Модификация конструкционных материалов для деталей и узлов приборов ориентации, стабилизации и навигации

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 
 
 
 
 
 
А.Р. Бахратов,  А.В. Шишлов 
 
 
 
 
МОДИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ  
МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ  
И УЗЛОВ ПРИБОРОВ ОРИЕНТАЦИИ,  
СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВИГАЦИИ 
 
 
 
 
 
Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва  
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана  
2013 

Б30 
 

УДК 620.12+681.2(075.8) 
ББК 30.3+34.43 
        Б30 
 
 
Рецензенты: Ю.И. Бадин, В.Г. Ковалев  

      
Бахратов А. Р.  
       Модификация конструкционных материалов для деталей 
и узлов приборов ориентации, стабилизации и навигации : 
учеб. пособие / А. Р. Бахратов, А. В. Шишлов. — М. : Изд-во 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. — 43, [9] с.: ил.  

        ISBN 978-5-7038-3672-9 

Приведены сведения о процессах модификации свойств основных материалов, применяемых для изготовления деталей и узлов 
приборов ориентации, стабилизации и навигации (ОСиН), а также о 
физико-химических процессах, происходящих в материалах при  
нагреве в ходе термической обработки, и о связанных с этим изменениях физико-химических характеристик материалов. В таблице 
приложения представлены данные о режимах процессов термической обработки материалов и сплавов, наиболее часто используемых 
для изготовления деталей приборов ОСиН.  
Для студентов 5-го и 6-го курсов, обучающихся по специальности «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации». Может быть полезно для самостоятельного изучения курсов 
«Технология сборки и регулировки приборов ориентации, стабилизации и навигации» и «Технология микромеханических гироскопов 
и акселерометров». 
 
                                                                                      УДК 620.12+681.2(075.8) 
                                                                                      ББК 30.3+34.43 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3672-9                                              © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В учебном пособии изложены основы процессов модификации 

материалов деталей приборов ориентации, стабилизации и навигации (ОСиН) для обеспечения специальных физико-механических 
свойств, необходимых для их надежного функционирования в со- 
ставе прибора на протяжении его жизненного цикла. 

На примере операций термической обработки (как в заготовке, 

так и в готовом виде) в пособии объясняется необходимость проведения процессов модификации материалов для цели обеспечения 
стабильности их физических свойств, а также геометрических размеров и формы высокоточных деталей приборов ОСиН. Выполнение операций термической обработки при изготовлении и после 
сборки необходимо, так как с течением времени и при изменении 
условий работы в материалах могут происходить структурные и 
фазовые изменения. Эти явления приводят к изменениям микронапряжений, ориентации и объема кристаллов, физических и геометрических параметров материала и, как следствие, стабильности этих 
величин при воздействии кратковременного или длительного 
нагружения.  

Материал учебного пособия снабжен иллюстрациями и прило
жением, сведения из которых могут быть использованы в производственной практике при изготовлении деталей для приборов ОСиН в 
целях соблюдения специальных требований. 

Учебное пособие предназначено для самостоятельного изуче
ния студентами 4-, 5- и 6-го курсов учебных дисциплин «Технология приборостроения», «Технология сборки и регулировки приборов ориентации, стабилизации и навигации» и «Технология микромеханических гироскопов и акселерометров». Учебное пособие 
содержит сведения, которые могут быть использованы студентами 
при работе над курсовыми и дипломными проектами. 

Одним из авторов данного учебного пособия является канди
дат технических наук, доцент кафедры ИУ-2 Бахратов Ануфрий 
Рафаилович. Это одно из его последних пособий, подготовленное, 
но не изданное при жизни автора. В память об этом прекрасном 
человеке, талантливом инженере, высококвалифицированном преподавателе коллектив кафедры ИУ-2 представляет учебное пособие к публикации. 

