Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов

Покупка
Артикул: 438658.03.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Изложены закономерности формирования структуры поверхностного слоя при азотировании сталей и сплавов перлитного, мартенситного и аустенитного классов в зависимости от их химического состава, плотности дефектов строения матрицы и температурно-временных параметров технологического процесса. Описаны механизмы влияния строения азотированного слоя на твердость сталей и их износостойкость. Установлены основные структурные факторы, влияющие на износостойкость сталей и контактную долговечность изделий из них. Рассмотрены принципы управления структурными факторами для достижения оптимальных значений износостойкости и контактной долговечности. Представлены результаты экспериментальных исследований износостойкости конструкционных материалов при трении в разных условиях. С позиций эксплуатационных требований изложена проблема выбора конструкционных материалов для узлов трения технологического оборудования. В приложении представлен обширный справочный материал по триботехническим характеристикам конструкционных материалов. Для научных и инженерно-технических работников, конструкторов, технологов, занимающихся вопросами химико-термической обработки, трения и износа изделий машиностроения, может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам вузов.
Герасимов, С. А. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов : монография / С. А. Герасимов, Л. И. Куксенова, В. Г. Лаптева. - 2-е изд. - Москва : МГТУ им. Баумана, 2014. - 520 с. - ISBN 978-5-7038-3933-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1973526 (дата обращения: 29.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
 
 
 
C.А. Герасимов, Л.И. Куксенова,  
В.Г. Лаптева 
 
 
 
СТРУКТУРА 
И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ 
азотированных  
конструкционных 
сталей и сплавов 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Москва 2014 

УДК 621.785.53:620.186:620.178.16:669.018.29 
ББК 34.431 
Г37 

Р е ц е н з е н т ы :  
д-р техн. наук, проф. О.Ю. Елагина 
д-р техн. наук, проф. В.Г. Павлов 
 
           Герасимов С. А. 
    Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей 
и сплавов  / С. А. Герасимов, Л. И. Куксенова, В. Г. Лаптева. — 2-е изд., 
испр. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. —  518, [2] с. : ил.  

ISBN 978-5-7038-3933-1 

Изложены закономерности формирования структуры поверхностного слоя 
при азотировании сталей и сплавов перлитного, мартенситного и аустенитного 
классов в зависимости от их химического состава, плотности дефектов строения 
матрицы и температурно-временных параметров технологического процесса. 
Описаны механизмы влияния строения азотированного слоя на твердость сталей и 
их износостойкость. Установлены основные структурные факторы, влияющие на 
износостойкость сталей и контактную долговечность изделий из них. Рассмотрены 
принципы управления структурными факторами для достижения оптимальных 
значений износостойкости и контактной долговечности. Представлены результаты 
экспериментальных исследований износостойкости конструкционных материалов 
при трении в разных условиях. С позиций эксплуатационных требований изложе-
на проблема выбора конструкционных материалов для узлов трения технологиче-
ского оборудования. В приложении представлен обширный справочный материал 
по триботехническим характеристикам конструкционных материалов. 
Для научных и инженерно-технических работников, конструкторов, тех-
нологов, занимающихся вопросами химико-термической обработки, трения и 
износа изделий машиностроения, может быть полезна преподавателям, аспи-
рантам и студентам вузов. 
 
 
УДК 621.785.53:620.186:620.178.16:669.018.29          
                                                 
  ББК 34.431 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 Герасимов С.А., Куксенова Л.И.,  
                                              Лаптева В.Г., 2012 
 Герасимов С.А., Куксенова Л.И.,  
    Лаптева В.Г, 2014, с изменениями 
 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3933-1                      
 
    МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 

Г37 

Посвящается светлой памяти наших Учителей —  
И.И. Сидорину,  Г.Ф. Косолапову, Л.М. Рыбаковой 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В настоящее время для увеличения срока службы машин, оборудования и 
приборов, снижения их металлоемкости, сокращения численности персонала, 
занятого эксплуатацией, большое внимание уделяется решению трибологиче-
ских проблем на основе методов химико-термической обработки и разнооб-
разных методов модифицирования поверхности изделий. 
Азотирование широко применяют при обработке различных изделий маши-
ностроения. При этом повышаются прочность, твердость, износостойкость, со-
противление усталости, коррозионная стойкость. Азотирование — один из 
наиболее распространенных методов обработки, использование которого в про-
мышленно развитых странах постоянно расширяется. Как показывает практика, 
применение азотирования особенно эффективно для разнообразных сопряжений, 
где основной причиной разрушения поверхностей является трение.  
Решение проблемы износостойкости конструкционных материалов связа-
но с изучением закономерностей структурных превращений как в поверх-
ностных слоях при химико-термической обработке изделия, так и в зоне кон-
тактного взаимодействия при эксплуатации, что в совокупности позволяет 
разрабатывать усовершенствованные методы снижения потерь на трение и 
износ. В связи с этим исследования структурных изменений в поверхностных 
слоях изделий из конструкционных материалов триботехнического назначения 
вызывают глубокий теоретический интерес и имеют важнейшее практическое 
значение. 
Монография состоит из двух основополагающих частей. В первой части 
описаны новые впервые систематизированные на основе экспериментальных 
и теоретических исследований модели структурного состояния азотированного 
слоя в сталях перлитного, мартенситного и аустенитного классов. Рассмотрена 
аналогия формирования этого состояния с фундаментальными 
представлениями о структуре, возникающей при старении пересыщенных 
твердых растворов. По результатам экспериментального исследования разных 
конструкционных сталей и сплавов электронно-микроскопическими, 
рентгеновскими и другими методами в зависимости от технологических  
параметров предварительной термообработки, азотирования и химического  
состава разработаны принципы управления структурными факторами, определяющими 
высокий уровень износостойкости и контактной выносливости 
азотированных сталей и сплавов. 
Вторая часть монографии в большей степени посвящена прикладному аспекту 
азотирования. Представлены научно обоснованные структурные факторы 
азотированных конструкционных сталей и сплавов, ответственные за 
износостойкость и контактную выносливость. Проведены систематические 

Предисловие 

4 

исследования, которые позволили решить важную научно-техническую проблему 
увеличения ресурса работы азотированных деталей, работающих в 
условиях трения и контактной усталости. Как следствие, появилась возможность 
применить на практике азотирование для упрочнения высоконагру-
женных зубчатых колес с контактной выносливостью, соизмеримой с контактной 
выносливостью цементованных зубчатых колес, при этом исключить 
необходимый в последнем случае процесс зубошлифования, что привело к 
сокращению трудоемкости их изготовления. 
Особое место во второй части занимает большой объем экспериментальных 
данных по сравнительной оценке износостойкости разных конструкционных 
материалов с традиционными термическими и химико-термическими видами 
упрочнения поверхностных слоев. В приложении приведены паспорта, которые 
основаны на результатах исследования узлов трения скольжения технологического 
оборудования, полученных на машинах трения и стендах при возвратно-
поступательном, вращательном и возвратно-вращательном движении в разных 
смазочных средах.  
Для автоматизированного выбора материалов узлов трения скольжения 
технологического оборудования разработана база данных (БД) триботехниче-
ских характеристик, полученных на разных машинах трения и стендах. Информационно-
поисковая система содержит сведения о более чем 500 сочетаниях 
материалов, работающих в разных условиях нагружения и смазки. Использование 
БД освобождает пользователя от просмотра и анализа обширной 
литературы по изучаемой проблеме, дает возможность свести выбор материалов 
к рассмотрению предложенных базой, наметить области исследований, 
имеющие пробелы по использованию условий минимальных потерь на трение, 
устранить возможность повторений в исследовательских работах. 
Авторами монографии являются ведущие специалисты в области материаловедения 
в машиностроении. Монография представляет собой фундаментальный 
труд, в котором содержатся методологические основы процесса азотирования и 
принципы управления структурными факторами на микро-, суб- и наноуровнях, 
позволяющие обеспечивать высокий уровень износостойкости конструкционных 
материалов и контактной долговечности изделий из них. 
Авторы благодарны всем, кто способствовал выходу в свет данной монографии. 
Среди них прежде всего ученики и коллеги, чьи результаты исследований 
были использованы в данном издании: коллектив кафедры материаловедения 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также сотрудники Лаборатории методов и 
технологий упрочнения Федерального государственного бюджетного учреждения 
науки Института машиноведения им. А.А. Благонравова Российской 
академии наук (ИМАШ РАН) — кандидат технических наук М.С. Алексеева, 
научный сотрудник И.А. Хренникова, инженер Н.Л. Борейко, оказавшие неоценимую 
помощь в научно-организационной работе по созданию книги. 
Авторы будут признательны за все замечания и предложения, которые 
можно направлять в Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана по адресу: 
Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5 или press@bmstu.ru  
 

 

