САМЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ

АННОТАЦИЯ

Цель статьи посвящена решению вопросов современных технологий поверхностного упрочнения, применяемые для деталей автомобиля и решения химико-термической обработки, позволяющая достигать на поверхности изделия твердости на высокие уровни. Результаты испытаний стендов приведены.

ABSTRACT

Purpose the article is devoted to solving the issues of modern surface hardening technologies used for car parts and the solution of chemical-thermal treatment, which allows to achieve high-level hardness on the surface of the product and the test results of the stands are cited.

Ключевые слова: упрочнения, работоспособность, машина, технология, детали машин, упрочнения, цементация, нитро цементация, азотирование.

Keywords: hardening, performance, machine, technology, machine parts, hardening, cementation, nitro cementation, nit riding.

Введение

Работоспособность машин значительно зависит от износостойкости деталей. В настоящее время установлено, что 70% выхода из строя машин зависит от износа деталей, поэтому упрочнение их рабочих поверхностей играет особую роль в обеспечении ресурса различных изделий. Выбор наиболее эффективной технологии упрочнения базируется на выявлении эксплуатационных свойств, влияющих на ресурс работы детали, оценке спектра её награждения и определении параметров качества поверхностного слоя, оказывающих влияние на работоспособность детали. Для придания повышенных свойств поверхностному слою детали в машиностроении широко применяются различные виды химико-термической обработки: цементация, нитро цементация, азотирование, борирование и другие методы упрочнения [1-6]. 

Большинство деталей автомобиля подвергают цементации и нитро цементации. Поверхностная твердость стальных изделий после цементации составляет менее 900HV, а после нитро цементации 1000HV за счет образования сложных карбо нитридов. Опыт применения этих способов упрочнения показывает, что при необходимости придания большой глубины упрочненного слоя предпочтение отдается цементации. Толщина упрочненного слоя составляет: при цементации – 0,4 - 1,8мм; при нитро цементации – 0,2 - 0,8мм. Это связано с тем, что при нитро цементации стали на глубину более 0,8мм в упрочненном слое возникают дефекты в виде внутреннего окисления и «тёмной» составляющей, которые резко снижают твердость, предел выносливости и контактную прочность. Следует отметить, что для мелких деталей при глубине нитро цемент ванного слоя менее 0,8мм этот метод имеет преимущество перед цементацией. Цементации подвергают детали, работающие при интенсивном износе трением, в условиях знакопеременных нагрузок, но без влияния коррозионного фактора поршневые пальцы, кулачки распределительных валов, плунжерные пары насосов, толкатели и др. Нитро цементацией упрочняют валы, оси, зубчатые колеса, втулки, болты, гайки [2].

Азотирование стальных изделий, в основном, направлено на повышение износостойкости поверхности и сохранения геометрических параметров детали. Обязательным условием для достижения высокой износостойкости деталей является применение стали, легированной алюминием, ванадием и молибденом, которые образуют прочные нитриды в поверхностном слое при азотировании. Азотированию подвергают детали машин, работающие в условиях трения и знакопеременных нагрузок зубчатые колеса, валики, шпиндели, гильзы моторов и насосов, кулачки, мерительный инструмент [3].

Для отдельных деталей автомобиля рекомендуется технология борирования, позволяющая достигать на поверхности изделия твердости на уровне 1600 1800HV. Существенным недостатком этого метода упрочнения является высокая хрупкость борированного слоя, что исключает его применение для деталей, испытывающих ударные нагрузки в процессе эксплуатации. В случае работы детали в условиях только абразивного износа их стойкость в 5 - 10 раз выше, чем у цемент ванных. Известно, что износостойкость борированной стали 45 в условиях сухого трения скольжения выше в 4-6 раз износостойкости цементированной, 1,5-3 раза нитро цементированной, в 3-8 раз цианировании и в 4 раза закаленной низко отпущенной стали 45. Борирование используют для упрочнения различных деталей машин, технологической оснастки и инструмента, работающих в условиях интенсивного износа [1, 4].

