Функционально-ориентированные технологии термической обработки стальных изделий при создании конкурентоспособной продукции машиностроения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Родькин, Илья Михайлович

• Родькин, Илья Михайлович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Родькин, Илья Михайлович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ СВОЙСТВ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

1.1 Требования к сталям для пластически деформируемых металлоизделий

1.2 Анализ методов подготовки структурного состояния стали для лезвийной обработки заготовок

1.3 Технологические аспекты повышения качества упрочняемых зубчатых деталей автомобиля

Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методы определения и химический состав исследуемых сталей

2.2 Металлографические исследования макро - и микроструктуры

2.3 Исследование механических и специальных свойств сталей

2.4 Математическая обработка экспериментальных данных

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ПОД ХОЛОДНУЮ ПЛАСТИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ

3.1 Влияние параметров термической обработки на структуру и свойства легированной стали 12ХНЗА

3.2 Отжиг стали 20ХГНМ (20ХГНМТА) под холодную объемную штамповку и свойства зубчатых деталей, изготовленных из холоднодеформированных

заготовок

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. ВЫЯВЛЕНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ СКРЫТЫХ РЕЗЕРВОВ В КУЗНЕЧНО-ТЕРМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК

4.1 Целенаправленная подготовка структуры стали при тепловой обработке заготовок

4.2 Инновационные решения при металлопеределе стальных полуфабрикатов

для повышения свойств деталей машин

Выводы по главе 4

ГЛАВА 5. КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ СОЗДАНИИ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ

5.1. Влияние технологических факторов при изготовлении поковок на геометрическую точность деталей

5.2. Технологические решения на этапе упрочнения деталей по снижению уровня шума зубчатых зацеплений

5.3. Контроль качества металла цементованных зубчатых деталей

по усовершенствованным критериям

Выводы по главе 5

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Функционально-ориентированные технологии термической обработки стальных изделий при создании конкурентоспособной продукции машиностроения»

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей задачей современного машиностроения является изготовление высококачественной и конкурентоспособной металлопродукции - полуфабрикатов и деталей различного функционального назначения, отвечающей уровню европейских и мировых стандартов, по технологичности в производстве, работоспособности и надежности в эксплуатации.

Изготовление большинства деталей машин предусматривает применение традиционных технологий: пластическая деформация, механическая, термическая и химико-термическая обработки. Однако возможности этих технологий еще далеко не исчерпаны и имеются довольно значимые скрытые резервы и, в первую очередь, те, которые направлены на создание необходимой структуры стали, обеспечивающей повышение технологических и служебных свойств металлов и сплавов. В формировании структурного состояния сплава участвуют не только технологические воздействия при металлопеределе в машиностроительном производстве, но и наследственность макро- и микростроения металлургического характера. Поэтому при металлопеределе необходимо не только сохранить положительную, но и уменьшить отрицательную наследственность химической и структурной неоднородности сплава.

Ключевое внимание в машиностроительном производстве уделяется процессам подготовки структурного состояния стали к холодной пластической деформации. Это объясняется существенным вкладом пластического деформирования в формирование и повышение служебных свойств изделий, а так же достижение коэффициента использования металла на уровне 93-95%. Вышесказанное достигается за счет точности изготовления изделий, чистоты их поверхности и сохранения в готовых деталях благоприятной текстуры деформации.

Однако, получение качественных металлоизделий таким способом проблематично, особенно из легированных марок сталей, так как они имеют пониженную, в сравнении с углеродистой сталью, и нестабильную пластичность из-за различных способов ее производства и последующего технологического

передела. Для обеспечения деформации стали при комнатной температуре

4

необходим комплексный подход, и первостепенное значение здесь приобретают вопросы стабильного создания необходимой структуры в используемых полуфабрикатах. Больший вклад в решения этой проблемы внесли отечественные ученые - А.П. Гуляев, А.Г. Рахштадт, В.Д. Кальнер, И.Н. Новиков, A.A. Шмыков, И.Е. Долженков, В.Д. Садовский, В.А. Головин, и др.

Особого внимания заслуживает технология термической обработки по созданию в стальных заготовках благоприятного структурного состояния перед обработкой резанием, так как более 80% деталей в машиностроении подвергается механической обработке, а около 40% трудоемкости при их изготовлении отводится именно этой стадии технологического процесса. Актуальность этой проблемы существенно возрастает в массовом и крупносерийном производстве, особенно при изготовлении деталей на автоматических линиях, где одновременно совмещаются различные виды обработки резанием. В связи с изложенным, первостепенными задачами машиностроительного производства всегда были, есть и будут стоять задачи по повышению технологичности стали на всем пути преобразования металла в деталь.

Надежность и долговечность различных механизмов и машин зависит от многих факторов - металлургических, технологических и эксплуатационных. В результате технологического металлопередела усилия специалистов должны быть направлены на получение высоких показателей физико-механических свойств и геометрической точности деталей, что определяет их работоспособность в эксплуатации, снижает уровень шума зубчатых зацеплений и определяет конкурентоспособность продукции на отечественном и зарубежном рынке. В формировании таких показателей наиболее существенная роль отводится методам тепловой обработки полуфабрикатов и технологии упрочнения деталей машин. Однако и на этих стадиях технологического маршрута изготовления деталей имеются резервы по повышению геометрической точности упрочняемых изделий и снижению уровня шума при работе зубчатых зацеплений.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологий термической обработки стальных изделий функционально-

ориентированных на подготовку структуры и свойств стали под холодную пластическую деформацию, обработку резанием лезвийным инструментом и стадий упрочнения деталей для получения высококачественных и конкурентоспособных полуфабрикатов и деталей машин.

