Повышение долговечности сердечников крестовин стрелочных переводов статико-импульсной обработкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Кокорева, Ольга Григорьевна
Кокорева, Ольга Григорьевна
кандидат технических наук
1999
- Специальность ВАК РФ05.02.08
- Количество страниц 160
Оглавление диссертации кандидат технических наук Кокорева, Ольга Григорьевна
СОДЕРЖАНИЕ
стр
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ УПРОЧНЕНИЯ ВЫСОКОМАРГАНЦОВИСТОЙ СТАЛИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЕРДЕЧНИКОВ КРЕСТОВИН СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ
1.1 Термомеханическая обработка_
1.2 Упрочнение взрывом 1 о
1.3 Накатка_
1.4 Легирование
1.5 Ковка и электрогидродинамический удар 18 1.8 Динамический наклеп
1.7 Газостатическая ш вакуумная обработка
1.8 Цель и задачи исследования 27 Выводы
2. МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА УПРОЧНЕНИЯ СЕРДЕЧНИКОВ КРЕСТОВИН СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ
2.1 Условия проведения исследований
2.2 Техническое обеспечение экспериментальных исследований
2.3 Методика планирования эксперимента и обработки данных 38 Выводы
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА УПРОЧНЕНИЯ КРЕСТОВИН СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ.
3.1 Механизм микроструктурных изменений процесса упрочнения
высокомарганцовистой стали при СИО
3.2 Оценка напряженного состояния сердечников крестовин при
упрочнение статико-импульсным методом __49
3.3. Механизм СИО ППД
3.4 Определение энергии удара инструмента
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ УПРОЧНЕНИИ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ
4.1 Твердость
4.2 Износостойкость ___82
4.3 Микроструктура ___90
4.4 Механические характеристики 106 Выводы
5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ УПРОЧНЕНИЯ
СЕРДЕЧНИКОВ КРЕСТОВИН СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ 5.1 Технологические рекомендации по использованию
статико-импульсной обработки при изготовлении сердечников
крестовин стрелочных переводов
5.2 Результаты производственных испытаний
5.3 Технико-экономические показатели процесса статико-импульсного упрочнения сердечников крестовин
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ ___147
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Технология машиностроения», 05.02.08 шифр ВАК
Основные направления повышения качества производства стрелочной продукции для железных дорог России1998 год, кандидат технических наук Ларкин, Александр Викторович
Повышение эксплуатационной стойкости крестовин, упрочненных методом науглероживания1999 год, кандидат технических наук Рамазанов, Рамиль Равшанович
Повышение эффективности статико-импульсной обработки управлением технологическими режимами и параметрами генератора импульсов2003 год, кандидат технических наук Силантьев, Сергей Александрович
Формирование структуры и свойств при плазменной наплавке износостойких покрытий на медь и высокоуглеродистую, марганцовистую стали2007 год, кандидат технических наук Ильичев, Максим Валерьевич
Повышение конструктивной прочности сварных стыков между рельсовыми окончаниями и литыми сердечниками железнодорожных стрелочных переводов2007 год, кандидат технических наук Никулина, Аэлита Александровна
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности сердечников крестовин стрелочных переводов статико-импульсной обработкой»
ВВЕДЕНИЕ
В условиях снижения объема производства и увеличения стоимости машин одной из важных задач становится повышение их надежности и долговечности. С ростом долговечности деталей машин значительно снижаются расходы на ремонтные работы, сокращается потребность в запасных частях и механизмах, сводятся к минимуму простои оборудования. Предпринято немало попыток улучшить эксплуатационные свойства сердечников крестовин, которые можно условно разделить на три направления. Технологическое, которое предполагает усовершенствование технологии изготовления сердечников и применение упрочнения тяже лона груженных поверхностей, конструкторское - усовершенствование конструкций сердечников, эксплуатационное - использование специальных мер по устранению износа при эксплуатации.
В технологическом направлении улучшения эксплуатационных свойств тяжелонагруженных поверхностей деталей важную роль играет упрочнение методом поверхностной пластической деформации. Исследования в этой области проводили такие ученые как: М.С. Дрозд. A.A. Михайлов, Л.Г. Одинцов, В.В. Орлов, Д.Д. Папшев, В.М. Смелянский, Л .А. Хворостухин, ПА Чепа, Д.Л. Юдин и др. Обработка ППД позволяет получить глубину упрочненного слоя до 30 мм, увеличить микротвердость в 1,5. .2 раза, обеспечивая при этом плавный переход между упрочненным поверхностным слоем и сердцевиной.
Надежность работы любой машины непосредственно связана с качеством поверхностного слоя деталей, которое характеризуется такими свойствами как - прочность, сопротивление усталости, износостойкость и др. В связи с интенсификацией производственных процессов роль качества поверхностного слоя значительно возрастает. Связь характеристик ка-
чества поверхностного слоя с эксплуатационными свойствами сердечников крестовин стрелочных переводов требует чтобы тяжелонагруженная поверхность была достаточно твердой, имела сжимающие остаточные напряжения, мелкодисперсную структуру и сглаженную форму микронеровностей.
В результате ППД упрочняется поверхностный слой, повышается износостойкость, а также удается повысить запас прочности и увеличить срок службы деталей, работающих при переменных нагрузках в 1,54-3 раза
19].
Стрелочные переводы являются наиболее сложной, ответственной и дорогостоящей частью верхнего строения пути. По данным ВНИИЖТ в состав конструкций стрелочных переводов входят до 7,5 тысяч деталей общей массой до 31 тонны[91 ]. Отдельные элементы являются дефицитными, имеют короткий срок службы из-за большой сложности их работы под подвижной нагрузкой. Для обеспечения безопасности движения поездов необходимо дальнейшее совершенствование конструкций и технологий изготовления стрелочных переводов, а также внедрение передовых форм контроля за их содержанием при эксплуатации. Над улучшением существующих и созданием новых конструкций и технологий в настоящее время работают Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС), МГУПС (МИИТ), СПГУПС (ЛИИЖТ), Главное управление пути МПС (ЦП), путеобследовательские станции МПС и другие.
В настоящее время при эксплуатации стрелочных переводов на железных дорогах литая часть крестовины в среднем выдерживает 80 млн. т брутто пропущенного груза. По сравнению с рельсами, которые пропускают 500. . . 8000 млн. т брутто до выхода из строя, срок службы крестовин в 6...10 раз меньше. При этом износ сердечников крестовин составляет до
80% всех видов разрушения литых частей и определяет долговечность крестовины в целом [18]. Интенсивный износ сердечников связан с динамическими нагрузками при перекатывании колес, что приводит к смятию и последующему контактному выкрашиванию сердечников крестовин. Ежегодно из-за износа сердечников заменяется около 10000 крестовин стрелочных переводов. Дефектообразование у крестовин происходит при пропуске 15...60 млн. т груза брутто, в то время как у стрелок после пропуска 100 млн. т брутто [19]. Долговечность крестовин стрелочных переводов определяют дефекты контактно-усталостного происхождения на поверхности катания. К основным специфическим дефектам крестовин относят выкрашивание, наплывы на рабочих поверхностях, седловины в зоне накатывания и др. Продлению срока службы крестовин способствует упрочнение поверхности катания сердечников. При этом за счет увеличения ее твердости достигается повышение работоспособности крестовин по износу и дефектостойкости на 25...35% [19].
Сердечники крестовин работают в условиях циклического силового воздействия, при этом глубина несущего слоя должна выбираться в соответствии с условиями эксплуатации. По данным МПС [19]предельный вертикальный износ сердечников, при котором их снимают с эксплуатации, составляет 6...8 мм в зависимости от назначения путей. Частые замены сердечников увеличивают материальные затраты и снижают пропускную способность железных дорог. В этой связи проблема повышения долговечности сердечников крестовин приобретает первостепенное значение.
Проблемой улучшения свойств высокомарганцовистой стали (ВМС) и повышения эксплуатационных характеристик сердечников крестовин стрелочных переводов занимались такие исследователи как В.И. Власов, Б.Э. Глюзберг, Э.И. Даниленко, Н.Г. Давыдов, В.В. Иванов, Р.З. Кац, А.Г. Коган, Е.Ф. Комолова, М.С. Михалев, В.П. Михайлова, H.H. Путря, Н.Я. Самарин,
Т.М. Соболей ко, Т.С. Тесленко, A.M. Тейтель, М.И. Титаренко, Ю.А. Шуль-те, Е.А. Шур и др.
Существует множество методов упрочнения среди которых термомеханическая обработка, упрочнение взрывом, накатка, легирование, электрогидравлический удар и ковка, динамический наклеп, высокотемпературное газостатирование, вакуумная термообработка, обработка током высокой частоты и другие. При этом указанные методы полностью не обеспечивают необходимой твердости, глубины упрочнения и эксплуатационных характеристик поверхностного слоя. Поэтому в настоящее время проблема поиска наиболее эффективного метода упрочнения сердечников крестовин является актуальной.
Сравнительный анализ описанных в литературе методов упрочнения сердечников крестовин стрелочных переводов позволяет сделать вывод о необходимости поиска новых путей и способов упрочнения. В настоящей работе проблема повышения долговечности сердечников крестовин решается с помощью комбинированной статико-импульсной обработки. Предложенный способ позволит несколько выровнить ресурс работы рельсов и сердечников крестовин стрелочных переводов (СКСП).
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ УПРОЧНЕНИЯ ВЫСОКОМАРГАНЦОВИСТОЙ СТАЛИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СЕРДЕЧНИКОВ КРЕСТОВИН СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДрВ
1.1 Термическая и термомеханическая обработка
Известно [20, 47, 56, 65, 110}, что отливка из ВМС состоит из зерен аустенита и карбидов, количество и размер которых обусловливается такими технологическими факторами, как степень нагрева при заливке, скорость охлаждения, химический составом стали. В зависимости от указанных факторов в структуре литой стали встречаются карбиды в виде тонких оторочек вокруг отдельных аустенитных зерен и мелких вкраплений в зернах, а также в виде сплошной широкой сетки и крупных сферообразных включений.
Целью термической обработки является получение чисто аусте-нитной структуры [98], что повышает твердость и уменьшает пластичность ВМС. Для стабилизации аустенита не требуется больших скоростей охлаждения. Критическая скорость охлаждения этой стали будет определяться процессом выпадения карбидов. Охлаждение в холодной проточной воде обеспечивает необходимую критическую скорость и дает возможность получить аустенит без карбидной фазы.
Закалка после длительного отпуска дает возможность получить зерно аустенита А4...А5 соответствующее ГОСТ 5639-82 вместо А2, АЗ, получаемое при закалке образцов той же стали без предварительного отпуска [98].