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК 

Современное машиностроение характеризуется сложными условиями 
эксплуатации машин, связанными с высоким уровнем действующих напря-
жений, вибрациями, широким температурным интервалом, агрессивными 
средами и др. В связи с этим необходимо соблюдение особых требований к 
сталям и сплавам, из которых изготовлены детали, для обеспечения надежно-
сти и ресурса их работы, что во многом зависит от износостойкости кон-
струкционных материалов. 
Статистика показывает, что большинство машин (85…90 %) выходят из 
строя не из-за поломки, а в результате износа поверхностей отдельных дета-
лей — подшипников, валов, зубчатых передач, гильз цилиндров и других пар 
трения. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машины в несколько 
раз превышают ее стоимость: для автомобилей — примерно в 6 раз, для са-
молетов — до 5 раз, для станков — до 8 раз. На ремонт автомобилей, тракто-
ров и других машин затрачивается почти в 4 раза больше производственных 
мощностей, чем на их изготовление. 
Азотирование — один из эффективных и распространенных технологиче-
ских методов поверхностного упрочнения, повышающих сопротивление изна-
шиванию разнообразных деталей машин, эксплуатирующихся при относитель-
но небольших контактных нагрузках. В станкостроительной промышленности 
азотируют шпиндели, ходовые винты, направляющие станков, зубчатые колеса 
и другие детали, для которых нецелесообразно использовать иные виды по-
верхностного упрочнения (например, цементацию). В автотракторной про-
мышленности азотируют детали топливной аппаратуры — плунжерные пары, 
форсунки распылителя, валики и другие пары трения. В судостроительной, 
авиационной отраслях машиностроения, турбостроении азотирование широко 
применяют для крупногабаритных зубчатых колес, работающих при неболь-
ших контактных напряжениях. 
Азотирование конструкционных сталей и сплавов имеет давнюю исто-
рию, в которой можно выделить несколько периодов [1]. Истоки начального 
периода относятся к ХVIII в, когда была доказана принципиальная возмож-
ность воздействия азота на свойства железа. Еще не были установлены какие-
либо закономерности, однако впервые были получены образцы железа с со-
держанием 11,5 % азота и найденное химическое соединение описано фор-
мулой Fe2N. Также было выявлено повышение коррозионной стойкости, 
определены теплота образования и структура нитрида, обнаружены снижение 
вязкости железа и стали при наличии в них весьма малого количества азота и 
повышение твердости стали при нагреве ее в смеси аммиака и ацетилена.  

Краткий исторический очерк 

6 

Систематические же исследования процесса насыщения металлов и сплавов 
азотом и развитие технологий азотирования начались только в ХХ веке. 
Первый важный период развития азотирования в нашей стране (1905—
1940 гг.) характеризуется проведением системных исследований в этой обла-
сти. Так, получили развитие научные основы процесса азотирования: теория 
чистой (атомной) и реакционной (реактивной) диффузии, представления о 
механизме образования структуры и фазового состава диффузионного слоя, 
началось изучение влияния температуры обработки на структуру и свойства 
диффузионного слоя. Разработаны первые промышленные технологические 
процессы азотирования, режимы ступенчатого азотирования, процесс анти-
коррозионного азотирования. С этим периодом связаны имена Н.П. Чижев-
ского, являющегося основоположником процесса азотирования, Н.А. Минке-
вича, И.Е. Конторовича, С.Ф. Юрьева, А.В. Смирнова, Д.А. Прокошкина, 
В.И. Просвирина, И.Ф. Афонского, А.В. Рябченкова, В.Д. Яхнина и др. 
Н.П. Чижевский впервые показал, что аммиак начинает взаимодейство-
вать с железом уже при температуре 200 °С, а оптимальным является диапа-
зон значений температуры азотирования 400…600 °С. Исследуя нитриды 
разных элементов (Fe, Mn, Si, Al), он установил, что при азотировании идут 
два основных процесса: образование нитридов и их распад. Работы Чижев-
ского создали основу технологий азотирования и предпосылки их промыш-
ленной реализации.  
Н.А. Минкевичем и другими учеными [3, 4, 5] были проведены исследо-
вания процесса азотирования применительно к условиям промышленного 
производства, предложены отечественные нитроллои — стали для азотиро-
вания, содержащие в своем составе алюминий и хром, и показано, что при 
азотировании сталей, легированных Cr, W, Mo, Al, формируется поверхност-
ный слой высокой твердости, прочно связанный с сердцевиной. В этот пери-
од были решены принципиальные проблемы для реализации технологическо-
го процесса в промышленности: установлены диапазоны изменения парамет-
ров технологического процесса и требования к химическому составу сталей, 
что, по существу, обусловило формирование промышленного технологиче-
ского процесса.   
Второй период (1940—1960 гг.) связан с обоснованием классического  
газового азотирования. В промышленности стали широко применять ста-
бильные технологические процессы азотирования, были разработаны эффек-
тивные комбинированные способы совмещения процессов азотирования и 
закалки (нитрозакалка). Над решением этих проблем работали Ю.М. Лахтин, 
Г.Ф. Косолапов, А.Н. Минкевич, А.В. Белоручев, А.А. Юргенсон, Б.Н. Арза-
масов, Я.Д. Коган. 
Успехи в развитии технологии газового азотирования достигнуты благо-
даря фундаментальным исследованиям Ю.М. Лахтина [6], в которых были 
определены коэффициенты диффузии азота во всех фазах сплавов Fe — N, 
что позволило оценивать скорость роста каждой из них. Важными являются 
исследования влияния концентрации углерода и легирующих элементов на 
скорость диффузии азота, фазовый состав и структуру азотированного слоя. 