Поставленная цель реализовывалась путем проведения комплексных исследований по ряду направлений, в ходе которых потребовалось решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние технологических воздействий при термической обработке заготовок, выявить закономерность изменения структуры и свойств в низкоуглеродистых легированных сталях и разработать способ разупрочнения полуфабрикатов для достижения максимально высокого уровня технологичности стали под холодную объемную штамповку (ХОШ).

2. Установить эффективный критерий оценки фазового и структурного состояния цементуемых легированных сталей под ХОШ, базируясь на результатах металлографического мониторинга и показателях деформирования заготовок при комнатной температуре.

3. Исследовать взаимосвязь структурных параметров с показателями технологичности стали при механической обработке и выявить резервы по улучшению обработки резанием заготовок лезвийным инструментом на автоматических линиях.

4. Унифицировать состав сталей и технологию термической обработки заготовок с нейтрализацией неблагоприятной металлургической неоднородности, способствующие формированию заданной структуры в полуфабрикатах для операций резания и завершающих процессов упрочнения деталей.

5. Выполнить статистические исследования по уровню шума главных передач ведущих мостов автомобиля «КАМАЗ» и установить вероятность его снижения до конкурентоспособных значений.

6. Разработать параметры тепловой обработки стали на всем пути передела металла в деталь с целью повышения точности геометрических размеров изделий, сохранения благоприятного месторасположения и площади пятна контакта между зубьями, способствующих снижению уровня шума в зубчатых зацеплениях

7. Усовершенствовать критерии оценки качества металла цементованных зубчатых колес для прогнозирования и повышения их стойкости в эксплуатации, базируясь на результатах комплексных исследований деталей после стендовых и дорожных испытаний.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Установлена связь между величиной микротвердости отдельных структурных составляющих (НУ) и разностью значений между ними (дНУ) с показателями технологичности стали на стадиях холодной пластической деформации и обрабатываемости резанием заготовок и с уровнем усталостно-изгибной долговечности цементованных зубчатых деталей. Выявлено, что наилучший комплекс технологических и эксплуатационных свойств металлоизделий достигается при минимальной разнице в значениях микротвердости между присутствующими структурными составляющими в сплаве.

2. Разработан механизм нейтрализации термовременной обработкой химико-структурной неоднородности в стальных полуфабрикатах, обеспечивающий полноту диффузионного распада аустенита с гарантированным формированием заданной структуры и разности значений микротвердости между перлитом и ферритом не более 40НУ для холодной объемной штамповки легированных цементуемых сталей.

3. Впервые для стабилизации размерных параметров шестерни и снижения уровня шума в зубчатых зацеплениях разработана и обоснована маршрутная технология обработки изделий, включающая равномерное последеформационное охлаждение со сфероидизирующим изотермическим отжигом поковок и

низкотемпературную цементацию с добавками аммиака в насыщающую атмосферу при ХТО деталей с применением специальных загрузочных устройств.

4. Установлено влияние структуры и свойств непосредственно поверхностного слоя и сердцевины металлоизделий на долговечность цементованных деталей, и предложены усовершенствованные критерии оценки качества металла, учитывающие значения микротвердости приповерхностной зоны, толщину трооститной полосы и разности значений микротвердости между отдельными структурными составляющими в сердцевине.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Разработана технология термической обработки заготовок из легированных низкоуглеродистых сталей под холодную объемную штамповку зубчатых деталей.

2. Разработана технология изотермического отжига поковок из цементуемых легированных сталей, обеспечивающая формирование благоприятного структурного состояния в металлоизделиях для обработки резанием лезвийным инструментом на автоматических линиях.

3. Разработано и реализовано в производстве устройство к термоагрегату для проведения ускоренно-прерывистого циклического охлаждения поковок от температуры аустенитизации до 600 ± 20°С.

4. Разработана методика прогнозирования технологичности стали для холодной пластической деформации.

5. Предложено микролегирование серой конструкционных сталей, выплавляемых методом прямого восстановления для снижения наклепа поверхности деталей, обрабатываемых лезвийным инструментом.

6. Для оценки качества металла упрочненного слоя цементованных деталей показана эффективность использования критериев, в которых учтены глубина залегания трооститной полосы на цементованной поверхности детали, а также значения микротвердости приповерхностной зоны и структурных составляющих в сердцевине.

7. Предложена конструкция приспособления для укладки цементируемых шестерен с двухточечной опорой по внутреннему отверстию для стабилизации размерных параметров упрочненных деталей.

8. Разработаны технологические параметры термической и химико-термической обработки металлоизделий из легированных цементуемых сталей для снижения уровня шума в зубчатых зацеплениях.

9. Результаты проведенных исследований и разработанная методика используются в учебном процессе НЧИ ф. К(П)ФУ при подготовке магистров и бакалавров по направлениям «Материаловедение и технологии материалов» и «Управление качеством».