Среди многообразия методов упрочнения наибольшей эффективностью и простотой реализации в производственных условиях отличаются технологии поверхностной закалки деталей с нагревом токами высокой частоты. Этот высокопроизводительный, прогрессивный метод термической обработки обеспечивает повышение механических свойств стали, в том числе предела текучести, усталости и твердости, исключает возможность обезуглероживания, уменьшает опасность окисления поверхности изделий и их деформации, создает предпосылки для комплексной механизации и автоматизации процесса закалки. При глубине упрочнения до 5мм можно достичь микро твёрдости на поверхности порядка 750HV и более. Такой способ упрочнения целесообразно использовать в крупносерийном и массовом производстве и для деталей при упрочнении отдельных её участков [5].

В большинстве случаев детали автомобиля имеют конструктивные и технологические концентраторы напряжений, которые не позволяют реализовать свойства стали потенциально заложенные в ней. Для обеспечения высокого уровня свойств такие изделия целесообразно подвергать поверхностному пластическому деформированию, к примеру, дробенаклепу [6]. При оптимальных режимах обработки и применении строго регламентированных материалов предел выносливости деталей повышается в 1,5 - 3,0 раза; а долговечность при контактных циклических нагрузках в 1,5 - 6,0 раз. Такое увеличение свойств достигается за счет повышения микро твёрдости на глубину до 1,0мм и создании на поверхности сжимающих напряжений на уровне 600 - 900МПа[10,12,14].

Дробеструйную обработку широко применяют для упрочнения поверхностей деталей машин, особенно работающих в условиях циклического изгиба и кручения; для повышения стойкости спиральных сверл, пуансонов горячей штамповки, гибочных матриц, штампов, буровых шарошек и т.д. Большое значение имеет влияние дробеструйного упрочнения на процесс релаксации. В процессе релаксации часть упругих деформаций переходит в остаточные пластические (особенно у пружин). Упрочнение подобных деталей не только повышает выносливость, но и обеспечивает надежность работы пружин. Дробеструйная обработка повышает циклическую прочность зубчатых колес. Часто дробеструйная обработка зубчатых колес применяется с другими видами обработки — цементацией, цианированием и т.д. Специальные исследования, проведенные на образцах из сталей марок 12ХН3А; 18ХНВА и зубчатых колесах из стали 18ХНВА, показали значительное повышение предела выносливости в результате применения дробеструйной обработки, цементированной и закаленной поверхностей. Сочетание предварительной упрочняющей термической или химико-термической обработки с обдувкой дробью увеличивает срок службы сварных швов в 3 раза, коленчатых валов – в 9 раз[10,15].

Например, для детали автомобиля «Шаровой палец рулевой тяги» автомобиля КАМАЗ для достижения требуемого комплекса характеристик при использовании улучшаемой стали 40Х, в качестве упрочняющей обработки достаточно термической обработки, состоящей из закалки и высокого отпуска; поверхностной закалки с нагревом ТВЧ и последующего низкого отпуска, а при использовании стали 12ХН3А необходимо проведение дорогостоящей химико-термической обработки (цементации) с последующей закалкой и низким отпуском. При этом в ходе проведения стендовых испытаний установлено преимущество применения стали 40Х по прочностным показателям. Для испытаний на прочность шаровой палец устанавливался на стенде в специальном приспособлении, имитирующем эксплуатационные нагрузки на автомобиле. Во время испытаний, плавно возрастающая нагрузка (Fнагружу) прикладывалась к центру шаровой части пальца от нуля до момента его разрушения, одновременно регистрировалась диаграмма деформирования пальца в координатах "Нагрузка, кН – прогиб пальца, мм". По диаграммам деформирования определялись нагрузки, соответствующие пределам текучести (Fт) и прочности (Fв) деталей[9,11,13]. Результаты стендовых испытаний представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Сравнительный анализ прочностных характеристик шаровых пальцев, изготовленных из стали 40Х и 12ХН3А

Следовательно, поиск эффективных упрочняющих технологий дает многовариантное решение и должно базироваться на условиях эксплуатации изделия, его конфигурации, марки стали и других факторов.