Краткий исторический очерк 

7 

Было показано, что при использовании легирующих элементов Cr, Ni, Mn, 
Mo уменьшается коэффициент диффузии азота в феррите, а формирование 
диффузионного слоя на легированном феррите подчиняется той же схеме, 
что и на чистом железе.  
В этот период интенсивно развивалась технология комбинированной обработки (
нитрозакалки), которую проводили двумя основными способами:  
1) азотирование в диапазоне изменения температуры 500…750 °С, нагрев под 
закалку в нейтральной среде, закалка, обработка холодом и низкотемпературный 
отпуск; 2) азотирование, совмещенное с нагревом под закалку в азоте, 
закалка, обработка холодом, низкотемпературный отпуск. После обработки 
по технологиям нитрозакалки твердость поверхностного слоя выше, чем 
твердость, достигаемая при классическом газовом азотировании, что связано 
с образованием азотистого мартенсита. Нитрозакалка приводит к повышению 
износостойкости и предела выносливости высокоуглеродистых сталей.   
Третий период (1960—1980 гг.) характеризуется изучением большого  
количества технологических процессов, объединенных общим названием 
«низкотемпературная химико-термическая обработка» (НХТО). Достигнуто 
качественное изменение процесса насыщения: одновременно с азотом поверхностный 
слой стали насыщать и углеродом. Уточнена модель структуры 
азотированного слоя, введено понятие азотного потенциала атмосферы.  
Разработан процесс ионного азотирования и соответствующее оборудование.  
В этот период наибольшие успехи достигнуты А.А. Бабад-Захряпиным,  
А.А. Поповым, А.В. Белоцким, Е.Л. Гюлихандановым, В.М. Зинченко,  
С.А. Герасимовым, Г.Н. Неустроевым, В.Н. Глущенко, А.К. Тихоновым. 
Процесс НХТО включает в себя классическое газовое азотирование, методы 
кратковременного газового азотирования (в которых используются углеродсодержащие 
газы), обработку в плазме тлеющего разряда (ионное азотирование), 
обработку в углеродсодержащих расплавах солей (жидкостное 
азотирование). Кратковременное газовое азотирование проводили в частично 
диссоциированном аммиаке, смеси аммиака и азота, аммиака и предварительно 
диссоциированного аммиака, в смесях аммиака с кислородсодержащими 
и углеродсодержащими газами [7—12]. Разбавление аммиака азотом 
привело к уменьшению хрупкости и увеличению толщины диффузионного 
слоя. Следует отметить, что процессы низкотемпературной нитроцементации 
имеют преимущества перед классическим газовым азотированием.  
Начались исследования научных основ процесса азотирования в плазме 
тлеющего разряда, разработки промышленных технологий и соответствую-
щего оборудования. Были изучены характеристики тлеющего разряда на 
установках для химико-термической обработки и их влияние на химические 
процессы взаимодействия азота с железом и легирующими элементами ста-
лей и сплавов. Как показали исследования, ионное азотирование создает та-
кое же качество диффузионного слоя, что и классическое газовое азотирова-
ние, но за меньшее время (в 2—3 раза). 
В жидких средах НХТО осуществляется за короткое время, при этом по-
лучаются слои небольшой толщины, но обладающие высокой усталостной 