Реализация работы. Результаты исследований и методика контроля металла цементованных изделий нашли свое отражение при изготовлении поковок и тяжело-нагруженных деталей двигателя и коробки передач грузовых автомобилей в ОАО «КАМАЗ» и совместном российско-германском предприятии ZF«KAMA». Полученные результаты используется в учебном процессе в Набережночелнинском институте Казанского (Приволжского) Федерального университета при подготовке бакалавров и магистров по направлениям «Материаловедение и технологии материалов» и «Управление качеством».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на VIII и IX международных конгрессах термистов и металловедов «Оборудование и технология термической обработки металлов и сплавов» (Украина, г. Харьков, 2007 и 2008 гг.); XXVII Российской школе, посвященной 150-летию К.Э. Циолковского, 100-летию С.П. Королева и 60-летию Государственного ракетного центра КБ им. акад. В.П. Макеева (г. Миасс, 2007 г.); Межрегиональных (2008 и 2009 гг.) и международной (2010 г.) научно-практических конференций «Камские чтения» и «Студенческая наука в России на современном этапе» (г. Набережные Челны); Международной научно-технической конференции молодых ученых «Новые материалы, оборудования и технология в промышленности» (г. Могилев, Белоруссия, 2009 г.); международных научно-

9

технических конференциях «Машиностроение и техносфера XXI века» (г.Севастополь, 2010, 2012 и 2014 гг.); «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2013 г.» и форуме «Повышения конкурентоспособности и энергоэффективности машиностроительных предприятий в условиях ВТО» (г. Казань, 2013 г.) и 2-ой Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении - ИТММ-2014» (г. Пермь, 2014 г.).

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО - ОРИЕНТИРОВАННЫХ СВОЙСТВ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Создание высококачественной конкурентоспособной продукции

машиностроения - это сложная комплексная задача, связанная не только с

достижением изделиями уровня мировых стандартов по надежности и

работоспособности в эксплуатации, но и с приданием их конструкции таких

свойств, которые обеспечивают максимально возможное снижение трудоемкости,

экономии энергоресурсов, основных и вспомогательных материалов на их

разработку, изготовление и эксплуатацию. Решение такой задачи возможно только в

творческом содружестве специалистов конструкторских и технологических служб

производственных предприятий, начиная со стадии проектирования и далее на всех

этапах технологического передела металла в деталь. Многолетняя практика

отечественных и зарубежных машиностроительных предприятий свидетельствует,

что в современном производстве не существует универсальных методов

изготовления деталей, так как их получение базируется на применении различных

материалов, имеющегося оборудования, средств контроля и т.д. Поэтому,

технология изготовления и обоснованность принимаемых решений всегда должны

сопровождаться учетом имеющихся возможностей производства и перспектив

технического и технологического перевооружения. Огромная роль в этой цепочке

изготовления отводится технологическому переделу металла: стадиям пластической

деформации, механической обработке резанием лезвийным инструментом,

разупрочняющей и упрочняющей термической и химико-термической обработке. На

всех этапах производственного цикла ключевую роль в создании

конкурентоспособной металлопродукции играет технологичность стали, которая

определяется рядом критериев для каждого вида обработки (рис. 1).

Широкомасштабные исследования патентной информации, литературных и

интернет-источников в области целенаправленного придания высокой

11

технологичности стали позволяет оценить влияние различных факторов на способность стали к различным видам обработки, выявить основополагающие, уточнить требования к сплавам и металлоизделиям и предложить возможные пути их достижения.

1.1. ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛЯМ ДЛЯ ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРУЕМЫХ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ

Анализ литературных данных свидетельствует, что способ формирования деталей существенно влияет на структурообразование и свойства металла. В таблице 1 приведено сопоставление механических свойств широко применяемой конструкционной стали 40Х для деталей, изготовленных по различным технологическим структурам [13]. Видно, что более высокий уровень свойств деталей достигается в случае использования в технологическом цикле пластической деформации. Такая операция оказывает благоприятное влияние на макро- и микроструктуру. Правильно назначенные и выполненные режимы пластического формоизменения способствуют устранению пористости, заварке микродефектов, дроблению и рациональной ориентации неметаллических включений и карбидов, измельчению зерна и формированию оптимального расположения волокон металла. За счет применения в технологических процессах операции пластической деформации повышается прочность изделий на 20-30% (табл. 1).

Таблица 1 - Механические свойства стали 40Х

№ п/п Вид заготовки для изготовления детали Механические свойства детали

Св, МПа О0 2, МПа МПа кси, МДж/м2 5, % V» %

1 Отливка (литье в песчано-глинистую форму) 620 290 186 55 11 20

2 Сортовой прокат (после нормализации) 690 320 303 75 20 52

3 Поковка из литой заготовки (после нормализации) 685 320 260 75.5 17.6 36

4 Поковка сортового проката (после нормализации) 866 455 379 83 20.9 54

Рис. 1. Классификация технологических свойств стали

Перспективным направлением для дополнительного улучшения качества металла может быть высокотемпературная термомеханическая обработка [13]. За счет такой обработки достигается существенное повышение показателей прочности и пластичности стали (табл. 2).

Таблица 2 - Свойства стали ЗОХГСА после различных видов обработки

№ п/п Режим формообразования и термообработки Механические свойства детали

МПа О0 2, МПа МПа кси, МДж/м2 5, % ъ %

1 Горячая штамповка + нормализация 850 650 450 116 13 30

2 Горячая штамповка + термическое улучшение 1690 1410 930 185 10 25

3 ВТМО (закалка со штамповочной температуры + отпуск) 1910 1680 1490 250 10 30

Общепризнанно, что термомеханическая обработка (ТМО) является одним из самых эффективных процессов повышения механических свойств сталей. Можно с уверенностью утверждать, что применение ТМО позволяет получать высокопрочное состояние на углеродистых и низколегированных сталях и тем самым исключить применение комплексно легированных дорогостоящих сталей, и достичь в конечном итоге максимальной эксплуатационной стойкости и надежности изделий. Кроме того, такой процесс упрочнения позволяет реализовать «ковочное» тепло и создает значительную экономию топливно-энергетических ресурсов, за счет отказа от традиционной дальнейшей термической обработки с применением специализированного оборудования.