В настоящее время на производстве предварительный отпуск отливок не производится. Мелкое зерно стремятся получить, регулируя степень нагрева жидкой стали при закалке. На заводах МПС закалка сердечников стрелочных переводов производится при температуре 1050...1100° С, карбиды содержащиеся в ВМС переходят в раствор при увеличении продолжительности нагрева и выдержки при закапке. Это приводит к улучшению механических свойств ВМС, что объясняется главным образом диффузией элементов и более равномерным их распределением в массе металла, а также более полным растворением карбидов.
Закалка по режимам, принятым для ВМС, не содержащей дополнительных легирующих элементов, не дает возможности получить гомогенную аустенитную среду. Поэтому используется термообработка дополнительно легированной ВМС, с применением карбидообразующих элементов (47].
С целью повышения механических характеристик ВМС на производстве применяется два способа термомеханической обработки [20, 110]. По первому способу металл деформируется при температурах устойчивости аустенита с последующей закалкой, исключающей рекри-сталлизационные процессы, когда устраняется отпускная хрупкость, повышаются прочностные характеристики понижается порог хладноломкости, уменьшается чувствительность стали к трещионобразованию.
Второй способ термомеханической обработки заключается в деформации стали в области относительной устойчивости аустенита при температуре выше мартенситной точки, но ниже температуры рекристаллизации и последующей закалки, что позволяет увеличить прочность и сохранить удовлетворительную пластичность стали.
В результате указанных способов достигается дробление зерен и
фиксация их при закалке [20]. Процесс рекристаллизации в этом случае почти не проходит. При медленном охлаждении заготовок на воздухе и последующем их нагреве наблюдаются рекристаллизационные процессы. Рост зерен при этом неинтенсивен.
На основании изложенного следует, что термомеханическая обработка улучшает механические свойства стали по сравнению с ее литым состоянием, вызывает фазовые превращения, однако не позволяет получить гомогенную аустенитную структуру ВМС, тем самым не удается достичь необходимой твердости и износостойкости поверхностного слоя ВМС.
1.2 Упрочнение взрывом
Одним из способов повышения износостойкости высокомарганцовистых отливок сердечников является упрочнение их рабочих поверхностей энергией взрыва.
Исследования упрочнения ВМС взрывом были начаты в Институте гидродинамики Сибирского отделения АН СССР совместно с Новосибирским стрелочным заводом. Известны в этой области работы Волгоградского политехнического института, Московского института стали и сплавов, Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта.
Сущность упрочнения деталей взрывом [32, 67] заключается в том, что рабочая поверхность отливок подвергается кратковременному воздействию (10"9 с) высоких давлений (30...40 МПа) возникающих при детонации различных видов взрывчатых веществ (ВВ). При этом поверхностная твердость достигает 340...450 НВ. Существенно возрастает прочность и предел текучести ВМС (примерно в 1,5...2,0 раза). Ударная
вязкость, относительное удлинение и сужение при этом снижаются. В качестве взрывчатого вещества применяется порошкообразный гексо-ген, аммониты, детонит, тетрил, метабел листовой, пластические ВВ различных типов [24].
Результаты лабораторных экспериментов и промышленных испытаний отливок, упрочненных взрывом [24, 30, 31, 42, 67, 88], показали, что износостойкость сердечников повышается на 1,5.. 2 раза, а долговечность возрастает в 1,3..1,8 раза.
Оптимальная износостойкость соответствовала твердости 340...380 НВ. Дальнейшее увеличение твердости стали приводило к снижению ее износостойкости. Это объясняется тем, что под действием сверхвысоких давлений происходит равномерная и мгновенная деформация металла с образованием множества дефектов упаковки кристаллов, сопровождающихся скольжением. При увеличении давления (силы взрыва) эти дефекты становятся более дисперсными и равномерно распределяются по сечению упрочняемой детали, повышая твердость и предел текучести, а, следовательно, и износостойкость стали. Однако дальнейшее повышение давления приводит к образованию в металле очагов напряжений и ультрамикроскопических трещин, которые в условиях ударно-абразивного изнашивания являются первоначальными источниками разрушения металла. Эти напряжения и трещины значительно снижают износостойкость стали при твердости свыше 380 НВ. Оптимальная твердость получается при взрывном упрочнении ее гексогеном [30].
Наиболее эффективно взрывом упрочняется ВМС стандартного состава, наличие легирующих добавок снижает ее пластичность, действуя как концентраторы напряжения.
На результаты упрочнения взрывом ВМС влияют количество и свойства взрывчатого вещества, величина заряда, способ нанесения ВВ
на упрочняемую поверхность, направление распространения ударной волны, число взрывов.
Таким образом, метод взрыва позволяет получить глубину упрочнения до 6 мм, повысить твердость до 380...450 НВ, увеличить износостойкость в 1,5. .2 раза и улучшить механические характеристики.
Однако метод не обеспечивает плавного регулирования энергии взрыва ВВ, что приводит к образованию на поверхности крестовин микротрещин. Работа обслуживающего персонала на участках упрочнения взрывом сопряжена с опасностью получения травм, а необходимые меры предосторожности усложняют и удорожают технологию упрочнения сердечников крестовин взрывом, требуют больших капитальных вложений.
1.3 Метод накатки
Одним из методов упрочнения поверхности сердечников крестовин стрелочных переводов является накатка роликами. Как показал анализ [21, 25, 32, 55, 67], этот способ упрочнения позволяет повысить усталостную прочность сердечников крестовин в два раза, при этом твердость на поверхности накатанных сердечников на 40% выше по сравнению с исходным металлом, а глубина слоя упрочненного накаткой составляет 3...4 мм. Увеличение давления на инструмент до 5000 Н позволяет получить толщину упрочненного слоя в 3...5 мм.
Повышение усталостной прочности сердечников крестовин объясняется повышением прочностных свойств поверхностного слоя и появлением благоприятных остаточных напряжений. Однако существенным недостатком метода накатки является небольшая глубина упрочнения, а также недостаточная микротвердость упрочненного сердечника.
В качестве деформирующего элемента для накатки применяются также шарики. При однократной обработке шариком диаметром 17 мм и нагрузке 3000 Н твердость поверхности образца из стали 110Г1ЗЛ составляет 493...517НВ. Однако такая высокая твердость наблюдается только на глубине 1,5. .2 мм, с увеличением глубины она постепенно снижается и на расстоянии 3...4 мм от поверхности составляет 200. .220 НВ . После двух- и трехкратной накатке твердость поверхности повышается до 450. . .500 НВ, что соответствует глубине упрочнения в 5 мм. В результате накатки увеличиваются прочностные характеристики (предел прочности, текучести) и ухудшаются пластические свойства ВМС (относительное удлинение, сужение, ударная вязкость) (табл. 1.1). Причиной этого является получение более мелкого зерна и отсутствие пористости в микроструктуре ВМС.
Процесс пластической деформации при накатке отличается неравномерностью вследствие значительной химической неоднородности металла даже в пределах отдельных зерен, что приводит к концентрации структурных напряжений, которые способствуют деструкции металла, образованию несплошностей и микротрещин, ориентированных параллельно поверхности катания.
Таблица 1.1
Способ обработки Меха нические характеристи ки Структура
ат, МПа ав, МПа 5, % V, %
Литье 344...422 560...620 18...26 15...25 Аустенит, мелкое зерно, Пористость
Накатка 344...456 830... 1090 45...62 35... 50 Аустенит, мелкое зерно
По мере исчерпания металлом способности деформироваться при достижении максимальной твердости вследствие накатки микротрещины
лавинообразно разрастаются в макротрещины, которые выходят на поверхность и начинается процесс разрушения.
Таким образом следует отметить, что в основе механизма упрочнения лежит измельчение зерна в микроструктуре металла, а также отсутствие пористости в результате упрочнения, метод накатки позволяет повысить прочностные характеристики в 1,5...1,8 раза, что сопровождается повышением остаточных напряжений сжатия, однако накатка не обеспечивает необходимой глубины упрочнения поверхностного слоя.
1.4 Легирование
Одним из методов улучшения эксплуатационных характеристик ВМС является легирование. ВМС типа 110Г13Л относится к сплавам на основе у-железа, и обладает аустенитной структурой при содержании в нем марганца 9... 15% и 0,9...1,4% С [20]. Необходимая устойчивость аустенита при относительно небольшом содержании марганца обеспечивается за счет выбора определенного содержания углерода в сплаве.
По данным многочисленных отечественных и зарубежных исследований [б, 11, 12, 14, 20, 21, 22, 44, 53, 55, 56, 65, 67, 69, 85, 88, 99, 100] углерод оказывает существенное влияние на уровень технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств стали. Нижний предел содержания углерода обусловлен необходимостью получения устойчивой аустенитной структуры. При содержании углерода менее 0,85% образуется мартенсит, приводящий к резкому снижению пластических свойств и вязкости стали [61 ]. В металле, содержащим менее 1 % С практически не встречаются крупные карбиды, а мелкие располагаются по границам зерен, но не образуют сплошной сетки. С повышением концентрации углерода карбиды появляются уже внутри зерен, при этом
размеры всех карбидов увеличиваются, и на границах зерен они образуют сплошную утолщенную сетку. При этом предел текучести, временное сопротивление и износостойкость возрастают, а ударная вязкость и пластичность падают, что особенно заметно при содержании углерода более 1,3% [64]. В связи с понижением пластичности стали повышается ее склонность к образованию трещин.
Явление упрочнения углеродом объясняется теорией дислокаций. Углерод, образуя в аустените раствор внедрения, препятствует тем самым свободному перемещению дислокаций и упрочняет его. Максимальная твердость увеличивается с повышением содержания в ней углерода вследствие возрастания внутренних напряжений в аустените. Движение дислокаций в объеме зерна затрудняет появление субграниц и разориентировки соседних кристаллов [54].
Анализ существующего опыта легирования ВМС показывает, что физико-механические свойства в значительной степени зависят от вида и количества легирующего материала. В качестве легирующих добавок в химический состав ВМС используются следующие элементы: кремний, хром, ванадий, молибден, титан, никель [20].
Так, с увеличением содержания кремния в ВМС до 0,8... 1,05% на 40% возрастает ее износостойкость, однако увеличение содержания кремния приводит к повышенной склонности к трещинообразованию. Поэтому, во избежании снижения ударной вязкости кремний в составе ВМС не должен превышать 1% [20, 55].