Список литературы:

1. Sarvar, I. (2021). Application of Intelligent Systems in Cars. International Journal of Innovative Analyses and Emerging Technology, 1(4), 78-80.
2. Имомназаров, С. К., Абдуганиев, Ш. О., Рахимжонов, А. А., & Журабоев, Д. И. (2021). УЧАСТИЕ ОБЩЕСТВЕННОСТИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ. Экономика и социум, (5-1), 939-942.
3. Полвонов, А. С., Насриддинов, А. Ш., & Имомназаров, С. К. (2021). СВОЙСТВА ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОЛИУРЕТАНОВОЙ ОСНОВЕ. Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук; Заместитель главного редактора: Ахмеднабиев Расул Магомедович, канд. техн. наук; Члены редакционной коллегии, 18.
4. Makhmudov A., Nishonov F. ROAD TRANSPORTATION ACCIDENTS WITH PARTICIPATION PEDESTRIANS //Академические исследования в современной науке. – 2022. – Т. 1. – №. 17. – С. 236-244.
5. Имомназаров, С. К., Насриддинов, А. Ш., & Мунаввархонов, З. Т. (2021). ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ В АВТОМОБИЛЯХ. Экономика и социум, (5-1), 933-938.
6. Sarvar, I., Abdujalil, P., Temurmalik, A., & Jahongir, K. (2021). ОPERATING CONDITIONS OF TRUCKS AND THE SAFETY OF THE TRANSPORT PROCESS. Universum: технические науки, (6-5 (87)),42-45
7. Sarvar, I., Azizbek, N., Behzod, S., & Raxmatillo, R. (2021). RESEARCH OF ADHESION STRENGTH OF COMPOSITE EPOXY MATERIALS FILLED WITH MINERAL WASTE OF VARIOUS PRODUCTIONS. Universum: технические науки, (6-5 (87)), 33-35.
8. Sarvar, I., & Zokirxon, M. (2021). ROAD TRANSPORTATION ACCIDENTS WITH PARTICIPATION PEDESTRIANS. Universum: технические науки, (5-6 (86)), 62-65.
9. Бойдадаев, М. Б. У., Мунаввархонов, З. Т. У., Мадрахимов, А. М., & Имомназаров, С. К. (2021). ГИПСОСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ В УЗБЕКИСТАНЕ. Universum: технические науки, (3-2 (84)), 26-29.
10. Adashboevich, M. J., Qoviljanovich, I. S., & Fazlitdinovich, S. F. (2020). Collaborative Learning Based on an Innovative Approach. International Journal of Progressive Sciences and Technologies, 23(2), 690-692.
11.  Имомназаров С. К. и др. СИСТЕМА ПОДАЧИ АВТОМОБИЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ГАЗЕ //Universum: технические науки. – 2022. – №. 5-4 (98). – С. 37-42.
12. Маннонов Ж. А. и др. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ И ВОПРОСЫ ИХ ЛОГИСТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ // Universum: технические науки. – 2022. – №. 6-3 (99). – С. 43-47.
13. Имомназаров С. К., Насриддинов А. Ш. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ //Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук; Заместитель главного редактора: Ахмеднабиев Расул Магомедович, канд. техн. наук; Члены редакционной коллегии. – 2022. – С. 34.
14. Разоков А.Я., Абдуганиев Ш.О. (2021). ДАТЧИК УРОВНЯ ТОПЛИВА. Универсум: технические науки, 12 (93), ISSN : 2311-5122 80-82
15. Xakimjonovich S. R., Qoviljanovich I. S., Samarbekovich S. D. DEVELOPING EFFECTIVE COMPOSITIONS OF CERAMIC MASSES FOR THE PURCHASE OF SANITARY BUILDINGS ON THE BASIS OF LOCAL RAW MATERIALS WITH HIGH PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES // Archive of Conferences. – 2022. – С. 62-69.