Среди методов пластической деформации металлов и сплавов наибольший интерес заслуживают технологии холодной объемной штамповки (ХОН1), высадки, выдавливание и т.д., то есть процессы, выполняемые при комнатной температуре. Применения этих процессов при производстве автомобильных деталей продолжает расширяться, и в последнее время получают детали массой до 5 кг. К стальным заготовкам, деформируемым в холодном состоянии, предъявляют ряд требований, как технологического, так и конструктивного характера. За счет конструктивных и технологических особенностей процесса создают волокнистое строение по

конфигурации изделия, которое сохраняется и в готовой детали. Последнее объясняется минимальными припусками на механическую обработку таких изделий или полным отсутствием таковых, если детали удовлетворяют требованиям чертежно-технической документации по геометрическим и другим параметрам. Особую значимость приобретают требования к технологичности стали для данного вида деформирования по твердости, прочности, пластичности, химическому составу, макро- и микроструктуре и другим параметрам, которые оказывают различное влияние на свойства стали.

1. Твердость и прочность - легкодоступный и широко применяемый в машиностроении способ оценки технологичности стали к холодной пластической деформации. Опыт отечественных и зарубежных предприятий, специализирующихся на изготовлении деталей таким способом, свидетельствует об эффективном применении сталей с твердостью 150-260 НВ и прочностью 60= 400800 МПа но с обязательным условием, что показатель должен быть в пределах

СГВ

0,50-0,65 [54, 83, 109]. Не соблюдение этих условий приводит не только к снижению технологической деформируемости стали, но и к невозможности ее использования для холодной объемной штамповки, высадки и других способов, выполняемых при комнатной температуре. Незначительные отклонения от этих свойств допускаются в ГОСТ 10702-78: рекомендуемая твердость имеет пределы 120-240 НВ, а предел прочности не превышает 690 МПа.

2. Пластичность - основополагающий показатель, определяющий возможность изготовления изделий методом ХОШ с учетом сложности их формы и размеров. Пластичность металла оценивают по величине относительного сужения (¥). Высокопластичными принято считать металлы и сплавы, у которых > 60%, достаточно пластичными - при ¥ = 50 - 60 % и не пригодными для ХОШ - если ¥ < 50 %. [54].

3. Химический состав сплава - является ключевым фактором для

прогнозирования возможности изготовления деталей методом ХОШ. Доказано и не

подлежит сомнению влияние углерода на свойства стали [30, 73, 74]. С увеличением

его массовой доли в стали понижаются пластические характеристики и ударная

15

вязкость (рис.2), поэтому стали с содержанием углерода более 0.5% невозможно использовать для холодной деформации из-за низких пластических свойств. Такие стали в обязательном порядке перед пластической деформацией должны подвергаться нагреву. Кроме того, легирующие элементы и постоянные примеси в стали оказывают существенное влияние на способность стали к деформированию в холодном состоянии [107]. В частности, сталь мартеновского производства, имеющая более высокое содержание кремния, имеет преимущество перед другими способами выплавки сплава, в части ее способности к ХОШ [83, 86, 115]. Легирующие элементы оказывают неоднозначное действие на пластичность стали и во многом она зависит от вида, количества и суммарного их присутствования в стали (табл. 3).

4. Макроструктура - один из информативных критериев оценки качества металла по определению его пригодности к холодной пластической деформации. При исследовании макростроения стали выявляют ликвационные проявления и их месторасположение, пористость, пузыри, трещины, раковины и т.д. Не допускаются в металле заготовок, используемых для холодной деформации, такие дефекты, как раковины, рыхлоты, трещины, флокены, расслоение и загрязненность неметаллическими включениями. К часто встречающимся дефектам в стали относятся ликвационные зоны с присутствием в таковых не только окислов, сульфидов, нитридов и других неметаллических включений, но и интерметаллидов.

Ликвационная зона, если таковая имеется, не должна превышать по площади 40% сечения металла и, причем, обязательно находиться в центральной части заготовки, не имея выхода в наружные слои. Это вызвано тем, что пластичность ликвационных зон ниже, а твердость их выше, чем данные показатели свойств основного металла. Отличие по таким характеристикам находится в пределах 2530%. Поэтому смещение ликвационных зон от центра и особенно их выход на поверхность, могут привести к браку при штамповке стали в холодном состоянии.

Многие неметаллические включения и интерметалл иды обладают повышенной хрупкостью и высокой прочностью, что вызывает неравномерность свойств и служит причиной трещинообразования стали при холодной объемной штамповке.

Не вызывает сомнений и негативное влияние на способность стали деформироваться в холодном состоянии таких макроструктурных особенностей, как расслоение, поры, раковины, трещины, пузыри и флокены. Все они служат причиной нарушения сплошности и однородности строения сплава и наследуются готовыми изделиями, снижая их надежность и долговечность в эксплуатации. Наряду с внутренними дефектами, в металлопродукции металлургического производства зачастую так же присутствуют на поверхности волосовины, закаты, риски и другие дефекты. Возможность применения такой металлопродукции для деталей, изготавливаемых методами холодной пластической деформации, определяется после испытания специально изготовленных образцов на осадку при комнатной температуре. Согласно ГОСТ 10702-78, при оценке технологичности конструкционной стали для холодного выдавливания и высадки предусматривается осадка контрольного образца на 1/2, 1/3 или 1/4 его первоначальной высоты. Величина осадки образца зависит от назначения металлопродукции и учитывает параметры деформирования сплава при изготовлении из его изделий.

\

300

200

О

1200

800

О

у. 6. % КСУ.