Добавление в состав ВМС хрома стабилизирует аустенит, способствует большему выделению карбидов: 1% хрома снижает относительное удлинение примерно на 20%, а также повышает предел текучести [20]. Однако превышение этого количества хрома может привести к появлению трещин из-за повышенных внутренних напряжений, связанных
с выделением карбидов, так как хром является одним из сильно карби-дообразующих элементов.
Несмотря на улучшение характеристик прочности при введении в сталь хрома, повышения износостойкости не происходит.
Поэтому легирование ВМС хромом в количестве до 1% малоэффективно и с точки зрения повышения износостойкости нецелесообразно [14, 61, 82, 88, 96, 99]. Однако при необходимости повышения предела текучести и сопротивляемости смятию добавление 1% хрома может оказать положительный эффект, особенно в тех случаях, когда детали работают в условиях больших контактных нагружений, например, для крестовин стрелочных переводов [67, 78, 82, 85].
Одним из легирующих элементов является ванадий, вводимый в ВМС для измельчения структуры при кристаллизации. Наличие ванадия в ВМС существенно повышает твердость, а также износостойкость [20]. Такая сталь получает гораздо большую твердость после закалки под воздействием сжимающих и растягивающих напряжений. Упрочнение ВМС при наличии ванадия уменьшает износ на 60...70%.
За рубежом весьма широкое распространение получило легирование стали 110Г13Л молибденом при его содержании от 0,75...2% [20]. Молибден заметно измельчает зерно, повышая тем самым устойчивость аустенита. В результате чего существенно повышается прочность, пластичность и вязкость этой стали. ВМС с наличием Мо хорошо сопротивляется ударному износу и улучшает ее восприимчивость к упрочнению. Оптимальным в ВМС считается содержание 0,3...0,5% Мо [14]. ВМС, легированная молибденом, рекомендуется использовать для ответственных деталей, однако в связи с высокой стоимостью и дефицитом молибдена в России данный способ на производстве практически не применяется.
Титан, как легирующий элемент в составе ВМС, также измельчает структуру стали при первичной кристаллизации, устраняет столбчатое строение отливок. Однако присутствие титана в количестве 0,1...1% не приводит к повышению механических свойств, при этом характеристики прочности не улучшаются, а пластичность резко ухудшается. Титан, введенный в ВМС в меньшем количестве (0,03...0,10%) повышает прочностные характеристики, а также относительное удлинение и сужение на 10%. Титан в малых количествах (не более 0,1...0,15%) оказывает положительное влияние на износостойкость ВМС [50].
Легирование ВМС никелем способствуют устойчивости аустенит-ной структуры. При пониженном содержании углерода (0,6...0,9%) присадка примерно 3% никеля в ВМС обеспечивает вязкость и прочность, присущие обычной ВМС, а также уменьшает выделение карбидов при нагреве. Однако добавки никеля к ВМС стандартного состава практически не оказывают влияния на пределы текучести и прочности.
Следует также отметить, что азот являясь сильным аустенизато-ром в стали, при введении его в больших количествах он играет роль легирующего элемента и будучи аналогом углерода, может в ряде случаев заменить его. При этом азот в 2.5 раза сильнее повышает прочность, чем углерод. Присутствие азота в ВМС особенно благоприятно отражается на повышении предела текучести. Азот также оказывает влияние на первичную кристаллизацию отливок. Растворимость азота в марганце значительно выше чем в железе, поэтому с повышением марганца в ВМС в ней будет возрастать и растворимость азота [20]. Так как азот значительно активнее углерода, то упрочняемость ВМС, увеличивающаяся с повышением содержания растворенного в решетке Яе - у углерода, будет увеличиваться в большей, что приводит к повышению износостойкости стали.
Легирование азотом дает небольшое повышение предела текучести ВМС и уменьшение значений ударной вязкости, относительно удлинения и сужения. Износостойкость при этом увеличивается на 12...15% [20]. Микроструктура ВМС при повышенном количестве азота почти не изменяется.
Одновременное присутствие в ВМС хрома и азота благоприятно сказывается на механических свойствах и микроструктуре. Размер ау-стенитного зерна уменьшается до А4, характер микроструктуры такой же, как у ВМС легированной хромом.
Наличие азота и хрома в ВМС значительно повышает предел текучести и временное сопротивление, не снижая при этом пластичности. Ударная вязкость при этом такая же, как у образцов, легированных одним хромом или одним азотом.
Износостойкость ВМС при легирование стали азотом и хромом повышается примерно на 15% по сравнению с обычной ВМС [74].
На основании приведенного анализа можно констатировать, что легирование обеспечивает упрочнение за счет «связывания» дислокаций легирующими элементами, позволяет значительно улучшить физико-механические характеристики ВМС, повышая при этом прочностные характеристики. Однако легирование не обеспечивает необходимое повышение твердости, тем самым не удается реализовать возможность ВМС по износостойкости, кроме того метод легирования является достаточно дорогим из-за высокой стоимости легирующих элементов (хром, молибден и т.п.).
1.5 Ковка и электрогидравлический удар
С целью повышения механических свойств и износостойкости ВМС применяют ковку. Деформирование металла (ковку) рекомендуется про-
водить при 950°... 1200° С ¡82]. В этом температурном интервале металл обладает наилучшей ковкостью и высокими механическими характеристиками после закалки в воде от температуры конца ковки. Температура начала ковки находится в пределах 1150... 1200° С. Нагрев под ковку следует вести медленно, чтобы предупредить возникновение внутренних трещин в результате низкой теплопроводности и большого коэффициента расширения ВМС.
Результаты влияния пластической деформации на механические свойства ВМС представлены в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Степень укова Размер зерна аустенита, мм Механические характеристи <и
МПа стт, МПа 8, % % кси МДж/м2
1,0 0,16 570 480 14,3 17,2 1,51
1.5 0,13 690 630 16,4 17,1 1,57
го 0,07 800 630 16,6 17,3 1,63
2,5 0,04 900 680 17,1 18,3 1,78
3,0 0,03 970 760 18,1 19,4 2,10
4,0 0,03 1010 790 17,5 20,3 2,10
5,0 0,03 1030 790 17,9 20,1 2,14
Данные таблицы свидетельствуют о том, что степень укова, равная трем, является оптимальной. Дальнейшее увеличение степени укова практически не влияет на прочностные и пластические характеристики этой стали. С увеличением степени деформации возрастает количество карбидов, а легирующие добавки при этом способствуют повышению износоустойчивости кованой ВМС [20].
Изучая влияние температуры деформации и последующей термической обработки на структуру и свойства ВМС, установлено [32, 54, 55, 83], оптимальная температура конца пластической деформации составляет 800... 850°С.
Сущесггвенное влияние на прочностные свойства и износоустойчивость деформированной стали 110Г13Л оказывает режим ковки, Наилучшее сочетание механических свойств и износоустойчивости кованых деталей (уков 2,5) достигается после термической обработки , заключающейся в двойном отжиге и последующей закалке с 1050°С . При термической обработке по такому режиму почти полностью сохраняется мелкозернистое строение деформированной стали и образуется качественно отличающаяся структура, состоящая из аустенита и мелкозернистых карбидов внутри зерен. Эти включения заметно упрочняют металлическую матрицу, увеличивают предел текучести стали при сохранении достаточно высоких пластичности и ударной вязкости.
Ковка высокомарганцовистой стали позволяет значительно повысить ее твердость, но не обеспечивает равномерного упрочнения на необходимой глубине.
Метод электрогидравлического удара разработан, предложен и опробован на Днепропетровском стрелочном заводе как способ упрочнения крестовин стрелочных переводов [7].
Плавное и точное регулирование ударной нагрузки обеспечивается использованием электроимпульсных разрядов в среде электролита на установках электрогидравлического удара (ЗГУ), принцип действия которых основан на создании избыточного давления при скоростном изменении агрегатного состояния электролита под воздействием высоковольтных разрядов.
С помощью ЭГУ удается достичь поверхностной твердости до 360 НВ, глубина упрочнения при этом составляет 3...4 мм
Металлофизические электрографические исследования деформированного ЭГУ металла [7] показали, что с начальных стадий деформаций наблюдается скольжение множества дислокаций, происходящее практически одновременно по многим непараллельным плоскостям: на-
блюдается переход к интенсивному двойникованию, плотность которого
весьма высока.
Таким образом, метод ЭГУ позволяет повысить износостойкость отливок из ВМС, за счет микроструктурных изменений, связанных с интенсивным двойникованием, обеспечивает значительное повышение твердости упрочненной поверхности. Однако метод не позволяет получить требуемой глубины упрочнения и равномерного упрочнения на необходимой глубине.
1.6 Динамический наклеп
Известно [13, 20, 43, 44, 54, 66, 76], что ВМС имеет ярко выраженную склонность к упрочнению при пластической деформации. Этот процесс требует большего времени, чем это возможно в обычных условиях испытания ВМС. Малая пластическая деформация, обычно возникающая на этой стадии и вызывает отклонение от действительной упругости, приводит к тому, что в процессе очень медленного нагружения, при каждом увеличении напряжения имеется достаточный промежуток времени для упрочнения, который тормозит начинающийся процесс пластической деформации.
Эксплуатационные характеристики деталей из стали 110Г13Л определяются свойствами и состоянием наклепанного слоя [66, 68, 96], которые обусловлены высоким качеством стали, в первую очередь характеристиками прочности и пластичности. Зная уровень наклепа контактных поверхностей в данных условиях работы можно оценить работоспособность деталей с различными исходными свойствами и использовать сталь 110Г13Л наиболее эффективно.
Исследованиями [1, 21, 32, 58, 105] установлено, что величина сопротивления истиранию металла должна определятся его максимальной
твердостью. В сталях с низким содержанием углерода и хрома сопротивление истиранию определяется твердостью образцов. ВМС с отношением углерода к марганцу, равным 0,1 обладает хорошей сопротивляемостью износу, а получающийся при этом наклеп повышает твердость ВМС до 550...600 НВ (рис. 1.1).
Повышение твердости пропорционально степени деформации, но наклеп стали 110Г13Л, оцениваемый повышением твердости после деформации сжатием, не зависит от ее исходной прочности. Твердость наклепанного металла увеличивается пропорционально степени деформации. В результате динамического наклепа достигается глубина упрочнения до 4...5мм. Твердость при критическом наклепе определяется по графику, из которого по ее величине можно сделать вывод о соответствии возможности стали данного качества требованиям эксплуатации (рис. 1.2).
Около 95% железнодорожных крестовин работают с твердостью наклепанного слоя не более НВ 460, а остальные имеют НВ 460...512, при этом разность (ств - сто,2) ^ 400 МПа, т.е. ав > 800 МПа [44, 45, 54, 77].