ВВЕДЕНИЕ 

Для изготовления деталей приборов ОСиН используют разнообразные материалы. Выбор конкретной марки материала деталей 
обычно определяется служебным назначением и условиями работы 
детали при эксплуатации прибора с учетом технологического цикла 
обработки и его влияния на характеристики материала, при этом 
считается, что недостающие параметры свойств материалов будут 
синтезированы в технологическом цикле изготовления детали. 
В производстве приборов ОСиН в качестве конструкционных 
материалов наиболее часто используют:  
1) стали: 
а) перлитные, которые после охлаждения в условиях спокойной воздушной среды не претерпевают мартенситного 
превращения (углеродистые, с малым содержанием легирующих элементов — Ст 35; 40Х; 30ХГСА; ШХ15 и др.); 
б) мартенситные, закаливающиеся на спокойном воздухе 
(среднелегированные хромоникеливые — 20Х13; 40Х13 и др.); 
в) аустенитные (высоколегированные хромоникеливые — 
12Х18Н9Т; 12Х18Н10Т и др.); 
г) аустенитно-мартенситные двухфазные с пониженным содержанием никеля и повышенным хрома — типа 09Х15Н8Ю; 
д) аустнитно-ферритные с повышенным содержанием хрома 
и пониженным содержанием никеля — типа 08Х22Н6Т; 
2) прецизионные сплавы: 
а) дисперсионно-твердеющие, упрочняемые после закалки 
с отпуском при Т = 400…700 оС — 36НХТЮ; 40ХНЮ; 
44НХТ и др.; 
б) инварные сплавы — 32НК; 36Н; 58Н и др.; 
3) титановые сплавы — ВТ1-0; ВТ-6 и др.; 
4) алюминиевые сплавы — Д1; Д16; В95; АМг6 и др.; 
5) медные сплавы: латуни — ЛС59-1; ЛС63 и бронзы — 
БрАЖ9-4; БрОФ6 и др.; 
6) бериллий и его сплавы. 

Жесткие условия эксплуатации требуют применять для изготовления ответственных деталей приборов ОСиН материалы с высокой удельной прочностью. Для обеспечения надежности конструкции необходимо повышение выносливости деталей конструкции посредством уменьшения уровня остаточных напряжений. 
Упрочнение и восстановление физических и механических свойств 
сборных, в том числе сварных и механически обработанных деталей, должно осуществляться, когда они практически готовы и не 
имеют припусков на последующую обработку, т. е. поверхностный 
слой деталей должен оставаться при выполнении этих операций 
неизменным. 
Способность конструкции сохранять форму, размеры и качество во времени зависит от свойств материалов, конструкционных 
особенностей деталей и узлов и характера внешних воздействий. 
Размерная стабильность материала определяется устойчивостью его 
микроструктуры, способностью сопротивляться микропластическим деформациям. 
В производстве используют различные технологические процессы (ТП) и способы формообразования заготовок. Материалы при 
обработке подвергают разнообразным воздействиям на каждом из 
этапов ТП. В результате этих технологических воздействий могут 
изменяться химический состав, структура, зернистость материала, а 
следовательно, и его физические и химические свойства, состояние 
поверхностного слоя. 
Для ТП изготовления детали из заготовки большое значение 
имеют технологические свойства материала заготовки: структура, 
твердость, прочность и др. 
В отливках может изменяться содержание кремния, что приводит к изменению пластичности и вязкости сталей. Фосфор снижает 
пластичность. Сера — наиболее вредная примесь, существенно 
ухудшающая механические и физические свойства материала. Получению мелкозернистой структуры, повышению механических 
свойств материала способствуют никель, хром, молибден, ванадий; 
кроме того, свойства отливки во многом зависят от ее формы. 
Заготовки из пластически деформированного металла (прокат, 
поковки и др.) также имеют измененные физико-механические 
свойства, поскольку их структура имеет зерна, деформированные 

при обработке. Кроме того, вследствие неоднородности деформаций в объеме появляются остаточные напряжения, а нарушение 
теплового режима в процессе деформации приводит к образованию 
трещин, крупнозернистой дефектной структуры. Холодная деформация заготовок, полученных прокаткой и другими методами, также может приводить к появлению остаточных напряжений, искажению кристаллической структуры, в результате чего материалы приобретают наклеп. 
При механической обработке резанием (токарной, фрезерной и 
др.) в поверхностном слое материала деталей вследствие пластической деформации металла возникают напряжения. Металл в этом 
слое становится упрочненным. С течением времени и при изменении температуры в материалах происходят структурные превращения, которые приводят к изменению свойств и геометрических параметров деталей. 
Требуемые механические, физические и химические свойства 
материалов обеспечиваются в процессе изготовления детали путем 
изменения разнообразных свойств материалов: структуры, зернистости, остаточных напряжений, параметров качества и микрогеометрии поверхности и поверхностного слоя. 
Придание материалам заданных свойств может приводить к образованию термодинамически нестабильных структурных состояний, которые с течением времени изменяются при самопроизвольном движении структуры к более стабильному состоянию, при этом 
могут изменяться форма и размеры деталей (изделий). 
К источникам изменения свойств материала в ТП можно отнести: 
• неправильный выбор материала заготовки, последовательности и предварительной обработки заготовки ее режимов, что может 
привести к нежелательным структурным изменениям материала и 
появлению остаточных напряжений в нем; 
• несоответствие режимов обработки заготовки в ТП, это не 
позволяет получить необходимую структуру и твердость материала 
в поверхностном слое и в объеме заготовки; 
• неправильный выбор режимов финишной обработки, что может привести к закалке или отпуску поверхностного слоя материала 
заготовки, а также к снижению твердости, перенаклепу и шелушению поверхностного слоя заготовки;