МЛх/м

60

40

20

О

16

08

0.4

О

О 0,4 0,8 12 С % Рис. 2.Влияние углерода на механические свойства стали

Наиме-нова-ниеэле-мента Температура нормализации, отжига и закалки Твердость и прочность Прокаливае-мость Склонность к перегреву Пластичность Склонность к отпускной хрупкости

1 2 3 4 5 6 7

Алюминий Заметно повышается Повышагот- сянезначи- тельно Понижается Уменьшается При малом содержании незначительно повышается Увеличивается

Ванадий Повышается Повышаются Значительно уменьшается Повышается

Вольфрам Увеличивается Уменьшается При содержании < 1% повышается Уменьшается

Кобальт Мало влияет Повышают ся незначительно Уменьшается Мало влияет Мало влияет

Кремний Повышается Повышаются Увеличивается Понижается

Марганец Понижается Незначи- тельноувел ичива-ется Снижается у средней и высокоуглеродистой стали, не снижается у малоуглеродистой стали Увеличивается

Молибден Повышается Сильно увеличивается Мало влияет Повышается при содержании до 0,5-0,6% Уменьшается

Никель Понижается Увеличивается Незначительно повышается

Ниобий Повышается Понижаются Повышается Незначи- тельноумен ьша-ется

Титан Значительно повышается Повышают- сянезначи- тельно Уменьшается Повышается незначительно

Хром Повышается Повышаются Увеличивается Незначительно уменьшается Не снижается при содержании до 1,5% Увеличивается

Бор Мало влияет Повышается Повышаются - Понижается незначительно -

О технологичности стали судят по качеству осажденных образцов, на которых не должно быть надрывов и трещин.

Микроструктуре стали отводится главное внимание при оценке технологической способности сплава к холодной пластической деформации. Среди многочисленных параметров структурного состояния стали наиболее существенное влияние оказывают вид и однородность микроструктуры, морфология перлита, размер зерна, характер распределения структурных составляющих (полосчатость), а так же форма, размеры, дисперсность и расположение неметаллических включений. Из многочисленных факторов, оказывающих влияние на способность металла к холодной пластической деформации, следует выделить состояние межзеренных границ, размер ферритного зерна и морфологию карбидной фазы [8,83, 109]. Формирование зернистых структур, равномерное распределение структурных составляющих и низкая их разноразмерность способствуют приросту пластических характеристик стали [8, 109]. Измельчение перлитной колонии при ускоренном охлаждении стали от температур аустенитизации также способствует сфероидизации цементита. На основании этого процессы сфероидизации цементита, зависимость их от условий и параметров обработки стали имеют важное практическое значение.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Родькин, Илья Михайлович, 2014 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Арзамасцева Э. А. Термообработка как средство повышения обрабатываемости резанием цементуемых и улучшаемых сталей./ Э.А.Арзамасцева //ЭИ «Технология автомобилестроения». 1980. №1. С. 35-39.

2. Ассонов А. Д. Современные методы термической обработки./

A.Д. Ассонов//М.:, Машиностроение. 1964. 191с.

3. Астащенко В.И. Технологические решения при переделе металлопроката для повышения свойств стальных изделий/ В.И. Астащенко, Т.В. Швеева, И.М. Родькин // Технология металлов. 2012. № 8. С. 9-13.

4. Астащенко В.И. Влияние технологических факторов на геометрическую точность цементованных изделий./ В.И. Астащенко, И.М. Родькин //Изв. вузов, Сев. - Кавк. регион. Технические науки. 2005. Приложение №3. С. 66-72.

5. Астащенко В.И. Инновационные решения по снижению уровня шума зубчатых зацеплений / В.И. Астащенко, Ю.М. Смирнов, С.С. Соловейчик, А.И. Швеев, Т.В. Швеева, И.М. Родькин // Технология металлов. 2013. № 1. С. 45-51.

6. Астащенко В.И. Улучшение обрабатываемости резанием поковок за счет реализации скрытых резервов в кузнечно-термическом производстве./

B.И. Астащенко, Ю.М. Мокроусов, И.М. Родькин //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Технические науки. 2005. Приложение №2-м. С. 81-85.

7. Астащенко В.И. Влияние содержания серы на обрабатываемость резанием стали 20ХГНМТА. / В.И. Астащенко, М.С. Колесников, И.М. Родькин. // Межвузнаучный сборник «Проектирование и исследование технических систем», Наб.Челны,Изд-во Кам ПИ. 2004. Вып. 5. С. 91-94.

8. Астащенко В.И. Термическая обработка стальных заготовок под холодную пластическую деформацию. / В.И. Астащенко, А.И. Швеёв, Т.В. Астащенко, И.М. Родькин //Автомобильная промышленность. 2010. №3. С. 31-34.

9. Астащенко В.И. Наследственность макро- и микростроения в стальных заготовках деталей машин./ В.И. Астащенко, В.Г. Шибаков, С.С. Соловейчик, Т.В. Астащенко, И.М. Родькин //Междунар. научн. сб.: Оборудование и технология термической обработки металлов и сплавов. Харьков: ХФТИ. 2007. Т 1. С.117-122.

10. Astaschenco V.l. ADVANCED CRITERIA OF THE ASSESSMENT OF QUALITY OF METAL OF THE CEMENTED DETAILS. / V.l. Astaschenco, A.I. Shveyov, I.M. Rodkin, T.V. Shveyova. // «The Way of Science» International scientific journal. 2014. №5. P. 81-88.

11. Астащенко T.B. Оценка состояния металла зубчатых колес после химико-термической обработки./ Т.В. Астащенко, P.P. Калимуллин, А.И. Швеёв, И.М. Родькин //Автомобильная промышленность, 2010. №6. С. 33-36.