Таким образом установлено, что динамический наклеп позволяет повысить прочностные характеристики ВМС, однако глубина упрочненного при этом слоя ВМС является недостаточной.
1.7 Газостатическая и вакуумная обработка
Технология высокотемпературной газостатической обработки (ВГО) рассчитана на изготовление отливок из стали 110Г13Л путем залечивания литейных дефектов в условиях обеспечения диффузионно-пластической деформации при высоких температурах и постоянно приложенных больших давлений. Процесс залечивания приповерхностных
нв 600
500
400
300
200
0 2,5 5 7,5 10 Ь, мм
Рис. 1.1. Зависимость твердости и расстояния от поверхности при наклепе ВМС [54].
НВкр 600
500
400
300
10 20 30 40 50 60 70
Рис. 1.2. Зависимость критической твердости от разности Лег = (ств - сто,2) наклепанного слоя ВМС [54].
Лгт МПэ
литейных дефектов включает в себя последовательные стадии образования зон пластической деформации по контуру дефекта «жестким» сдвигом поверхностного слоя до контактирования берегов дефекта и их диффузионную сварку. Залечивание ответных дефектов, расположенных внутри отливок, происходит путем взаимнопластического течения металла в полость дефекта и диффузионных процессов [12].
Этот способ предусматривает высокотемпературную газостатическую обработку (ВГО) отливок из ВМС, который состоит из двух этапов. На первом отливки обрабатывают в печи предварительного нагрева га-зостата в атмосферной среде, что обеспечивает измельчение зерна стали. На этом этапе отливки отжигают не менее 6 часов при температуре минимальной устойчивости аустенита. При этом происходит интенсивное образование карбидов тонкой игольчатой формы во всем объеме аустенитного зерна, в результате чего зерно оказывается расчлененным на части.
На втором этапе отливки нагревают в среде инертного газа до температуры 1150° С и подвергают изостатическому уплотнению аргоном под давлением 146...200 МПа с последующей закалкой в воде при температуре не ниже 950° С. Закалка отливок, обработанных ВГО, производится после выгрузки из газостата и охлаждения на воздухе до температуры не ниже 950° С. На втором этапе обеспечивается полный перевод стали по всему сечению отливок в однофазное аустенитное состояние и залечивание литейных дефектов - несплошностей.
ВГО позволяет уменьшить интенсивность изнашивания крестовин стрелочных переводов по сравнению с изготовленными по базовой технологии в 8...10 раз и повысить ударную вязкость стали на 75...80% [12].
Возможности высокотемпературной газостатической обработки по залечиванию дефектов - несплошностей металла литых изделий эф-
фективно реализуется при их использовании в работе при воздействии значительных нагрузок.
Не смотря на ряд достоинств, метод ВГО является технологически сложным m дорогостоящим. Поэтому, его применение в массовом производстве нецелесообразно. Метод ВГО рекомендуется использовать в серийном производстве по специальным заказам при изготовлении наиболее ответственных изделий.
Вакуумная обработка применяется для упрочнения железнодорожных крестовин, в результате чего содержание водорода на расстоянии 8 мм от поверхности снижается с 7. .12 см3 на 100 г металла до 0,8. .1 см3 . При этом ударная вязкость деформированной стали (30% деформации) возрастает в 1,4 раза [32, 58]. Водород, хорошо растворяясь в высококачественном аустените, оказывает отрицательное влияние на пластичность стали при ее деформировании. При значительных ударных нагрузках это приводит к выкрашиванию металла крестовин. Это явление объясняется тем, что при деформировании водород из ионного и атомарного состояния переходит в молекулярное на границах зерен, в зоне залегания неметаллических включений и д.р. При накоплении водорода его давление возрастает, что способствует образованию сначала микро-, а потом и макротрещин. Удалить водород из стали в процессе его плавки не представляется возможным, так как легирование металла производится доменным ферромарганцем с высокой водородо-
л
насыщенностью (до 30см на 100г металла ).
Вакуумную термообработку железнодорожных крестовин производят в печи глубокого вакуума (1,33...0,13 Па ) по следующему режиму : нагрев до 1100°С в течение 24 часов выдержка при этой температуре 24 часа с последующим охлаждением в проточной холодной воде. При вакуумной термической обработке ВМС наблюдается обеднение поверх-
ностного слоя металла (толщиной 0,25...0,30 мм) марганцем и углеродом [98].
Описанные методы позволяют повысить твердость и износостойкость в 1,5...2 раза. Однако методы ВГО и вакуумной термообработки являются технологически сложными и дорогостоящими.
Результаты анализа выше рассмотренных методов упрочнения сердечников крестовин и их характеристик сведены в таблицу 1.3.
Таблица 1.3
Методы Прочностные характеристики Характеристики пластичности Твер дость пов. слоя Ударная вязкость, кси МДж/м2 Глубина упрочнения Ь, мм
МПа СГт, МПа 5, % ч/, % НВ
Термомеханическая обработка 980.. 1000 500... 530 25...27 30..33 320... 330 2,37... 2,70 _
Взрыв 1080 600... 650 26 20 380... 450 1,8-2,0 6...7
Накатка 830.. 1090 350... 450 45...60 35... 50 480... 500 2,0...2,2 3...5
Легирование 960.. 1000 380... 440 20...25 22...28 350... 420 2,8..3,0 -
ЭГУ 700.. .800 425... 450 14...18 17..20 420... 500 1,6...1,8 3...4
Динамический наклеп 1000. .1200 430... 550 30...45 40..50 550... 600 2,2...2,4 4.5
Высокотемпературная газостатическая обработка. 860.. .880 400... 420 15...18 15...20 320... 350 2.0...2.3 -
Вакуумная термообработка 700.. .750 510... 530 18...22 20..25 320... 350 1,46... 1,47 -
Анализ данных таблицы 1.3 показывает, что максимальную твердость обеспечивают такие методы обработки как динамический наклеп, ковка (НВ 500...600). Наибольшей глубины упрочнения удается достичь методом взрыва (6...7 мм), повысить прочностные характеристики на 30. .35% позволяют упрочнение взрывом и динамический наклеп. Однако не выявлено такого метода упрочнения, который оптимально сочетал бы необходимые показатели эффективности упрочнения: твердость поверхностного слоя, глубину упрочнения, микроструктуру и физико-механический характеристики.
1.8 Цели и задачи исследования
Исходя из вышеприведенного обзора проблема поиска новых методов упрочнения сердечников крестовин стрелочных переводов является актуальной. Предлагается рассмотреть упрочнение поверхности сердечников с помощью статико-импульсной обработки. Применение этого метода при минимальных затратах позволяет повысить усталостную прочность, износостойкость, контактную выносливость деталей и увеличить ресурс работы сердечников. Это достигается за счет улучшения физико-механических свойств материала деталей при изменении ее структуры и образовании остаточных напряжений сжатия. Упрочнение поверхности статико-импульсным методом предполагает значительное увеличение сопротивления переменным динамическим нагрузкам, повышение микротвердости и механических характеристик.
Применение стати ко-и м пул ьсного метода позволяет получить достаточно равномерное упрочнение, а также необходимую глубину упрочненного слоя. Это объясняется тем, что в результате статико-импульсной обработки поверхности сердечников крестовин происходят существенные изменения микроструктуры металла: интенсивное дроб-
ление зерен, блокирование их по плоскостям скольжения, а также наблюдается двойникование. Предлагаемый метод позволяет расширить возможности процесса упрочнения, формируя при этом новый, комбинированный способ упрочнения поверхности, назначение которого сочетание статики и динамики процесса упрочнения.
Целью исследования является повышение долговечности тяжело-нагруженных поверхностей сердечников крестовин стрелочных переводов статико-импульсной обработкой путем получения работоспособных структур.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи исследования:
- разработать установку для СИО тяжел он агружен н ых поверхностей СКСП;
- исследовать механизм СИО сердечников ППД;
- разработать математическую модель количественной оценки микроструктуры, образовавшейся в результате СИО ППД;
- исследовать влияние режимов нагружения на параметры работоспособных структур ППД сердечников при СИО;
- разработать технологические рекомендации по применению статико-импульсного упрочнения для производства сердечников крестовин стрелочных переводов.
Научная новизна:
- разработан, теоретически обоснован, исследован и внедрен в производство сердечников крестовин стрелочных переводов комбинированный способ упрочнения поверхности СИО;
- предложен механизм СИО;
- обоснован критерий работоспособности сердечников крестовин, характеризующейся микроструктурными изменениями в зависимости от режимов СИО;
аналитически определены усилия и энергия удара при СИО тяжелона-груженных поверхностей сердечников крестовин стрелочных переводов.
Практическая ценность и реализация работы. Работа выполнялась в соответствии с программой по фанту №2032/98 «Энерго- и ресурсосберегающие технологии статико-импульсного упрочнения» (НТП П.Т. 405 «Ресурсосберегающие технологии автомобильного и транспортного машиностроения»):
- разработан, теоретически обоснован и рекомендован к использованию в производстве метод статико-импульсной обработки ППД тяжел онагруженных поверхностей СКСП;
- разработана установка для СИО, технологические режимы и рекомендации, которые позволяют оптимизировать процесс СИО;
- достигнуто увеличение твердости СКСП, упрочненных СИО в 2 раза и глубины упрочнения до 8...9 мм;
- метод СИО внедрен в технологический процесс изготовления СКСП на АО «Муромский стрелочный завод».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Муромского института Владимирского государственного университета. (г. Муром, 1994...99 гг.), на научно-технической конференции «Сберегающие технологии» в г. Владимире в 1996 г., на Международном научно-техническом семинаре «Новые технологии - 96» в г. Казани, научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии в промышленности» в г. Одессе в 1996 г., научно-технической конференции в г. Киеве «Технологическое обеспечение работоспособности деталей машин, механизмов и инструмента» в 1997г., молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» в г. Москве в 1997,1998, 1999 годах, VI Международного симпозиума «Теория реальных передач зацеплением»
в г. Кургане в 1997 г., IV Международной научно-технической конференции «Перспективные направления машиностроения» в г. Пензе 1998 г., в научной конференции «Современные проблемы механики и прикладной математики» в г. Воронеже в 1998 г., III Международной научно-технической конференции «Проблемы повышения качества промышленной продукции», в г. Брянске в 1998 г., в научно-технической конференции «Управление в технических системах» в г. Коврове в 1998 г.
ВЫВОДЫ.
1. Выявлено, что комбинированным методам упрочнения исследователями уделено недостаточно внимания. Проблема поиска решения этой задачи является актуальной.
2. На основе анализа существующих методов упрочнения установлено, что одним из перспективных направлений повышения прочностных характеристик и износостойкости ВМС является регулирование образования макрозерна.
