1 отзыв
  • ООО "АГНИ-К"
  • Статьи
  • Влияние исходной температуры на формирование структуры и свойств колёсной стали при плазменном упрочнении
Контакты
ООО "АГНИ-К"
Наличие документов
Знак Наличие документов означает, что компания загрузила свидетельство о государственной регистрации для подтверждения своего юридического статуса компании или индивидуального предпринимателя.
+7 показать номер
Юсупов Дамир Ильдусович
РоссияМоскваУл. Ижорская, 13, стр. 2.
Карта

Влияние исходной температуры на формирование структуры и свойств колёсной стали при плазменном упрочнении

Влияние исходной температуры на формирование структуры и свойств колёсной стали при плазменном упрочнении

Изучено влияние исходной температуры на параметры упрочнённого слоя колёсной стали при плазменном упрочнении.

Одной из основных задач при воздействии низкотемпературной плазмы на поверхность является получение стабильных структур и свойств обрабатываемого материала. Этот метод упрочнения широко используется при обработке гребня и поверхности катания железнодорожных колес [1, 2]. В результате нагрева в процессе плазменной обработки формируется структура, особенности которой обусловлены степенью завершенности процесса аустенитизации. Целью данной работы являлось изучение влияния исходной температуры металла во взаимосвязи с параметрами термического цикла (скорости нагрева и охлаждения, температура нагрева) на структурные превращения в стали и исследование их влияния на механические свойства. Образцы для исследования, изготовленные из стали 65Г, подвергались плазменной обработке по режиму: мощность нагрева N = 44 кВт, скорость обработки V = 240 мм/мин, расход азота F = 1,8 г/с. Варьировалась только температура образцов перед плазменной обработкой: –10, 0, 20, 55, 110 и 160°С. Установлено, что с повышением исходной температуры металла основы в диапазоне от –10 до +160°С возрастает общая глубина зоны термического влияния с 1,65 мм до 2,47 мм, но при этом снижается глубина мартенситного слоя с 1,2 до 0,19 мм (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость глубины упрочненного слоя от исходной температуры металла основы перед плазменным поверхностным упрочнением
Минимальный размер зерна 15 мкм отмечен для температуры 20°С. В интервале температур 20–160°С размер зерна монотонно возрастает с 15 до 41 мкм. Это согласуется с измерением микротвердости упрочненного слоя (рис. 2). Так на глубине до 1 мм минимальному размеру зерна при 20°С соответствует максимальная твердость.
Рис. 2. Распределение микротвердости по глубине упрочненного слоя в зависимости от температуры металла основы
В ходе исследований выявлена зависимость параметров сопротивления разрушения при испытаниях на изгиб от исходной температуры металла основы, которая имеет немонотонный характер (рис. 3).
Рис. 3. Влияние температуры металла основы на разрушающее напряжение и предел общей текучести
Минимальные значения параметров сопротивления разрушения, разрушающего напряжения, напряжения общей текучести, величины стрелы пластического прогиба, работы зарождения и распространения трещины соответствуют температуре 20 и 55°С. Величина стрелы пластического прогиба в интервале температур от -10 до 110°С имеет близкие значения 0,08-0,22 мм, а резкий ее рост происходит при 160°С.
Аналогичный характер изменения имеет и работа зарождения трещины. Исходя из комплексной оценки глубины слоя, твердости и параметров сопротивления разрушению для практики плазменного упрочнения стали типа 65Г может быть рекомендован температурный интервал металла основ в интервале в интервале 0 − 55°С. Этот интервал температур обеспечивает получение на глубине 0,05 мм микротвердость 779-883 HV и глубину мартенситного слоя не менее 0,7 мм. Эти по- казатели являются основными эксплуатационными характеристиками упрочняемой поверхности. Именно в этом температурном интервале получен и минимальный размер зерна вблизи упрочняемой поверхности. При снижении исходной температуры металла с 20 до −10°С наблюдается рост размера зерна вблизи поверхности плазменного упрочнения, и как следствие, снижение микротвердости. Очевидно, при понижении температуры насыщение поверхности азотом происходит замедленно, а, следовательно, и процессы дисперсионного твердения и сдерживания роста зерна при нагреве. Выводы 1. Установлено, что исходная температура металла оказывает влияние на структуру и свойства колесной стали типа 65Г при плазменном упрочнении поверхности. При одинаковых параметрах плазменной обработки, принятых для данной марки стали, с повышением исходной температуры металла увеличивается глубина упрочненной зоны, а глубина мартенситного слоя уменьшается. 2. При исходной температуре металла основы 20°С отмечен минимальный размер зерна вблизи упрочненной поверхности 15 мкм и максимальная твердость 923 HV. Отрицательная температура, а также температура выше 55°С не обеспечивают получение высокой твердости поверхностного слоя. 3. В практике использования плазменного упрочнения следует учитывать климатические температуры. Стандартные режимы упрочнения колесной стали не приемлемы для отрицательных температур.
Работа выполнялась в рамках государственного контракта №16.523.11.3007.
Список литературы 1. Э.Х. Исакаев, О.А. Синкевич, А.С. Тюфтяев, В.Ф. Чиннов. Исследование генератора низкотемпературной плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения. //Теплофизика высоких температур, том 48, № 1, Январь-Февраль 2010, С. 105-134. 2. Ильичев М.В., Ливанова О.В., Тюфтяев А.С., Юсупов Д.И., Филиппов Г.А. Плазменная обработка стали с различной исходной температурой. В сб. «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня», Материалы 12-й международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 13-16 апреля 2010 г., часть 2, С.158-161.

Исакаев Э.Х., Ливанова О.В., Тюфтяев А.С., Филиппов Г.А. ХХ Петербургские чтения по проблемам пр-ти.