12. Абрамов В.В. Остаточные напряжения и деформация в металле./ В.В Абрамов //М.: Машиностроение. 1993. 345с.

13. Астащенко В.И. Технологические методы управления структурообразованием стали при производстве деталей машин./ В.И. Астащенко, В.Г. Шибаков //М.:Academia. 2006. 328с.

14. Архипов ИЛ. Изгибная выносливость зубьев цементованных колес с различной твердостью материала сердцевины./ И.Я. Архипов, М.С. Полоцкий //Вестник машиностроения. 1972. №10. С. 30-31.

15. Блантер М.Е. Методика исследования металлов и обработка опытных данных. /М.Е. Блантер//М.: Металлургиздат. 1982. 444с.

16. Блантер М.Е. Теория термической обработки./ М.Е. Блантер //М.: Металлургия. 1984. 328 с.

17. Булгаков В.А. Влияние исходной структуры на деформацию и коробление деталей после окончательной термической обработки./ В.А. Булгаков // МиТОМ. 1977. №9. С. 45 - 47.

18. Батышев А.И. Заготовки в машиностроении. Учебное пособие./ А.И. Батышев //М.: Изд-во МГОУ. 2004. 189с.

19. Бабич В. И. Деформационное старение стали./В.И. Бабич, Ю.Н. Гуль, И.Е. Долженков //М.:Металлургия, 1972.

20. Баптизманский В.Н. Исследование закономерностей процесса коагуляции неметаллических включений в жидкой стали./ В.Н. Баптизманский //Черная металлургия. Изв.вузов. 1969. С. 42-45.

21. Башнин Ю. А. Технология термической обработки./ Ю.А. Башнин, Б.К. Ушаков, А.Г. Секей //М.: Металлургия. 1986. 424с.

22. Бойцов В.Б. Технологические методы повышения прочности и долговечности: учебное пособие для вузов./ В.Б. Бойцов,

A.О. Чернявский. 2005. 128с.

23. Банных O.A. О роли в стали в XXI веке. / O.A. Банных //Электрометаллургия. 2005. №5. С. 6-11.

24. Бернштейн M.JI. Механические свойства металлов. / M.JI. Бернштейн,

B.А. Займовский //М.: Металлургия. 1979. 495с.

25. Бичеев A.M. Металлургия стали./ A.M. Бичеев //М.: Металлургия, 1988. 480с.

26. Бобылев, A.B. Механические и технологические свойства металлов: Справочник./ A.B. Бобылев //М.: Металлургия. 1987. 208 с.

27. Вульф A.M. Резание металлов./ A.M. Вульф // Д.: Машиностроение. 1973.496с.

28. Гольдштейн Я.Е. Конструкционные стали повышенной обрабатываемости./ Я.Е. Гольдштейн, А.Я. Заславский // М.: Металлургия. 1977. 248с.

29. Гончар В.И. Влияние промежуточных структур на свойства конструкционных сталей./ В.И. Гончар, A.A. Воскобойникова, А.Ф. Щербакова//Изв. вузов «Машиностроение», 1966. №1. С. 149-153.

30. Гуляев А.П. Металловедение. / А.П.Гуляев //М.: Металлургия, 1977. 648с.

31. Гуляев А.П.Термическая обработка стали./А.П. Гуляев//М.: Машгиз, 1960.496с.

32. Гудремон Э. Специальные стали. В2 т. Т.1. / Э. Гудремон //М.: Металлургия. 1959. 952 с.

33. Гусев С.С. Непрерывная термическая обработка автолистовой стали./ С.С. Гусев, В.Д. Гуренко, Ю.Д. Зварковский //М.Металлургия, 1979.

34. Гальпер P.P. Контактная прочность зубчатых передач с поверхностным упрочнением. / Р. Р. Гальпер // Л.: Машгиз. 1964. 23с.

35. Генкин М.Д, Повышение надежности тяжелонагрузных зубчатых передач./ М.Д. Генкин, М.А. Рыжов, Н.М. Рыжов //М.: Машиностроение. 1981. 232с.

36. Глинер P.E. О стандартизации качества автомобильных сталей. / P.E. Глинер //Автомобильная промышленность. 2001. №3.

37. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений. ГОСТ 1778-70. -М.: Изд-во стандартов. 1970. 24с.

38. Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний. ГОСТ 7564-97. -Минск: Межгосуд. совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 1977. 12 с.

39. Сталь. Метод контроля макроструктуры. ГОСТ 10243-75. -М.: Изд-во стандартов. 1970. 26 с.

40. Сталь углеродистая качественная конструкционная. Технические условия. ГОСТ 1050-74. -М.: Изд-во стандартов. 1974. 19 с.

41. Сталь легированная конструкционная. Марки и технические требования. ГОСТ 4543-71. -М.: Изд-во стандартов. 1971. 59 с.

42. Глинер P.E. Определение предельной деформируемости цементованной стали./ P.E. Глинер //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. №12. С. 51-53.

43. Дальский A.M. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. 5-е изд., исправленное./ A.M. Дальский, Т.М. Барсукова, J1.H. Бухарин [и др.]. Под.ред. A.M. Дальского // М.: Машиностроение. 2004. 512с.

44. Данилов A.M. Теория вероятностей и математическая статистика: учебное пособие. / A.M. Данилов, A.A. Данилов // Пензенский гос.архит,- строит, ин-т,- Пенза: ПГАСИ. 1996. 168с.

45. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. Справочник термиста,3-е изд., перераб. и доп./ JI.E. Попова,

A.A. Попов //М.: Металлургия. 1991. 503с.

46. Долженков И.И. Сфероидизация карбидов в стали./ И.И. Долженков //М.: Металлургия. 1984. 240с.