3. Выявлено, что наиболее эффективными методами являются упрочнение взрывом и динамический наклеп. Они обеспечивают достаточные прочностные характеристики, а также твердость и износостойкость поверхностного слоя. Но эти методы не позволяют получить требуемую глубину упрочненного слоя и являются достаточно дорогостоящими.
4. Установлена перспективность использования СИО для упрочнения тяжелонагруженных поверхностей крестовин стрелочных переводов.
2. МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА УПРОЧНЕНИЯ СЕРДЕЧНИКОВ КРЕСТОВИН СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ
2.1 Условия проведения исследований
Цель испытаний: получение работоспособных структур путем упрочнения образцов из стали 110Г1ЗЛ статико-импульсной обработкой.
Задачи исследований определяют комплекс работ по изучению ста-тико-импульсного упрочнения поверхности ВМС. Поэтому необходимо оценить влияния технологии и режимов СИО на степень упрочнения деталей. Технологическими факторами статико-импульсной обработки являются: энергия, сила и продолжительность удара, предварительная статическая нагрузка, форма и размеры инструмента, частота ударных импульсов, подача и скорость обработки.
Исследование процесса упрочнения ВМС статико-импульсной обработкой проводилось по следующим параметрам: микроструктура, износостойкость, микротвердость, механические характеристики.
Исследования микроструктуры выполнялись на микрошлифах по стандартной методике в соответствии с ГОСТ 5639-82. Шлифование и полирование поверхности образца производилось на двухшпиндельном шлифовально-полировальном станке согласно инструкции. Перед травлением поверхность микрошлифа обезжиривали. Для исследования микроструктуры образцов применяли металлографический микроскоп ММР-4 с увеличением равным 100.
Используя фотографии микрошлифов, исследовались количество, размеры и характер неметаллических включений, средний размер зерна и процентное распределение величин зерен по сечениям. При этом подсчи-
ты вал ось количество зерен на единице поверхности шлифа (1 мм2), а так же среднюю площадь и средний диаметр зерна. Подсчет зерен производился по микрофотографиям, в которых поле зрения ограничивает окружностью диаметром 79,8 мм, что соответствует 0,5 мм2 поверхности шлифа при увеличении 100. Исследования проводились при различных режимах статико-импульсной обработки.
При этом общее количество зерен (п10о) определяли по формуле:
Пюо=П1+У' (2-1)
где П! - число зерен, попавших внутрь этой фигуры;
п2 - число зерен пересеченных ее границами.
Количество зерен т приходящееся на 1 мм площади шлифа подсчи-тывалось:
т = 2-п100, (2.2)
Средняя площадь сечения зерна (а) и средний диаметр зерна (с!т) определялись:
а = -, (2.3)
т
«»-¿г (г4)
Сравнивая полученные значения т, а и с$т со стандартными значениями соответствующих параметров по ГОСТ 5639-82, определяем номер зерна данной структуры по десятибалльной шкале.
Исследованию износостойкости подвергались образцы призматической формы, размерами 5 X 5 X 15мм из высокомарганцовистой стали 110Г1ЗЛ, упрочненные стати ко- и м п ул ьсн ы м методом. Эти образцы являлись неподвижными при испытании на изнашивание. Торец призмы являлся поверхностью трения. Такая рабочая поверхность образца-призмы не изменяет свои размеры по мере изнашивания и, следовательно, сохраня-
ет давление от внешнего усилия постоянно в процессе испытания. Закрепление образца-призмы в держателе осуществлялось на противоположном конце призмы. Подвижные образцы (ролики) изготовлялись из бандажной стали и имели следующие размеры: диаметр 32мм, толщина 10мм. Ролики подвергались закалке. Твердость составляла 420 НВ.
Задачей исследования являлась оценка износостойкости образцов. Износ образцов оценивался двумя методами: взвешиванием (определением убыли веса) и определением уменьшения высоты. Весовая оценка проводилась с помощью аналитических весов 1 класса типа ВА-200 с точностью 0,0001. Исходный вес неподвижных образцов не превышал 3 граммов. Изменение высоты образца производилось штангенциркулем с точностью измерения до 0.05 мм по дну лунки на торце, образованной изнашиванием.
Испытания на экспериментальной установке производились при нагрузке на образец 0,5 кН. К вращающемуся ролику прижимался образец с указанной силой, и производилась его приработка. Интервал, через который выполнялись замеры изменения длины и веса образцов, составлял 30 минут. Общее время испытания каждого образца - 16 часов.
Исследование микротвердости проводились на микротвердомере ПМТ-3 по стандартной методике ГОСТ 2999-69.
Испытания на растяжение, с целью определения механических характеристик, проводились на образцах из стали 110Г1ЗЛ упрочненных СИО согласно ГОСТ 1497-. В качестве испытательной машины применялась разрывная машина типа УМ-5. В результате определяем временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Испытание на ударную вязкость проводили при комнатной температуре по ГОСТ 9454-78 на маятниковом копре с максимальной энергией удара 294 Дж.
2.2 Техническое обеспечение экспериментальных исследований
Проведение исследований образцов из стали 110Г13Л, упрочненных СИО, проходило в два этапа: на лабораторном уровне и производственном. На первом этапе исследований образцы, изготовленные из ВМС, упрочнялись СИО с помощью лабораторной экспериментальной установки, разработанной коллективом сотрудников Муромского института Владимирского государственного университета [91].
Установка для статико-импульсного упрочнения (рис 2.1) содержит волновод 1, с жестко закрепленным на конце инструментом 2, и боек 3, которые свободно перемещаются по направляющим 4, закрепленным на раме 5 и плите 6. Нагружаемый образец 7 расположен между плитой 6 и основанием 9, соединенным между собой болтами 10. На волноводе 1 размещена пружина 11, нагружаемая упором 12 соединенным со втулками 13 и смонтированными на стойках рамы 5. Упор 14 имеет возможность перемещаться по стойкам рамы под действием усилия со стороны втулок 13 и гаек 14. Датчик 8, изолированный от внешнего влияния на регистрируемые волновые процессы прокладками 15, подсоединен к регистрирующему осциллографу с памятью 16. На стойках стенда закреплен микрометрический винт 17 с гайкой 18, на которой располагается фотодиод 19, соединенный через преобразующую электрическую схему 20 с осциллографом 16 на противоположной стойке на уровне фотодиода смонтирована электролампа с линзой 21. К бойку 3 присоединен флажок 22 из непрозрачного материала. при падении бойка 3 с закрепленным флажком, последний перекрывает световой луч от электрической лампочки 21 падающий на фотодиод 19, связанный через электрическую схему 20 с внешним запуском осциллографа 16. Фотодиод 19 срабатывает и подает сигнал на включение осциллографа 16, в следующий момент времени происходит удар
бойка 3, генерирующий импульс, который поступает в очаг деформации, отображается на экране.
Процесс упрочнения осуществляется следующим образом. Нагружаемый образец 7 устанавливается на основании 9. Волновод 1 по направляющим 4 подводится через отверстие в плите 6 к нагружаемому образцу 7. Боек 3 отводится от волновода 1 на необходимую для выбранной энергии удара высоту и после этого, разгоняясь под действием силы тяжести производит удар. Через волновод 1 и жестко закрепленный на его конце инструмент 2 энергия удара передается в очаг деформации нагружаемого образца 7. Предварительное статическое нагружение образца осуществляется гайками 7. При этом торцы гаек 14 давят на упор 12, который через пружину 11 воздействует на волновод 1. Величина сжатия предварительно тарировочной пружины 11 определяет величину предварительного статического нагружения (рис. 2.1). Установка дает возможность осуществления динамического нагружения ударными системами боек - волновод, непосредственно бойком и непосредственно инструментом. В конструкции экспериментального измерительного стенда предусмотрено устройство, позволяющее принудительно удерживать боек в контакте с волноводом (рис. 2.1) Диапазон изменения технологических факторов, влияние которых на процесс СИО может быть оценено на установке, представленной в таблице 2.1.
Машина трения МИ - 1М предназначена для оценки износостойкости стальных образцов. Вращение ролика осуществляется электродвигателем переменного тока через систему зубчатых передач. Рабочий вал машины, несущий ролик, установлены консольно на двух подшипниках качения в специальной опоре. Неподвижный образец закрепляется в специальном держателе на шарнирно установленной каретке и располагается сверху относительно ролика. Максимальная нагрузка - 2 кН.
Рис. 2.1. Схема лабораторной установки для упрочнения образцов из стали 110Г13Л СИО.
Таблица 2.1
№ Фактор Размерность Диапазон величины
1 Энергия удара Дж До 18
2 Динамическая нагрузка Н До 4.3-105
3 Длительность импульса с .. 10'3
4 Скорость удара м/с До 5.4
5 Величина предварительной статической нагрузки Н До 1200
6 Размеры инструмента (стержневой ролик с!/Ь): мм 10...30/15...40
На гружен ие трущихся образцов осуществляется сжатием силовой пружины с помощью передачи «винт-гайка». Винт расположен вдоль оси пружины и опирается о каретку с неподвижным образцом. Гайка посредством скобы подпирает пружину снизу, верхний конец пружины упирается в станину. Тарировка нагружающего устройства производилась с использованием специальных устройств и динамометра по соответствующей методике. При этом сжатие пружины, следовательно величина нагрузки, регистрируется по шкале нагрузки.
Станок шлифовально-полировальный двухшпиндельный многопозиционный для шлифов модели ЗЕ881М предназначен для подготовки шлифов твердых и мягких металлов к микроскопическому исследованию.
Для оценки микротвердости использовался микротвердомер ПМТ-3 и твердомер Виккерса.
При испытаниях использовалась измерительно-регистрирующая аппаратура, состоящая из тензоусилителя ТОПАЗ 3-01, осицилографа С-143, электронно-лучевого осциллографа С 8-13, тензометрических датчиков давления типа ТДД, реостатных датчиков перемещения, индуктивного датчика скорости, штангенциркуля, секундомера.
2.3, Методика планирования эксперимента и обработки данных
Оптимизация количественных характеристик микроструктуры поверхностного слоя образцов из стали 110Г13Л упрочненных СИО предполагает построение функциональных зависимостей входных характеристик от факторов эксперимента:
У = Р(х), (2.5)
где У - оценка микроструктурных характеристик;
х - вектор технологических факторов.
