rov A.N., Grigoriev S. B. Hardening of electrodepos-ited iron-based altoys. Tekhnologiya metallov. [Metals Techmtogy], 2011, по. 8, pp. 37-39. (In Russ.).
5 Gadatov V.N., Serebrovskii V.I. Struktura i Azito-mekhanicheskie svoistva stalei, splavov i mnügüfuktsiünal'nykh pokrytii [Structure and physical-mechanical properties of steels, altoys and multifuncttonal Pattings]. Kursk, Kurskaya gos. s-kh. akad., 2010. 318 p. (In Russ.).
