CC BY
12
УДК 669.018.24
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАКАЛКИ НА РАЗМЕР ЗЕРНА
И ТВЕРДОСТЬ ЦЕМЕНТУЕМОЙ ПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ Пугачева Татьяна Михайловна, доцент, к.т.н.
Котельников Дмитрий Васильевич, магистр (e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
Приведены данные сравнительного анализа размера игольчатости мартенсита и твердости после закалки с разных температур цементуемой хромо-никель-молибденовой дисперсионно твердеющей подшипниковой стали.
Ключевые слова: подшипниковая сталь, закалка, размер игл мартенсита, твердость.
Для обеспечения надежной работы высокоскоростных подшипников авиационных двигателей в 80-х годах прошлого столетия за рубежом была разработана цементуемая дисперсионно-твердеющая сталь М50№1 [1-4]. Цементуемые стали после полной термической обработки имеют твердую, износостойкую поверхность и прочную вязкую сердцевину, что обеспечивает высокое сопротивление усталостному разрушению [5-6]. Отечественным аналогом М50№1 является недавно разработанная хромо-никель-молибденовая сталь ВКС17-ИД. Основными требованиями к теплостойким подшипниковым сталям после полной термической обработки являются мелкозернистость микроструктуры и твердость поверхности не менее 60 HRC.
Цель работы установить зависимость размера зерна и твердости от температуры закалки цементуемой подшипниковой стали ВКС217.
Методика исследования
Исследование проводили на образцах, вырезанных из кольца подшипника, изготовленного из стали ВКС17-ИД после цементации на глубину 1,82,0 мм. Температуру закалки изменяли через 20 градусов, длительность выдержки была постоянной, охлаждение проводили в горячем масле при постоянном покачивании образца. После закалки проводили трехкратный высокотемпературный отпуск на дисперсионное твердение.
Для определения размера зерна использовали микроскоп NikonEclihse Ma200 для определения твердости и микротвердости- твердомеры ТР 5014, BUEHLER Mikromet 5101.
Результаты исследования и их анализ
Микроструктура цементованного слоя и сердцевины представлены на рисунках 1 и 2.
После цементации наблюдается грубая цементитная сетка, которая распространяется до глубины 250-300 мкм (рисунок 1). В сердцевине структура состоит из реечного мартенсита и избыточных карбидов (рисунок 2).
Для определения глубины цементованного слоя после стандартной закалки измеряли микротвердость. За эффективную глубину цементации принимали слой с микротвердостью не менее 500 НУ. Результаты замеров представлены в таблице 1 и рисунке 3. Из представленных данных видно, что эффективная глубина цементованного слоя составляет около 1,9 мм. При этом сначала до глубины 0,8 мм наблюдается плавное уменьшение микротвердости, а затем - более резкое.
Рисунок 1 - Микроструктура цементованного слоя после цементации
Рисунок 2 - Микроструктура сердцевины после цементации
Таблица 1- Результаты замеров микротвердости для определения эффек-_тивной глубины цементации_
№п/п Расстояние от поверхности, мм НУ
1 0,1 796,6
2 0,24 789,6
3 0,38 773,7
4 0,53 769,2
5 0,68 762,6
6 0,83 731,8
7 0,97 678,2
8 1,12 632,0
9 1,26 585,9
10 1,44 565,0
11 1,58 535,5
12 1,74 517,2
13 1,86 506,4
14 1,90 500,0
Сердцевина 45НЯС
850 800 750 > X х, 700 ь 5 650 о. ш £ 600 0 о. 1 550 500 450 400
) 0,2 0,4 0;б 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 Расстояние от поверхности, мм
Рисунок 3 - Распределение микротвердости по глубине цементованного слоя
Микроструктуры после цементации, закалки и трехкратного высокого отпуска представлены на рисунке 4, усредненные размеры игл мартенсита и значения твердости - в таблице 2 и на рисунке 5.
Анализ представленных данных показал, что требуемое значение твердости на глубине 1 мм не менее 60 НЯС достигается после закалки по режимам 4 и 5. Однако после режима 5 формируется заметно более крупное
зерно, чем после режима 4. После режима 3 зерно мельче, но заметно снижается твердость.
Режим 4
Рисунок 4 - Микроструктура (х500) на поверхности и в сердцевине после разных режимов закалки
Таким образом, оптимальное сочетание твердости и размера мартенсит-ные игл достигается после закалки по режиму 4. Отклонение на 20 °С от температуры закалки в большую или меньшую стороны приводит либо к заметному огрублению микроструктуры, либо недостаточной твердости.
Таблица 2 - Размеры игл мартенсита и значения твердости на разной глу-
Твердость HRC
№ режима Размер игл мартенсита, мкм на глубине, мм
0, 25 1,2
1 9-15 61 54,8
2 15-20 61,5 -
3 20-25 62,0 56,3
4 25-30 63,0 59,5
5 38-44 63,0 59,0
Рисунок 5 - Изменение твердости после разных режимов закалки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Цементуемая подшипниковая сталь ВКС17-ИД чувствительна к перегреву и недогреву при закалке, что выражается соответственно в росте зерна аустенита и соответственно игл мартенсита или снижении твердости из-за недостаточного насыщения твердого раствора.
Список литературы
1. Ebert, F-J. An Overview of Performance Characteristics, Experiences and Trends of Aerospace Engine Bearings Technologies / F -J. Ebert, Chinese Journal of Aeronautics 20(2007).- 378-384 р.р.
2. Gloeckner,P. Engineering The Evolution of Reliability and Efficiency of Aerospace Bearing Systems/ P. Gloeckner, C. Rodway.- Engineering, 2017, 9. P. 962-991.
3. Zaretsky, E. V. Rolling Bearing Steels—A Technical and Historical Perspective - Part I/ E. V. Zaretsky, Power Transmission Engineering 2013,2.- 40-45 р.р. www.powertransmission.com.
4. Pugacheva, T.M. History of aviation bearing steels development and its treatment/ T.M. Pugacheva, Proceedings 26th IFHSE CONGRESS 2019. International Congress on Metal Science and Heat Treatment, Moscow: Metallurgizdat, 2019.-291-295 p.p.
5. Спришевский, А.И. Подшипники качения. М.: Машиностроение.- 1968.-632 с.
6. Лахтин, Ю.М. Химико-термическая обработка металлов/ Ю.М. Лахтин, Б.Н. Ар-замасов.- М.: Металлургия.- 1985.- 325 с.
Pugacheva T. М., associate Professor, Ph. D. Kotelnikov D. V., master
Samara state technical University, Samara, Russia
INFLUENCE OF HARDENING TEMPERATURE ON GRAIN SIZE AND HARDNESS OF CASTED BEARING STEEL
The data of comparative analysis of martensite needle sizes and hardness after hardening from different temperatures of carburized chromium-nickel-molybdenum precipitation hardening bearing steel are given.
Key words: bearing steel, hardening, size of martensite needles, hardness.
СВС КЕРАМИЧЕСКОЙ НИТРИДНО-КАРБИДНОЙ КОМПОЗИЦИИ
si3n4-tic с использованием азида натрия
Титова Юлия Владимировна, доцент, к.т.н., доцент, (e-mail: titova600@mail.ru) Якубова Алсу Фаридовна, аспирант, (e-mail: minekhanovaaf@mail.ru) Шоломова Анна Владимировна, к.т.н., ассистент (e-mail: sholomovaav@gmail.com) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
Исследована возможность получения композиции Si3N4-TiC методом СВС-Аз с использованием в качестве азотирующего реагента NaN3, а также галоидной соли (NH4)2TiF6. Проведен термодинамический анализ протекания химических реакций горения системы «15Si-6NaN3-(NH4)2TiF6-xC-(x-1)Ti». Проведены рентгенофазовый, микроструктурный и энергодисперсионный анализы синтезированных продуктов. Установлено, что в результате продукты горениявсех исходных смесей состоят из волокон а-и fi-Si3N4 диаметром 70-150 нм и равноосных частиц TiN-TiC размером от 100 до 500 нм. Отметим, что при х < 4 молей продукты горения также содержат свободный Si. При х > 4 моля свободный Si заменяется на SiC.
Ключевые слова: азид натрия, СВС, нитридно-карбидная композиция, нитрид кремния, карбид титана, композит.
Acknowledgments: The reported study was funded by RFBR, project number 20-08-00298.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время Si3N4 является главным керамическим материалом для производства изделий, работающих в условиях высоких нагрузок, на-