В работе выполнялось регрессионное моделирование, так как аналитическую форму зависимости (2.5) получить не предоставляется возможным из-за многофакторности процесса СИО. Функция (2.5) представлена в
виде полинома второго порядка:
л т т
У^О-ПхЬХЕ^Х:, (2-6)
¡=о \=\
где 0 - вектор неизвестных параметров регрессионной модели;
х - вектор факторов количественных характеристик микроструктуры;
?(х) - вектор аргументов модели известных функций от факторов.
В качестве аргументов модели использованы аргументы полиномов первого и второго порядка. Дальнейшее повышение степени аргументов при исследовании закономерностей изменения микроструктуры в процессе СИО является не эффективным.
При построении регрессивных моделей веда (2.6) использованы планы, близкие к Д-оптимальным для обеспечения наибольшей точности оценок параметров модели и точности прогноза выходной характеристики в качестве факторов [69, 95, 113]. Для использования информации, получаемой на этапе предварительных экспериментов проводилось на ЭВМ.
Значения факторов в плане определялось с учетом обеспечения реальных условий проектирования процесса. Оценка дисперсий воспроизводимости эксперимента определяются по следующей формуле:
(2-7)
где уу - значение выходной характеристики в ]-м опыте 1-й серии;
У} - среднее значение характеристик в 1-й серии;
п - число дублирующих опытов каждой серии;
N - число серий опытов.
В каждой точке факторного пространства проводилась серия опытов, при этом число опытов в серии выбиралось не менее трех. Проверка предпосылок регрессионного анализа проводилась путем исследования однородности дисперсий воспроизводимости опытов в различных точках факторного пространства и соответствия распределения каждой выходной характеристики определенному закону распределения в соответствии с рекомендациями, изложенными в работах [69, 95].
Построение регрессионной модели процесса СИО предполагает оценку 0 - параметров регрессионной модели и выбора ее аргументов, определяемых вектором 1{х):
6={РТР Г1(РТУ ), (2.8)
где Р
Г1(х1)Д2(х1),..1к(х1) ^(Х1)^2(х1),...(к(х1)
- матрица аргументов модели;
/1(х1)Д2(х1),..4(х1)_ О - вектор оценок параметров модели; у - вектор значений выходной характеристики;
к - число оцениваемых' параметров.
З2в {у} (РТ Р ) 1 - является дисперсионной матрицей оценок'параметров, Оценка дисперсий параметров определяется по диагональным элементам дисперсионной матрицы, а ее значимость - по критерию Стью-дента 1 [69]:
Iе ¡1
« = (2.9)
где ¡8(| - модуль значений 1-го параметра;
Б2 {0-г} -оценка дисперсий 1-го параметра.
Для подбора аргументов регрессионной модели использован шаговый метод. В модели вначале вводится аргумент наиболее коррелированный с выходной характеристикой процесса и оцениваются параметры модели. Затем поэтапно вводятся аргументы возможного набора с одновременной проверкой их значимости и удалением из модели незначимых аргументов. Информативность модели оценивается с помощью дисперсионного отношения:
Похожие диссертационные работы по специальности «Технология машиностроения», 05.02.08 шифр ВАК
Формирование структуры металлической основы легированных белых хромистых чугунов методами термической обработки2001 год, кандидат технических наук Пэлийн Лхагвадорж
Закономерности структурообразования при плазменной поверхностной обработке металлических изделий и разработка на этой основе ресурсосберегающих промышленных технологий2013 год, доктор технических наук Тюфтяев, Александр Семенович
Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием2005 год, доктор технических наук Соловьев, Дмитрий Львович
Ресурс основных элементов стрелочных переводов типов Р50 и Р65 марок 1/9 и 1/11 при обращении вагонов с нагрузкой от оси 250-300 КН2000 год, кандидат технических наук Петров, Алексей Юрьевич
Исследование и разработка порошковой проволоки циркониевого типа для наплавки деталей из марганцовистой стали2008 год, кандидат технических наук Романов, Игорь Олегович
Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Кокорева, Ольга Григорьевна
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Установлено, что эффективным способом повышения долговечности сердечников крестовин стрелочных переводов является упрочнение ППД в условиях комбинированной статико-импульсной обработки.
2. Разработана и испытана на производстве установка для ста-тико-импульсного упрочнения тяжелонагруженных поверхностей деталей, позволяющая оценить влияние технологических факторов СИО на характер их упрочнения.
3. Описан механизм статико-импульсного упрочнения и дана оценка энергетического состояния поверхностного слоя деталей.
4. Установлено влияние режимов СИО на характеристики качества поверхностного слоя.
5. Описан механизм микроструктурных изменений в результате статико-импульсного упрочнения, в основе которого лежит процесс двойникования и дробления зерен аустенита на более мелкие блоки.
6. Построена математическая модель, позволяющая на основе требуемой величины микротвердости и количественных характеристик микроструктуры, выбирать соответствующие режимы СИО, а также геометрию индентора.
7. Дана количественная оценка микроструктуры образцов упрочненных СИО, которая показала уменьшение размера зерна от 2.3 баллов до 4.5 баллов по шкале ГОСТ 5639-82.
8. Микроструктурные исследования подтвердили результаты испытаний по износостойкости, микротвердости и механическим характеристикам образцов из стали 110Г13Л, упрочненных СИО в производственных условиях.
9. Получена математическая модель характеристик микроструктуры стали 110ПЗЛ, которая позволила оценить значимость режимов стати ко-и м пул ьсного упрочнения.
10. Установлено, что у образцов из стали110Г13Л в результате СИО повысились характеристики прочности в 1,8.2,0 раза по сравнению с термообработанными образцами, что соответствует полуторо-кратному увеличению износостойкости.
11. Установлена связь глубины упрочнения с характеристиками качества поверхностного слоя. Глубина упрочнения составила 8.9 мм.
12. Разработаны технологические рекомендации по использованию стати ко-и м пул ьсной обработки для изготовления сердечников крестовин стрелочных переводов.
13. В результате заводских испытаний установлены технологические режимы упрочнения СИО, позволяющие повысить твердость поверхности в 2,0.2,3 раза и обеспечить повышенную твердость на глубине до 8 мм.
14. В результате сравнительного анализа технико-экономических показателей базового и нового варианта изготовления сердечников крестовин стрелочных переводов установлено, что достигается экономическая эффективность в объеме 14819 тыс. руб. в год.
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кокорева, Ольга Григорьевна, 1999 год
-135-Литература
1. Абросимов В.И. и др. Крестовины с припуском в наклеп // Путь и путевое хозяйство. -1978 г. №10
2. Александров В.М., Ромалис Б.Л. Контактные задачи в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1986. -170 с.
3. Алимов О.Д.; Манжосов В.К.; Еремьянц В.Э. Удар распространения волн деформаций в ударных системах. - М.. Наука, 1985. - 384 с.
4. Альбрехт В.Г. Совершенствование конструкций, параметров качества стрелочных переводов. - М.: Транспорт 1973. - 205 с.
5. Альбрехт В.Г., Золотарский А.Ф. Современные конструкции верхнего строения железнодорожного пути. - М." Транспорт", 1975 . - 94 с.
6. Амелин C.B.; Даниленко Э.И. Конструирование железнодорожных цельнолитых крестовин с учетом прочности. // Вестник ВНИИЖТ №7, 1986. - с. 26-27.
7. Амелин C.B.; Даниленко Э.И.; Прохин Е.И. Сталь повышенной прочности для железнодорожных крестовин. /7 Вестник ВНИИЖТ №3, 1979. - с. 34-35.
8. Амелин C.B., Даниленко Э.И., Волошко Ю.Д. и др. Цельнолитая облегченная крестовина подвижной металлоемкости типа Р65 марки 1/11 для обычных эксплуатационных условий. // Межвузовский сборник научных трудов ДИИТ Исследование взаимодействия пути и подвижного состава. . - Днепропетровск, с.42-44.
9. Амелин C.B. Стрелочные переводы для высокоскоростной линии. // Путь и путевое хозяйство №1, 1993. - с. 12.
10. Балтер M .А. Упрочнение деталей машин. - М.: Машиностроение, 1978.- 172 с.
-13611. Батуев Г.С.и др. Инженерные методы исследования ударных процессов. - М.: Машиностроение 1974. -160 с.
12. Бернштейн М Л. Структура деформационных материалов. - М.: Машиностроение 1983. - 316 с.
13. Блурцян Р.Ш.; Селихов Г.Ф. Опыт высокотемпературной газостатической обработки отливок из высокомарганцовистой стали. // Литейное производство №6, 1996. - с.35-36.
14. Браславский В.М. Расчет глубины наклепа с учетом формы пластически деформированной поверхности. // Вестник машиностроения №4, 1977.-с. 62-66.
15. Бубнов В.А.; Багрецова H.A. Усталостная прочность сталей при упрочнение холодным пластическим деформированием. // Известие вузов №10, 1992.-с. 21-22.
16. Васильева А.Г. Деформационное упрочнение закаленных конструкционных сталей. - М.: Машиностроение, 1981. - 231 с.
17. Виноградов В.Н.; Сорокин Г.М.; Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. - М.: Машиностроение, 1982. - 254 с.
18. Власов В.И.; Путря H.H.; Комолова Е.Ф. Повышение работоспособности стрелочных переводов на участках скоростного движения // Вестник ВНИИЖТ №6, 1965. - с. 36-37.
17. Волошко Ю.Д.; Орловский А Н. Как работают стрелочные переводы под поездами. - М.: Транспорт, 1987,-112 с.
18.Глюзберг Б.Э. Исследование воздействия колес подвижного состава на крестовин стрелочных переводов. // Вестник ВНИИЖТ №2, 1977,-с. 37-39.
19.Гохфельд Д.А.; Сада ко в О.С. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторном нагружении. - М.: Машиностроение, 1984.-178 с.
-13720. Давыдов Н.Г., Ситнов В.В. Свойства, производство и применение высокомарганцовистой стали.-М.: Машиностроение, 1996.-232 е.:
ил.
21. Девяткин В.П.;.Бескровный Г.Г О возможности повышения эксплуатационной стойкости литых сердечников крестовин стрелочных переводов. // Вестник ВНИИЖТ №7, 1981. - с. 24-26.
22. Дрозд М.С; Матлин М.М. и др. Инженерные расчеты упругопластиче-ской контактной деформации. - М.: Машиностроение, 1986. - 235 с.
23. Дрозд М.С. и др. Расчет глубины распределения пластической деформации в зоне контакта. // Вестник машиностроения, №1, 1972. -с. 54-57.
24. Зубнов Е.Е.; Теспенко Т.С.; Соболенко Т.М. Исследование влияния исходной прочности стали Г13Л на ее свойства после упрочнения взрывом. // Вестник ВНИИЖТ №2, 1982. - с. 30-31.