Краткий исторический очерк 

8 

прочностью, износостойкостью, коррозионной, кавитационной и теплостой-
костью [13]. Однако применение этой технологии ограниченно из-за необхо-
димости использования цианистых соединений и сложности организации 
крупносерийного производства. 
В этот период Г.Ф. Косолаповым и С.А. Герасимовым были проведены 
фундаментальные исследования субмикроструктуры в процессе формирова-
ния строения и комплекса свойств азотированного слоя [14]. Изучена струк-
тура диффузионного слоя, которая при азотировании легированных сталей 
образуется по механизму прерывистого распада пересыщенных твердых рас-
творов, подобному механизму, реализуемому в стареющих сплавах. Так, вы-
сокая износостойкость азотированной стали достигается, если диффузионная 
зона имеет гетерогенную структуру с некогерентными включениями нитри-
дов. Таким образом, впервые были изучены особенности тонкой структуры 
диффузионного слоя, позволяющего создать дополнительные резервы повы-
шения эксплуатационных свойств азотированных изделий. 
Одновременно начинается интенсивное исследование процесса азотирования 
при высоких значениях давления и в широком диапазоне изменения температу-
ры — появляется новое направление в химико-термической обработке, назван-
ное газобарическим азотированием [15], проводящееся в диапазонах изменения 
значений температуры 400…2 000 °С и давления 10…200 МПа.  
В четвертом периоде (1980-е гг.) появляются новые направления развития 
НХТО — их автоматизация осуществляется с помощью программ компьютерного 
моделирования диффузионных процессов. Предложена концепция 
насыщения в новых атмосферах — продуктах неполного каталитического 
окисления аммиака. Получили развитие дуплексные процессы на основе азотирования 
и азотирование при высоком давлении. Этот период связан с именами 
А.В. Супова, Т.А. Панайоти, Э.С. Цирлина, А.А. Булгача, О.И. Бутенко, 
В.А. Александрова, В.Я. Сыропятова, С.С. Кипарисова, Ю.В. Левинского. 
Особенность этого периода — применение НХТО в процессах комбинированного 
упрочнения поверхности, суть которого состоит в совмещении  
методов обработки поверхности, обеспечивающих создание твердой подложки 
и нанесение на нее химическим (CVD) или физическим (PVD) методами 
высокотвердых покрытий разного функционального назначения. В работе 
О.В. Чудиной [16] показана перспективность применения азотирования  
сталей после предварительного лазерного легирования поверхности.  
Под руководством С.А. Герасимова продолжены фундаментальные исследования 
структуры и свойств азотированного слоя. Сформулированы новые 
представления о механизме формирования структуры диффузионного 
слоя и фазовых превращений в нем. В зависимости от химического состава 
сталей, плотности дефектов строения матрицы и температурно-временных 
параметров азотирования в диффузионном слое образуются три типа нитрид-
ных выделений, различающихся размерами, морфологией и взаимодействием 
с кристаллической решеткой матричной фазы: первый (при низкой температуре 
азотирования ~500 °С) — тонкие, однослойные по азоту зародыши фазы, 
полностью когерентные с решеткой матрицы; второй (при более высокой 

