Исследование влияния режимов термохимической обработки на механизм взаимодействия структурных составляющих и стойкость сталей ледебуритного класса к контактному изнашиванию

ggtu_admin - вт, 26/02/2019 - 17:02
Вид научной деятельности:
Дата начала работ:
Дата окончания работ :
Цели:


Цель - достижение возможности изготовления инструментальной оснастки из легированных сталей, подвергающихся контактному изнашиванию по заданной закономерности с сохранением функциональных параметров материала в процессе его эксплуатации и возможностью прогнозирования наработки на отказ.

Задачи:

  1. Исследовать механизм разрушения поверхностных слоев легированных сталей в процессе контактного нагружения с учетом взаимодействия структурных составляющих, степени метастабильности и градиента свойств;
  2. Выявить особенности и режимы структурообразования поверхностных слоев легированных сталей, обеспечивающих формирование градиента свойств с заданными закономерностями контактного изнашивания, а также трансформации структурных составляющих в направлении адаптивного самосовершенствования морфологии сплава;
  3. Разработать режимы упрочнения легированных сталей, обеспечивающих формирование служебных характеристик поверхностного слоя с учетом условий его эксплуатации и возможностей применения более дешевых сталей отечественного происхождения взамен дорогостоящих высоколегированных материалов;
  4. Выявить детали, эксплуатационные характеристики которых существенно завышены по критерию контактной выносливости за счет применения дорогостоящих сплавов и разработать технологические рекомендации по модернизации технологических процессов их изготовления в направлении оптимизации технологии упрочнения по критерию износоустойчивости в условиях контактного нагружения, а также замены материала-прототипа.
Актуальность (решаемые проблемы):

Увеличение степени импортозамещения в номенклатуре деталей быстроизнашиваемой технологической оснастки может быть реализовано за счет всестороннего изучения механизма разрушения поверхностного слоя материала. Современные подходы к проектированию и изготовлению деталей западными производителями, во многом, основаны на маркетинговой политике. Она стимулирует производителя технологического оборудования регламентировать срок эксплуатации наиболее ответственных деталей. Как правило, это формирует зависимость потребителя оборудования от его изготовителя в процессе производственного цикла. Этот подход вынуждает отечественных потребителей западного высокотехнологического оборудования к систематическим поставкам быстроизнашивающихся деталей технологической оснастки, запасных частей и др. из-за рубежа. Привлечение к решению задач импортозамещения исследовательских коллективов позволяет задействовать дополнительные резервы интеллектуальных кадров, способных выявить причины отказа импортной оснастки и деталей машин, сформулировать признаки, по которым следует анализировать работоспособность каждой отдельно взятой детали и распознать технологические режимы её изготовления зарубежным производителем. Получение подобной информации, её использование и модернизация на её основе технологических процессов и технических изделий, является эффективным способом реализации инжиниринговой политики.

Распознание параметров быстроизнашиваемой технологической оснастки обеспечивает не только возможности для её копирования, но и создает условия для модернизации технологических процессов. Их усовершенствование позволяет снизить требования к основному объему материала, заменив его более дешевым аналогом, сосредоточившись на управлении свойствами поверхностных слоев. Подобный подход в области модернизации деталей, работающих в условиях контактного изнашивания, реализуется в ГГТУ им. П.О.Сухого на базе оригинального оборудования для исследования процесса контактного изнашивания металлических материалов.

К деталям, строк эксплуатации которых зависит от способности материалов противостоять контактному изнашиванию, относятся многие виды штампового инструмента, топливная аппаратура современных дизельных двигателей, детали гидравлических машин и др. Адаптация оригинального исследовательского оборудования к оценке эксплуатационных характеристик указанных деталей позволит не только улучшить экономическую составляющую производственного процесса по комплексу параметров учитывающих материальные затраты и показатели наработки на отказ, оптимизированы исследовательские методики, расширены диапазоны их применения, усовершенствованы отдельные узлы научного оборудования, а также разработаны новые приспособления, расширяющие фундаментальную составляющую исследовательского процесса.

Краткое описание создаваемой научно-технической продукции:

Выявлена возможность синтеза поверхностно модифицированных слоев штамповых полутеплостойких сталей Х12М и Х12МФ с уникальным сочетанием структурно-фазовых составляющих, включающих наличие промежуточного карбанитридного слоя, разделяющего первичные эфтектоидные карбиды и твердый раствор, выполняющего функцию буферного слоя с повышением вязкости материала и одновременно сохранением высокой износостойкости в условиях действий пульсирующих контактных нагрузок. Полученные результаты дают возможность замены дорогих быстрорежущих сталей, в частности Р18 без потери стойкости к контактному изнашиванию.

Разработана новая технология упрочнения высокохромистых инструментальных сталей, позволяющая сохранить высокую твердость сердцевины - 58 HRC и более, с поверхностным слоем модифицированным посредством азотирования.

Область применения результатов НИОКР:

Машиностроительные и металлургические предприятия.

Технические преимущества по отношению к лучшим отечественным и зарубежным аналогам:

Традиционная термическая обработка с последующей низкотемпературной нитроцементацией не обеспечивает высокой износоустойчивости полутеплостойких штамповых сталей. Модернизация режимов термохимической обработки позволила приблизить структуру и свойства упрочненных слоев сталей X12M и X12МФ к показателям азотированных слоев стали Р18 и обеспечить возможности для равноценной замены дорогостоящей быстрорежущей стали более дешевыми и менее трудоемкими в термохимической обработке штамповыми сталями пр изготовлении из них штампового инструмента в металлургической промышленности.Изготовлены опытные образцы штамповых инструментов для ОАО "Гефест" ПТУЧП "Гефест-техника" с повышенной стойкостью.

Экономические преимущества:

Снижение производственных издержек на приобретение или изготовление быстроизнашивающихся деталей машин.

Потенциальные потребители создаваемой научно-технической продукции:

Предприятия машиностроительного комплекса Республики Беларусь и Российской Федерации.

Контактная информация:

УО "Гомельский государственный технический университет"
Научный руководитель
Степанкин Игорь Николаевич, заведующий кафедрой "Материаловедение в машиностроении", кандидат технических наук
Тел.: +375 232 40 10 38
E-mail: stepankin@gstu.by