25. Иванов В.В. Упрочнение деталей подвижного состава накаткой. - М.: Трансжелдориздат 1956. - 416 с.
26. Ионов В Н.;. Огибалов П.М Напряжение в телах при импульсивном нагружении. - М.: Машиностроение, 1975. - 346 с.
27. Испытание материалов. Справочник под ред. Блюменауэра X. Перевод с немецкого под ред. проф., д.т.н. М.Л.Бериштейна. - М.: Металлургия, 1979. - 251 с.
28. Каледин Б.А.; Чепа П.А. Повышение долговечности деталей поверхностным деформированием. - Минск: 1996. - 251 с.
29. Карашевич Ю.И.; Новожилов В.В. Теория пластичности, учитывающая остаточные микронапряжения. // АН СССРМТТ, №5, 1981. - с. 98-110.
-13830. Кац Р.З.; Заманская Ф.П.; Генце М.В.; Хорошко В.П.; Кашкина С.Г. Упрочнение стали Г13Л взрывом. // Вестник машиностроения, №3, 1966. - с.35-37.
31. Кац Р.З.; Михайлов М.С.; Царенко А.Р. Упрочняемость сердечников крестовин энергией контактного взрыва пластифицированных взрывчатых веществ. // Совершенствование конструкции, параметров и качества стрелочных переводов, М.: Транспорт, 1971. - с. 5657.
32. Кац Р.З. Перспективные методы повышения износостойкости железнодорожных крестовин // Вестник ВНИИЖТ №2 1967. - с.42-43.
33. Кокорева О.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка образцов из высокомарганцовистой стали. // Сберегающие технологии. Тез. докл. научн.-техн. конф. Владимир. 1996- С.
34. Кокорева О.Г., Лазуткин А.Г. Влияние статико-импульсного упрочнения сердечников крестовин стрелочных переводов на их эксплуатационные свойства. // Технологическое обеспечение работоспособности деталей машин, механизмов и инструмента: Материалы конф. - Киев 1997. - С.
35. Козлов А.Г.; Киричек A.B.; Щебров О.М.; Албагачиев А.Ю. Тепловой режим работы. // Сталь №5, 1994. - с. 18-19.
36. Колесников Ю.В. К вопросу о критериях поверхностного разрушения сталей при ударно-абразивном изнашивании. // Вестник машиностроения, №6, 1990. - с. 16-19.
37. Колесников Ю.В. Методика и установка для определения показателя роста деформации при контактном ударно-циклическом нагружении. // Заводская лаборатория, №11, 1987. - с. 82-84.
38. Колесников Ю.В.; Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. -М.: Наука, 1989, 224 с.
-13939. Кондратенко В.Г.к.т.н., доц.; Абдулаев Ф.С. асп.; Гаманкова U.E. инж. Исследование силовых параметров шталиговым вдавливанием. // Известие вузов, №7, 1979. - с. 36-37.
40. Корсаков B.C.; Олжабаев P.O. Исследование метода статико-импульсной клепки. // Известия вузов №5, 1981. - с. 56-57.
41. Крачельский И.В.; Добычин М.Н.; Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.
41. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. - М.: Машиностроение, 1980. -152 с.
42. Круп и н A.B.; Соловьев В.Я.; Шефтель Н.И.; Кобелев А. Г. Деформация металлов взрывом. - М.: Металлургия, 1975. - 416 с.
43. Крысанов Л.Г.; Титаренко М.И. Влияние средних статических осевых нагрузок вагонов на срок службы крестовин. // Вестник ВНИИЖТ №7, 1981. -с.28-29.
44. Кудрявцев И.В.; Минков Я.Л.; Дворникова Е.Э. Повышение прочности и долговечности крупных деталей машин поверхностным наклепом.-М.: Машиностроение, 1970. - 314 с.
45. Кудрявцев И.В.; Петушков Г.Е. Влияние кривизны поверхностей на глубину пластической деформации при упрочнении деталей поверхностным наклепом // Вестник машиностроения, №7, 1966. - с. 41 -43.
46. Кузьменко В.А. Новые схемы деформации твердых тел. - Киев: Нау-кова думка, 1973. - 200 с.
47. Кулагин И.Д, Тейтель A.M. Крестовины, упроченные методом науглероживания. // Путь и путевое хозяйство №2, 1994. - с. 6.
48. Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л., Кокорева О.Г. Математический аналог контактной площадки. // Научные достижения муромских ученых. -Владимир: ВлГУ, 1997 - с. 49-53.
49. Лазуткин AT., Лазуткин С.Л., Кокорева О.Г. Упрочнение поверхности сердечников крестовин стрелочных переводов стати ко-и м пул ьсным воздействием. // Новые технологии - 96: Тез. докл. меодунар. научн,-техн. семинара - Казань, 1996.- С.
50.Лазуткин А.Г., Лазуткин С.Л., Кокорева О.Г. Оценка процесса статико-импульсного упрочнения деталей машин. // Ресурсосберегающие технологии в промышленности Тез. докл. научн- техн. конф-Одесса, 1996. - С.
51. Лазуткин А.Г., Кокорева О.Г. Исследование силовых характеристик поверхности формообразования. // Материалы XXX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов Муромского филиала Владимирского государственного университета.- Владимир, 1996.- С.
52. Леванов Н.А.; Савицкий Ф.С. Исследование методов определения ударной твердости. // Заводская лаборатория, т.40, №9, 1974. - с. 31-35.
53. Лившиц Л.С Технология наплавки для повышения износостойкости и восстановление деталей машин. // Сварочное производство №1, 1991. -с.28-29.
54. Марганцовистая сталь. Перевод с английского Б .А. Белоуса, под редакцией д.т.н. М.Е. Блантера. - М.: Металлургиздат, 1959. - 94 с.
55. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979. - 293 с.
56. Маркочев В.М.; Житенев В.В.; Воробьев A.M. Расчетно-экспериментальное получение диаграммы нагрузка-деформация при ударных испытаниях. // Заводская лаборатория, т.45, №10, 1979.-с. 44-49.
57. Мастренко А.Л.; Дуб С.Н. "Прогнозирование износостойкости хрупких материалов по твердости и трещиностой кости. И Заводская лаборатория, №2, 1991. - с. 52-54.
58. Михалев М.С.; Балдина В.П. Влияние исходных свойств стали 110Г1ЗЛ на ее упрочнение наклепом. // Литейное производство №6, 1974. - с. 33-34.
59. Михайлова В.П.; Путря H.H. Эффективность улучшения качества металла крестовин. II Вестник ВНИИЖТ №3, 1984. - с. 21-22.
60. Некоторые вопросы усталостной прочности стали. Под ред. чл. АН УССР H.H. Давиденкова. - М.: Машгиз, 1953. - 214 с.
61. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.
62. Олейник Н.В. Поверхностное динамическое упрочнение деталей машин. - М.: Машиностроение, 1984. - 228 с.
63. Орленко Л.П. Поведение материалов при интенсивных динамических на грузках. - М.: Машиностроение, 1964. -160 с.
64. Основы современных методов расчета на прочность в машиностроении. т.1. Под ред. С.Д. Пономарева. - М.: Машиностроении, 1930.
65. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием.-М.: Машиностроение, 1978.-148 с.
66. Папшев Д.Д. Упрочнение деталей. - М.: Машиностроение, 1968.-325 с.
67. Патент №2098259. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. // А.Г. Лазуткин, A.B. Кири-чек, Д.Л. Соловьев. Бюл. №34, 1997.
68. Пиртон В.3.;.Морозов Е.М Механика упруго-пластического разрушения. - М.: Наука, 1985. - 504 с.
69. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Ю.П.Адлер и др. - М.: Наука, 1971. - 283 с.
70. Плотников Г.Н.; Шадров Н.Ш.; Красильникова Н И. Износостойкие стали для литых деталей дробильно-размольного оборудования. // Литейное производство №1, 1994. - с.47-48.
71. Погодин-Алексеев Г.И. Динамическая прочность и хрупкость металлов. - М.: Машиностроение, 1966. - 244 с.
72.Поляк М.С. Технология упрочнения. В 2т. - М.: Машиностроение, 1995.-Т.2.-688 с.
73.Путря H.H.; Глюзберг Б.Э.; Тейтель A.M.; Титаренко М.И. Изменение геометрических и динамика прочностных характеристик крестовин в процессе эксплуатации. // Вестник ВНИИЖТ №4,1980. - с. 36-37.
74. Путря H.H. Эксплуатационные свойства крестовин. Труды ЦНИИ МПС, вып. 431 ВНИИЖТ //Совершенствование конструкций, параметров и качества стрелочных переводов. // Под. общ. ред. к.т.н. H.H. Путри. Изд. «Транспорт», М.,1971.
75. Путря H.H. Улучшение условий эксплуатации крестовин. // Вестник машиностроение №6, 1964. - с. 48-50.
76. Радзинончик В.Ф. Скоростное пластическое деформирование металлов. - Харьков: изд. Харьковского университета, 1967. - 212 с.
77. Райнхарт Д.Ж.; Пирсон Д.Ж. Поведение металлов при импульсных нагрузках. - М.: Иностранная литература, 1958. - 296 с.
78. Райнхарт Д.Ж.; Пирсон Д.Ж. Взрывная обработка металлов. - М.: Мир, 1966. - 392 с.
79. Рахматулин Х.А.; Демьянов Ю.А. Прочность при интенсивных кратковременных нагрузках. - М.: Физматгиз 1961. - 400 с.
80. Рыбаков Л.М.; Меренкова РФ.; Ровинский Б.М. Электронно-микроскопическое и металлографическое исследования характера
структурных нарушений при циклической деформации. // Металлофизика, Киев, Наукова думка, 1985. - с. 54-63.
81. Рыжов Э.В.; Колесников Ю.В.; Суслов А.Г. Контактирование твердых тел при статических и динамических нагрузках. - Киев: Наукова думка, 1982.-172 с.
82. Рыковский Б.П.; Смирнов В.А.; Щетинин Г.М. Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом. - М.: Машиностроение, 1988.232 с.
83.Самарин Н.Я.; Кац Р.З.; Старцев В.А.; Дубов Н.Ф.; Царенко А.Г.; Петрова И.А. Низкофосфористая высокомарганцовистая сталь для железнодорожных крестовин. // Вестник ВНИИЖТ №1, 1981. - с.26-27
84. Серебряков В.И. Энергетическое состояние поверхностного слоя, упрочняемого динамическим методом ППД. // Известие вузов, №9, 1987. - с. 17-18.
85. Серова Л И. Внедрение ресурсосберегающих технологий в путевое хозяйство отечественных и зарубежных дорог. // Железнодорожный транспорт в Российской федерации, СНГ и за рубежом, №22, 1995. -с.37-38.