Краткий исторический очерк 

9 

температуре ~540 °С) — полукогерентные выделения; третий (при температуре 
560…580 °С) — с нарушенной когерентностью. 
В сталях перлитного и аустенитного классов преимущественным является 
гомогенное зарождение нитридных частиц, в сталях мартенситного класса — 
гетерогенное зарождение. В сталях мартенситного класса при низкой температуре 
азотирования одновременно присутствуют когерентные зародыши 
нитридной фазы размерами в несколько нанометров и некогерентные, образующиеся 
на дефектах кристаллического строения, размером 10…15 нм. При 
азотировании сталей всех классов независимо от их химического состава и 
режимов насыщения образуются нитридные частицы с одинаковой гранецентрированной 
кристаллической решеткой с периодом, зависящим от атомного 
радиуса легирующего элемента. В состав нитридных фаз на ранних стадиях 
их образования входят атомы всех элементов, присутствующих в стали. С 
повышением температуры азотирования происходит постепенное изменение 
состава нитридов: обеднение их атомами железа и обогащение нитридообра-
зующими элементами. Этот процесс продолжается вплоть до образования 
мононитридов легирующих элементов. При этом комплексное легирование 
нитридообразующими элементами сталей перлитного, мартенситного и 
аустенитного классов уменьшает размер выделившихся в азотированном слое 
частиц нитридов, что связано с изменением коэффициентов диффузии легирующих 
элементов и азота. 
Строение азотированного слоя влияет на твердость сталей всех классов. В 
азотированных сталях реализуются механизмы упрочнения, имеющие место 
при дисперсионном твердении в стареющих сплавах. При образовании коге-
рентных зародышей нитридной фазы достигается значительная микродефор-
мация, осуществляется механизм перерезания частиц дислокациями, что 
определяет достижение максимальной твердости. При образовании некоге-
рентных частиц нитридов реализуется механизм огибания частиц дислокаци-
ями. Микродеформация кристаллической решетки твердого раствора при 
этом значительно (в 1,5—2 раза) меньше, чем в случае образования когерент-
ных выделений, поэтому ниже и достигаемая максимальная твердость. 
Существенный результат состоит в определении природы зерногранич-
ных выделений в диффузионном слое. Считалось, что они являются нитри-
дами (карбонитридами) железа, обогащенными легирующими элементами, 
увеличение размера и объемной доли которых значительно ухудшает свой-
ства азотированных деталей. Согласно исследованиям С.А. Герасимова, зер-
нограничные выделения в диффузионном слое представляют собой феррит. 
Также установлено, что именно наличие феррита с высокой плотностью нит-
ридов легких элементов охрупчивает границы зерен и снижает ударную вяз-
кость азотированных сталей. Феррит, обладающий высоким коэффициентом 
диффузии, является проводником азота по границам зерен. 
Таким образом, эти и многие другие исследования структуры и свойств 
азотированных конструкционных сталей и сплавов, представленные в моно-
графии, послужили основой технологических решений, повышающих эффек-
тивность НХТО. 

Краткий исторический очерк 

10 

Как показывает опыт эксплуатации, азотирование наиболее широко при-
меняют в тех случаях, когда основной причиной изнашивания сопряженных 
деталей является сила трения. Под действием силы трения происходит мно-
гократная пластическая деформация в зоне контакта, которая вызывает 
структурные изменения, приводящие к образованию и распространению 
трещин и разрушению поверхностного слоя. 
Важный критерий износостойкости азотированных сталей — высокая 
твердость поверхностного слоя. Считается, что при более высокой твердости 
слоя, его износостойкость повышается. Этот принцип лежит в основе выбора 
химического состава сталей и режимов азотирования. В то же время анализ 
работ, посвященных вопросам трения и изнашивания различных материалов, 
показывает, что не всегда следует стремиться к получению высокой твердо-
сти для обеспечения максимальной износостойкости, так как структура мате-
риала, отвечающая максимальной твердости и максимальной износостойко-
сти, может быть разной. 
Ресурс работы многих узлов современных машин в значительной степени 
определяется и другим видом износа — контактной усталостью. Контактная 
усталость — основной вид изнашивания подшипников качения, кулачковых 
механизмов, зубчатых колес, работающих при больших контактных нагруз-
ках. Высоконагружаемые зубчатые колеса выходят из строя главным образом 
по причине хрупкого выкрашивания поверхностного слоя. Развитие контакт-
ных повреждений приводит к увеличению шума, динамических нагрузок, 
опасности заедания и в конечном счете поломке. Практика показывает, что 
критерием работоспособности высоконагруженных деталей машин является 
контактная выносливость. От уровня допускаемых контактных напряжений 
зависят габариты и масса деталей. Увеличение допускаемых контактных 
напряжений актуально в авиационной, судостроительной промышленности, в 
транспортном машиностроении.  
Известно, что контактная выносливость материала повышается с увели-
чением его твердости. В связи с этим высоконагружаемые зубчатые колеса  
в настоящее время изготавливают из легированных цементуемых сталей  
с твердостью поверхности 59—65 НRС. Однако следует отметить, что цемен-
тация приводит к большим деформациям. Для некоторых типов зубчатых  
колес процент брака в результате значительной деформации достигает  
50 % и более. Для получения необходимых геометрических размеров после 
цементации проводят зубошлифование, являющееся дорогостоящей техно-
логической операцией. Для большинства высокоточных зубчатых колес  
трудоемкость операции зубошлифования составляет 30…50 % от общей тру-
доемкости их изготовления. Эффективно устраняя деформацию после хими-
ко-термической обработки, эта операция вследствие интенсивного тепловы-
деления в зоне резания часто вызывает в поверхностном слое зубьев необра-
тимые структурные изменения (прижоги), снижающие эксплуатационные 
свойства зубчатых колес. 
Для повышения качества поверхностного слоя зубчатых колес после зу-
бошлифования применяют дополнительную операцию — обдувку дробью. 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину