книги2 / 385-1

УДК 378.4(062.552) ББК 74.484.7я431 И93

Ответственный редактор

доктор технических наук, профессор Л.А. Симонова

Ответственный секретарь А.А. Мухтарова

Итоговая научная конференция профессорскоИ93 преподавательского состава (Набережные Челны, 04 февраля 2022г.):

сборник трудов / Казан. (Приволжский) федер. ун-т, Набережночелнинский ин-т; отв. ред. Л. А. Симонова. – Набережные Челны: Издательско- полиграфический центр Набережночелнинского ин-та КФУ, 2022. – 157 с.

В сборнике представлены научные доклады профессорскопреподавательского состава, аспирантов и молодых ученых. Рассматриваются пути решения задач, возникающих в машиностроении, строительстве, энергетике, экономике, экологии, филологии, философии, юриспруденции.

УДК 378.4(062.552) ББК 74.484.7я431

© Набережночелнинский институт КФУ, 2022 год

СЕКЦИЯ: РАЗРАБОТКА И ИСЛЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ

Руководители: Шибаков В.Г., Валиев А.М.

Астащенко В.И.

д-р техн. наук, профессор,

Мухаметзянова Г.Ф.

канд. техн. наук, доцент,

Мухаметзянов И.Р.

аспирант

Решение задач по стабилизации и минимизации деформации и коробления цементованных деталей

Надежность и долговечность машин и механизмов, плавность зацепления и минимизация уровня шума в зубчатых передачах напрямую зависит от геометрической точности используемых деталей. Технологическим маршрутом изготовления большинства деталей автомобиля предусмотрено использование металлопроката, горячая пластическая деформация заготовок, термическая обработка поковок, механическая обработка полуфабрикатов и упрочняющая обработка. На всем пути такого металлопередела в машиностроительном производстве осуществляется прямое воздействие на структуру и свойства сплава, которое затем в полной или частичной форме наследуется готовым изделием и, соответственно, участвует в формировании геометрической точности деталей [1, 2, 3]. Поэтому задача обеспечения размерной точности деталей была и остается важной и актуальной научно-технической проблемой в машиностроении.

Немаловажная роль в этом отводится мероприятиям, направленным на снижение и стабилизацию деформации и коробления деталей. Основными факторами, вносящими вклад в деформацию и коробление деталей, упрочняемых при химико-термической обработке, являются: широкий интервал по прокаливаемости стали в состоянии поставки; технология горячей объемной штамповки (температура начала и окончания пластической деформации и условия охлаждения поковок после штамповки); технология изотермического отжига поковок (температура аустенитизации, условия подстуживания и температура изотермической выдержки); технология механической обработки; технология хи- мико-термической обработки (условия нагрева, температура насыщения, укладка и охлаждение деталей) [4, 5, 6].

5

В данной работе проводились исследования зубчатых деталей автомобиля, изготовленных из сталей 18ХГР, 15ХГН2ТА и 20ХГНМТА.

Стабильность механических и технологических свойств стали в значительной степени зависят от стабильности марочного химического состава. Однако, на практике химический состав определенной марки стали изменяется от плавки к плавке. Сравнительным анализом указанных марок сталей, широко используемых для изготовления деталей автомобиля, установлено, что с доверительной вероятностью 95% колебания (К = Сmax / Сmin) по углероду, марганцу и хрому для стали 18ХГР существенно меньше, чем для стали 20ХГНМТА. По сопутствующим элементам в стали 18ХГР – никелю и молибдену колебания не превышали 16% и 50% соответственно. Дополнительно выявлено, что для стали 18ХГР максимальное колебание составило по меди в 2 раза и алюминию в 1,45 раза, что значительно меньше, чем их колебание в стали 20ХГНМТА (2,5 раза и 4,0 раза соответственно). Значительные колебания зафиксированы в стали 20ХГНМТА по количеству титана (в 2,66 раза), а также серы (в 8,0 раз) и фосфору (более чем в 3,0 раза), что существенно превышает колебания этих элементов в стали 18ХГР.

Многочисленными исследованиями различных сталей было доказано, что наблюдается непосредственная связь между свойствами, составом и структурой. Наибольшую чувствительность к составу стали проявляют закаливаемость и прокаливаемость. Без сомнения, лидирующую позицию в этом занимает углерод. Другие химические элементы оказывают влияние, но их действия различны по отношению друг к другу. За счет уменьшения величины колебания по содержанию сопутствующих элементов (Cu, V, Ni, Mo, Al и Ti) и дополнитель-

стали 20ХГНМТА (рис. 1). В сравнении со сталью 20ХГНМТА сталь 18ХГР несомненно обладает более высокой стабильностью по прокаливаемости.