86. Сидоров A.A. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. - М.: Машиностроение, 1987. - 215 с.
87. Синявский А.Ф.; Тараско Д.И.; Челышев H.A. Влияние термической обработки на износостойкость и трещиностойкость стали. // Известие вузов, №2, 1989. - с. 102-106.
88. Смелянский В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования. - М.: Машмир, 1992. - 283 с.
89. Смирнов М.П.; Даниленко Э.И. О критериях оценки прочности цельнолитых крестовин. // Сборник научных трудов ЛИИЖТа Вопросы путевого хозяйства , вып. 722,1977. - 95 с.
90. Современные стрелочные переводы. Симон A.A., Путря H.H., Елса-ков H.H. М.: Транспорт, 1977. ~ 189 с.
91.Соловьев Д.Л. Обеспечение качества деталей машин упрочняющей статико-импульсной обработкой. Дис. ...к.т.н. - М., МАМИ, 1998 -156 с.
92.Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. - М.: Машиностроение, 1972. - 215 с.
93. Сорокин Г.М. Взаимосвязь износостойкости и механических свойств детали. // Вестник машиностроения, №11,1990. - с. 9-13.
94. Сорокин Г.М.; Колесников КЗ.В.; Ветчинов Н Е. Измерение скорости удара для оценки динамического изнашивания. // Заводская лаборатория, №7. 1985. - с. 81-82.
95. Спиридонов А.А, Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. -184с.
96. Справочник технолога-машиностроителя т.2. Под ред. А.Г. Косило-вой и Р.К.Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 485 с.
97. Статические методы на ЭВМ. /под ред. К. Энслейна, Э. Вилстона. Г.С. Уилора: пер. с англ.- М: Наука, 1986. -464 с.
98. Степанов Г.В. Упруго-пластическое деформирование материалов под действием импульсных нагрузок. - Киев: Наукова думка, 1979. -285с.
99. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. - М.: Машиностроение, 1987. - 284 с.
100. Технологические основы обеспечения качества машин., под ред. H.H.Колесникова. - М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.
101. Технология статико-импульсного упрочнения. А.Г. Лазуткин, A.B. Киричек, Д.Л. Соловьев, О.Г. Кокорева. // Новые материалы и технологии. Тез. докл. Рос. научн.-техн. конф. - М. МГАТУ: 1997. -с.17.
102. Титаренко М.И.; Гаврик И.Д. Восстановление стрелочных переводов. // Путь и путевое хозяйство №5, 1995. - с. 37-40.
103. Трефилов В.И.; Горная И.Д.; Моисеев В.М.; Печковский Э.И. Определение границ структурных состояний по кривым нагружения. // ДАН УССР, Сер.А, №5, 1980. - с. 83-86.
104. Упрочнение статико-импульсной обработкой. А.Г. Лазуткин, A.B. Киричек, С.Л. Лазуткин, Д.Л. Соловьев. // Новые материалы и технологии в машиностроении и приборостроении: Материалы научн.-техн. конф. - Пенза, 1996. - С. 26-31.
105. Ушаков Л.С. Научные основы разработки и создания ударно-скалывающих исполнительных органов горнопроходческих машин. -М.: Машиностроение, 1989. -196 с.
106. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е перераб. и доп. Часть первая Деформация и разрушение. М.: Машиностроение, 1974.-472 с.
107. Хворостухин Л А.; Шишкин C.B.; Ковалев И.П.; Ишмаков P.A. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. - М.: Машиностроение, 1988. - 256 с.
108. Хейфец С.Г. Аналитическое определение глубины наклепанного слоя при обкатке роликами стальных деталей. // Вестник машиностроение, №9, 1962. - с. 12-17.
109. Хричиков.В.В. Определение усилий деформации при упрочнении конструкций в поле упругих напряжений. // Известие вузов №12, 1991, с. 18-24.
110. Хурин Г.Л., Пашин Ю.Д. Термомеханическое упрочнение аустенит-ной стали 110Г13Л. // Вестник машиностроения №5, 1976. - с.32-33.
111. Чепа П.А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным деформированием. - М.: Наука и техника, 1981. -128 с.
112. Чепа П. А. Эксплуатационные свойства упрочненных деталей. -М.: Машиностроение, 1988. - 232 с.
113. Школьник Л.М; Шахов В.И. Технология и приспособления для упрочнения и отделки деталей накатыванием. - М.: Машиностроение, 1964. -184 с.
114. Шнейдер ЮТ. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. - М.: Машиностроение, 1982. - 248 с.
115. Энштейн Г.Н.; Кайбышев O.A. Высокоскоростная деформация и структура металлов. - М.: Металлургия, 1971. -198 с.
116. Ящерицин П.И., Махарский Е.И. Планирование эксперимента в машиностроении - Минск: Высшая школа, 1985. - 286 с.
Приложение 1 (акт внедрения)
«УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор АО «Муромский стрелочный завод» A.B. Ларкин
(подпись)
1999 г.
АКТ
производственных испытаний научно-исследовательской работы
А. И.
Научно -техническая комиссия в составе: главного технолога Батищева начальника ремонтно-механического цеха Голубкова С.А., начальника ОТК Кальскова В.И., начальника ЦЗЛ Харитоненко С. М., металловеда Соколовой Т. И., констатирует результаты металлографического контроля, исследований микроструктуры и механических свойств сердечников крестовины стрелочных переводов типа Р65 из стали 110Г13Л, упрочненных статико-импульсной обработкой (СИО) поверхностным пластическим деформированием в ремонтно-механическом цехе № 302 в количестве трех штук по технологии и с использованием устройства СИО, разработанными коллективом сотрудников Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета (ВлГУ) в составе: д. т. н., профессора Лазуткина А.Г., к. т. н., доцента Киричека A.B., к. т. н., доцента Лазуткина С.Л., старшего преподавателя Кокоревой О.Г., к.т.н., ассистента Соловьева Д.Л.
В результате проведенных исследований получены следующие основные результаты:
• измельчение зерна аустенита после СИО, по сравнению с исходным состоянием, составляет от 4,7 • 10"6 до 3,2 • 10"6 см, что соответствует от 2...3 баллов до 4...5 баллов по шкале ГОСТ 5639-82,
• уменьшение среднего диаметра зерна в результате упрочнения с 0,121 мм до 0,0925 мм;
• установлено, что результатом статико-импульсной обработки явилось наличие линии деформации, образование сдвигов и двойникование зерен;
• установлено увеличение твердости упрочненных СИО образцов в 2,3...2,5 раза;
• увеличение прочностных характеристик в 1,5... 1,8 раза и характеристик пластичности на 25...35 %
В результате повышения твердости, других механических свойств и улучшения микроструктуры ожидается двукратное повышение износостойкости сердечников, упрочненных СИО.
Решение о проведении исследований и достигнутые результаты оформлены приказом генерального директора АО «Муромский стрелочный завод» № : от
Представители АО «Муромский стрелочный завод»
главный технолог: БатищевА. И. начальник ремонтнр-механического Голубков С.А. ,
начальник ОТК: Кальсков В.И.
Представители МИ ВлГУ
начальник ЦЗЛ: Харитоненко С. М. Металловед: Соколова Т. И. (&
(ЫХ' Д.т.н., профессор Лазуткин А К.т.н, Лазуткин С.Л.Ф^ь-/ К.т.н., доцент КиричекА.В К.т.н. Соловьев Д.Л. ¿3?. Ст. преподаватель Кокбрева
;;> «УТВЕРЖДАЮ» Главный технолог АО "Мурб&ский стрелочный завод
1 / А* /¿'
"_А. И. Батищев
04 1999 г.
АКТ
Научно-технической комиссии о реализаций научных положений и выводов кандидатской диссертации КОКОРЕВОЙ Ольги Григорьевны
Комиссия в составе главного технолога Батищева А. И., начальника ЦЗЛ Хари-тоненко В.М., начальника тех. бюро Катина М.А., инженера первой категории Захарова A.M. АО "Муромский стрелочный завод" констатирует, что диссертационная работа Кокоревой О.Г. на тему "Повышение долговечности сердечников крестовин стрелочных переводов статико-импульсной обработкой" посвящена исследованию характеристик поверхностного слоя высокомарганцовистой стали: износостойкости, твердости, микроструктуры, механических характеристик, остаточных напряжений.
Автор разработал технологию и режимы упрочнения сердечников крестовин стрелочных переводов статико-импульсным методом.
Использование статико-импульсного упрочнения ВМС позволит повысить износостойкость и микротвердость в 2,3...2,5 раза, улучшить механические характеристики и добиться измельчения зерна микроструктуры по сравнению с исходным размером зерна аустенита от 2..3 баллюв до 4..5 баллов по ГОСТ 5639-82.
Председатель комиссии
главный технолог АО «Муромский стрелочный завод» ¿лГу&л/ А. И. Батищев
Начальник ЦЗЛ
Начальник тех. бюро
Инженер первой категории
о
В.М. Харитоненко
М.А. Катин
A.M. Захаров
«УТВЕРЖДАЮ» Прорек! С'р по учебной работе Муромского ичетигу?а (фымала) Владимирского госудаостренного университета
/
АКТ
об использовании результатов диссертационной работы О.Г. Кокоревой на тему «Повышение долговечности сердечников крестовин стрелочных переводов статико-импульсной обработкой»
в учебном процессе института.
Мы, нижеподписавшиеся, начальник учебного отдела Педя Т.Н., заведующий кафедрой «Инструментальное производство» профессор, д.т.н. Игнатов С.Н. и доценты кафедры «Инструментальное производство» к.т.н Широков Ю.Л., Лодыгина Н.Д. составили настоящий акт в том, что результаты диссертационной работы Кокоревой О.Г. использованы в учебном процессе кафедры «Инструментальное производство» при: § подготовке курса лекций по дисциплине « Материаловедение», которые читает доцент Широков Ю.Л.;
• постановке лабораторной работы «Исследование и сравнительный анализ микроструктуры термообработанных и упрочненных статико-импульсной обработкой образцов из стали 110Г13Л» на кафедре
«Инструментальное производство» в 1999 г.;
• постановке лабораторной работы «Оценка механических характеристик образцов при статико-импульсной обработке» на кафедре «Инструментальное производство» в 1999 г.
Начальник
Зав. кафедрой «ИП»
д.т.н., профессор
Учебного отдела
С.Н. Игнатов
Т.Н. Педя
Доцент кафедры «ИП»
Ю.Л. Широков
Доцент кафедры «ИП»
Н.Д. Лодыгина
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.