47. Дальский A.M. Технологическое формирование показателей качества деталей машин./ A.M. Дальский // Технологические основы обеспечения качества машин.- М.: Машиностроение. 1990. С. 212-234.

48. Демкин М.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин./ М.Б. Демкин, Э.В. Рыжов //М.: Машиностроение. 1981. 244с.

49. Зейдель А. Г. Элементарные оценки ошибок измерений./ А. Г. Зейдель //М.: Наука. 1967.

50. Зинченко В.М. Влияние остаточного аустенита на механические свойства цементованных сталей./ В.М. Зинченко, Б.В. Георгиевская,

B.А. Оловяшников// Металловедение и термическая обработка металлов. 1987. №12. С. 25-29.

51. Зинченко В.М. Технологические резервы повышения качества цементованных деталей./ В.М. Зинченко //Автомобильная промышленность. 1982. №2. С. 26-28.

52. Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки./ В.М. Зинченко//М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.- 303 с.

53. Зинченко В.М. Интенсификация процесса цементации стали./ В.М. Зинченко, Г.И. Янцен, В.И. Астащенко // Автомобильная промышленность. 1986. №4. С. 30-31.

54. Ильин С.И. Технология термической обработки сталей. Учебное пособие./ С.И. Ильин, И.Д. Корягин, Челябинск, изд. Центр ЮУрГУ. 2009. 120с.

55. Инновационные решения при металлопеределе стальных полуфабрикатов в машиностроении./ В.И. Астащенко, А.И. Швеёв, Т.В. Швеёва, И.М. Родькин //Материалы межд. научно - техн. конф. «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы. - 2013» (МНТК «ИМТОМ - 2013, 11-13 сентября 2013 г., г. Казань), часть 2 — Казань. 2013. С. 4-7.

56. Инженерия поверхности деталей. / под ред. А.Г. Суслова. 2008. - 320с.

57. Иванова B.C. Природа усталости металлов. / B.C. Иванова, В.Ф. Терентьев // М.:, Металлургия. 1975. 456с.

58. Контроль качества термической обработки полуфабрикатов и деталей: справочник./ под общ. ред. В.Д. Кальнера. //М.: Машиностроение, 1984. 384с.

59. Калинина В. Н. Математическая статистика: учеб. для студ. сред. спец. учеб. Заведений. Изд. 3-е, испр/ В.Н. Калинина, В.Ф. Панкин. //М.: Высш. шк., 2001. - 336с.

60. Козловский И.С. Критерии оценки качества и основы рационального выбора цементуемых и нитроцементуемых сталей./ И.С. Козловский, В.А. Оловянишников, В.М. Зинченко //МиТОМ, 1981. №3. С. 2-9.

61. Колачёв Б.А. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов./ Б.А. Колачёв, В.А. Ливанов, В.И. Елагин //М.: Машиностроение. 1972. 480с.

62. Казанцев Е.И. Промышленные печи. / Е.И. Казанцев. //М.: Металлургия. 1964. 451с.

63. Калетин Ю.М. Термическая обработка тяжёлонагрузных зубчатых колёс./ Ю.М. Калетин, Л.В. Кудрявцева // М.: Машиностроение. 1966. 95с.

64. Калашников A.C. Технология изготовления зубчатых колёс./ A.C. Калашников. 2004. 480с.

65. Комбалов B.C. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: Справочник. / под ред. К.В. Фролова, Е.А. Марченко. 2008. 384с.

66. Кондаков А.И. Выбор заготовок в машиностроение: Справочник /

A.И. Кондаков, A.C. Васильев. 2007. 560с.

67. Клейнер JT.M. Новые конструкционные материалы: низкоуглеродистые мартенситные и порошковые стали. Прикладное металловедение: Учебное пособие./ J1.M. Клейнер, A.A. Шацов. - Пермь: Перм. гос. техн. ун-т. 2004. 142с.

68. Корецкий Я. Цементация стали./ Я. Корецкий.-JI.: Судпромгиз, 1962. 232с.

69. Качанов H.H. Прокаливаемость стали./ H.H. Качанов //М.: Металлургия, 1978. 192 с.

70. Коваленко B.C. Металлографические реактивы./ В.С.Коваленко //М.:, Металлургия, 1973,286с.

71. Козловский И.С. Химико-термическая обработка шестерен./ И.С. Козловский //М.: Машиностроение, 1970. 232 с.

72. Красиков В.В. Влияние прокаливаемости стали на деформацию шестерен в процессе химико-термической обработки./ В.В. Красиков [и др.].// Автомобильная промышленность. 1979. №8. 31с.

73. ЛахтинЮ.М. Материаловедение: учебник для вузов/ Ю.М.Лахтин,

B.П. Леонтьева// М.: Машиностроение. 1990. 528с.

74. Лахтин Ю.М. Материаловедение./ Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева//М.: Машиностроение. 1980.493с.

75. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов./ Ю.М. Лахтин //М.: Металлургия. 1977. 407с.

76. Любарский И.М. Повышение износоустойчивости тяжёлонагрузных шестерён./И.М. Любарский.//М.: Машиностроение. 1965. 132с.

77. Лахтин Ю.М. Химико-термическая обработка металлов./ Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. //М.: Металлургия. 1969. 212с.

78. Лунев В.А. Планирование и обработка технологического эксперимента/ В.А. Лунев //Учебное пособие, Л.: ЛПИ. 1985. 84с.

79. Ляхович Л.С. Химико-термическая обработка металлов: Справочник. / Л.С. Ляхович //М.: Металлургия. 1981. 424с.