6

Рис. 1. Полосы прокаливаемости стали 20ХГНМТА (1) и 18ХГР (2)

Одна из причин деформации упрочняемых деталей – структурная неоднородность поковок. Для стабильного формирования феррито-перлитной структуры благоприятной для последующих видов обработки – механической и упрочняющей предложен и реализован в производстве способ термической обработки стальных поковок (рис. 2). Способ включает аустенитизацию при 9300-9500С, ускоренное циклическое охлаждение до температуры 680-7000С и изотермическую выдержку со ступенчатым понижением температуры по схеме

6800 – 6600С – 6400С – 6000С.

Данная технология позволяет получать феррито-перлитное строение в стали, твердость – 156-207HB и исключает образование нежелательных структурных составляющих в сплаве (табл. 1).

Рис. 2. Схема унифицированной технологии изотермического отжига поковок

7

Обозначение: Пз – перлит зернистый; Ппл – перлит пластичный; Пс – перлит сорбитообразный; Ф – феррит.

Таким образом, основными направлениями по минимизации деформации и коробления зубчатых деталей является стабильность используемой стали по прокаливаемости, обеспечение благоприятной феррито-перлитной структуры стали в поковках для последующих технологий их обработки, снижение напряженного состояния, вносимого при механической обработке и совершенствование технологии упрочняющей обработки деталей.

Литература

1. Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химикотермической обработки / В.М. Зинченко. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 303 с.

2. Кальнер В.Д. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей: справочник / В.Д.Кальнер. – М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.

3.Булгаков В.А. Влияние исходной структуры на деформацию и коробление деталей после окончательной термической обработки / В.А. Булгаков // Металловедение

итермическая обработка металлов. – 1977. – № 9. – С. 45–47.

4.Фещенко В.Н. Обеспечение качества продукции в машиностроении / В.Н. Фещенко. – Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2019. – 788 с.

8

5. Морозова И.Г. Современные проблемы металлургии, машиностроения и материалообработки / И.Г. Морозова. – М.: Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. – 52 с.

6. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г. Термическая обработка в машиностроении.

.Справочник / Ю.М. Лахтин, А.Г. Рахштадт. – Москва: Машиностроение, 1980. – 783 с.

Валиев А. М.

канд. техн. наук, доцент,

Низамов Р. С.

доцент,

Андреев А.П.

канд. техн. наук, доцент

Технологические приемы снижения окалинообразования при горячей объемной штамповке

При штамповке поковок предъявляются повышенные требования к качеству поверхностей, не подвергаемых в дальнейшем механической обработке.

В изделиях зарубежных производителей величина заштампованной окалины составляет до 0,013 мм (рисунок 1).

Рис. 1. Заштампованная окалина на поверхности детали, × 1000

При исследовании микроструктуры на поверхности детали, отштампованной в серийных условиях, выявлено наличие заштампованной окалины на глубину до 0,063 мм, в соответствии с рисунком 2.

Рис. 2. Заштампованная окалина на поверхности детали, × 300

Поверхностные дефекты указанного характера приведут к образованию дополнительных концентраторов напряжений при эксплуатации деталей.

9

Необходимо выявить причины заштамповки окалины и обозначить пути ее снижения. Причины и пути решения проблемы качества необрабатываемой поверхности приведены на рисунке 3.

Рис. 3. Способы повышения качества поверхности необрабатываемой резанием

Согласно [1] на поверхности горячекатанного металлопроката в включения вкатанной окалины глубиной до 0,2 мм. Вкатанная окалина трудно удаляется травлением и зачисткой. Следовательно, для исключения заштамповки поверхностных дефектов в области необрабатываемой области готового изделия обязательным требованием к качеству поверхности исходной заготовки является 1 группа качества поверхности металлопроката в обточенном состоянии.

Снижение температуры штамповки приводит к снижению образования окалины [2] и к увеличению силы штамповки (рис.4). Увеличение силы штамповки ограничено усилием прессового оборудования, снижением стойкости штампового инструмента и пластичности материала исходной заготовки.

Температура, °С

Рис. 4. Пример зависимости образования окалины и σв от температуры нагрева металла

10