Scientific journal
International Journal of Experimental Education
ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,839

2 2 1 3 3 1, 3 2 3
1
2
3
2103 KB

Перед современной промышленностью очень остро стоит проблема повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции. Под конкурентоспособностью в данном случае следует понимать минимизацию себестоимости производства при повышении эксплуатационных характеристик. Одной из важнейших таких характеристик является износостойкость, так как более 70 % деталей машин и инструмента выходят из строя по причине износа.

Структура и свойства поверхностных слоев деталей машин и инструмента оказывают важное влияние на их работоспособность, так как в процессе эксплуатации именно поверхностные слои наиболее интенсивно подвергаются температурно-силовым воздействиям. С этой точки зрения особый интерес представляет разработка новых высокоэффективных методов упрочнения деталей машин и инструмента за счет диффу-зионного насыщения поверхности металлов и сплавов различными химическими элементами, метод химико-термической обработки (ХТО). К особым достоинствам этого метода можно отнести то, химико-термической обработкой можно получать такое сочетание свойств упрочненного изделия, которое другими методами получить невозможно. В этом случае ХТО можно рассматривать не как определенную операцию изготовления детали, а как метод получения принципиально нового конструкционного материала [1].

При использовании литейных технологий появляется возможность в широких пределах использовать дополнительное легирование, микролегирование и модифицирование стали для повышения работоспособности деталей исходя из конкретных условий их эксплуатации. Известные в настоящее время методы поверхностного легирования отливок можно разде-лить на три группы в зависимости от механизма упрочнения:

1) результат сваривания легирующего материала с поверхностью отливки – когда легирующая паста расплавляется за счет тепла жидкого металла и сваривается с кристаллизующейся поверхностью отливки. В данном случае возникают трудности при легировании тугоплавкими элементами, а также не представляется возможным получать изделия с точными геометрическими параметрами и хорошим качеством поверхности.

2) пропитка жидким металлическим сплавом облицовочного легирующего покрытия. Недостатком данного метода является высокая сложность определения оптимальной температуры заливки жидкого металла с тем, чтобы он успел пропитать легирующее покрытие на всю толщину. Как и в предыдущем случае затруднительно получение изделия с точными геометрическими размерами и качественной поверхностью отливок.

3) диффузия легирующих элементов из облицовочного слоя литейной формы в отливку. – В данном случае насыщение происходит без расплавления легирующего покрытия, как в процессе кристаллизации расплавленного металла, так и в процессе охлаждения затвердевшего металла. В данном случае наиболее вероятно получение отливок с хорошим качеством поверхности и высокой геометрической точностью даже при минимальных температурах заливки жидкого расплава.

Среди возможных методов получения отливок с упрочненной поверхностью наиболее перспективным является метод получения отливок по газифицируемым (ЛГМ) [2] моделям. Метод ЛГМ основан на деструкции одноразовой модели в форме во время заполнения ее жидким расплавом. Такой метод позволяет получать отливку наиболее высокой размерной точностью и с достаточно хорошей частотой поверхности (от 3 до 6 класса шероховатости), так как насыщающая смесь наносится непосредственно на модель. Нанесение же насыщающей смеси на внутреннюю поверхность литейной формы при других методах требует корректировки размеров модельной оснастки, что значительно усложняет технологический процесс изготовления форм и снижает размерную точность отливки.

Целью настоящей работы являлось повышение износостойкости литых деталей за счет поверхностного легирования при литье по газифицируемым моделям.

На газифицируемую модель наносилась насыщающая легирующими элементами обмазка в пастообразном состоянии толщиной 0,5–1,5 мм. В результате взаимодействия жидкой стали отливки с легирующим облицовочным слоем, при кристаллизации и последующем охлаждении на поверхности отливки получали упрочненный слой. Из отливок вырезались образцы для исследования структуры и физико-механических свойств упрочненных отливок. Проводились испытания на износостойкость.

Установлено, что упрочненный слой, полученный при литье, имеет на порядок большую толщину (примерно 2,5–3,0 мм против 210–250 мкм) по сравнению с диффузионными слоями, полученными методами химико-термической обработки (ХТО). Строение диффузионного слоя, полученного упрочнением при литье, также претерпевает значительные изменения по сравнению с химико-термической обработкой: игольчатое строение, присущее боридным слоям полученным методами ХТО исчезает, переходя в литую боридную эвтектику. Микротвердость слоев, получаемых в процессе литья несколько ниже, чем у слоев, получаемых методами ХТО, однако это компенсируется их значительно возросшей пластичностью, что позволяет использовать литые диффузионно-упрочненные детали при повышенных ударных нагрузках без опасности скалывания слоя.

По результатам исследований разработан новый способ упрочнения стальных изделий. В настоящее время ведутся работы по изучению условий формирования оптимальных покрытий, оптимизации технологии диффузионного упрочнения литых изделий и насыщающей среды для реализации процесса упрочнения, доведения способа упрочнения до промышленного производства [3-10].