80. Меськин B.C. Основы легирования стали./ B.C. Меськин //М.: Металлургия. 1964. 684 с.

81. МинкевичА.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов./

A.Н. Минкевич //М.: Машиностроение. 1965. 491с.

82. Моталин A.A. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. / A.A. Моталин //Киев, «Техшка». 1971. 144с.

83. Майстренко В.В. Перспективные требования к сталям для холодной объёмной штамповки./ В.В. Майстренко, P.A. Мусин, Т.Ш. Галиахметов //Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2006. №1. С. 31-34.

84. Миттаг Х.И. Статистические методы обеспечения качества: [пер. с нем.] /Х.И. Миттаг, X. Ринне//М.: Машиностроение. 1995. 616с.

85. Металловедение и термическая обработка сталей: Справочное издание -3-е изд. перераб. и доп. В 3-х томах. Т. 1. Методы испытания и исследования./ Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г. Рахштадта //М.Металлургия. 198. 352с.

86. Мясникович М.В. Основные пути обеспечения качества продукции на уровне мировых стандартов./ М.В. Мясникович, Н.В. Андрианов,

B.И. Тимошпольский // Сталь. - 2004. №10. С. 65-68.

87. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. Учебник. Изд. 3-е, испр. и доп./ И.И. Новиков //М.: Металлургия. 1978. 392с.

88. Неучев А.Л. Применение стали непрерывной разливки в кузнечном

производстве. / А.Л. Неучев // Кузн.-штамп. пр-во. 1986. №11. С.21-22.

89. Никитин В.И. Наследственность в литых сплавах./ В.И. Никитин, К.В. Никитин //М.: Машиностроение - 1. 2005. 476с.

90. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов./ И.И. Новиков //М.: Металлургия. 1974 . 400 с.

91. Оловяшников В.А. Структурные параметры и критерии оценки прочности и долговечности цементованных и нитроцементованных зубчатых колес./ В.А. Оловяшников, В.М. Зинченко, Б.В. Георгиевская, В.В. Кузнецов //Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. №8 С.42-45.

92. Рабинович С.Г. Погрешности измерений./ С.Г. Рабинович //М.:Энергия. 1978.

93. РайцесВ.Б. Термическая обработка./ В.Б. Райцес. //М.: Машиностроение. 1980. 192с.

94. РайцесВ.Б. Технология химико-термической обработки на машиностроительных заводах./ В.Б. Райцес. //М.Машиностроение. 1965. 294с.

95. Сагарадзе B.C. Повышение надежности цементуемых деталей./ B.C. Сагарадзе//М.: Машиностроение. 1975. 216с.

96. Садовский В.Д. Структурная наследственность в стали./ В.Д. Садовский //М.: Металлургия. 1973. 208с.

97. Садовский В.Д. Происхождение структурной наследственности в стали./

B.Д.Садовский //Физика металлов и металловедение. 1984. 57.№2.

C. 213-223.

98. Справочник. Химико-термическая обработка металлов и сплавов./ Г.В. Борисенок [и др.] //М., Металлургия. 1981. 424с.

99. Справочник. Термическая обработка в машиностроении./ Под ред. Ю.М. Лахтинаи А.Г. Рахштадта//М.: Машиностроение. 1980. 783с.

100. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин./ А.Г. Суслов //М.: Машиностроение. 2000. 320с.

101. Справочник металлиста. В 5 т. Т2. /Под ред. А.Г. Рахштадта и В.А. Брострема//М.: Машиностроение. 1976. 720с.

102. Справочник по металлографическому травлению./ М. Беккерт, X. Клемм, Лейпциг, 1976. //М.-.Металлургия, 1979. 36с.

103. Степанов М.Н. Статические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. /М.Н. Степанов, A.B. Шаврин, 2-е изд. 2005. 400с.

104. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы./ М.А. Тылкин //М.: Металлургия. 1981. 648с.

105. Тихонов А.К. Влияние технологического передела на прочность изделий. /А.К. Тихонов//Металлургия машиностроения. 2008. №3. С. 3440.

106. Трубин Г.К. Контактная усталость материалов для зубчатых колёс./ Г.К. Трубин. //М.: Машгиз. 1962. 404с.

107. Фиргер И.В. Справочник. Термическая обработка сплавов./ И.В. Фиргер //М.:Металлургия. 1982. 304с.

108. Фельдштейн Э.И. Обрабатываемость сталей в связи с условиями термической обработки. / Э.И. Фельдштейн // М.: Машгиз. 1953. 254с.

109. Холодная объёмная штамповка. Справочник, т. 3. / Под.ред. Г.А. Нарвоцкого //М.: Машиностроение. 1987.

110. Чернышев Г.Д. Повышение надёжности изделий ЯМЗ и автомобилей КрАЗ./ Г.Д. Чернышев, A.A. Малышев, Н.С. Ханин // М.: «Машиностроение». 1977. 288с.

111. Шмыков А.А. Справочник термиста./ A.A. Шмыков//М: Машгиз. 1961. 182с.

112. Шенк X. Теория инженерного эксперимента./ X. Шенк. // М.: Мир, 1972.

113. Шульте Ю.А. Неметаллические включения в электростали./ Ю.А. Шульте // М.: Металлургия. 1964. 208с.

114. Юрковский И.М. Автомобиль КАМАЗ. Устройство, технологическое обслуживание, эксплуатация./ И.М. Юрковский, В.А. Толпыжин //М.: ДОСААФ. 1975. 406с.

115. Явойский В.И. Неметаллические включения и свойства стали./ В.И. Явойский, Ю.И. Рубенчик, А.П. Окенко //М.: Металлургия. 1980. 176с.