techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2022-12-1-41-53techusgu-63Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEПовышение эксплуатационных свойств хромомолибденованадиевой стали 30Х3МФ для автомобильных деталей нитроцементацией в активной средеImproving the Performance Properties of Chromium-Molybdenum- Vanadium steel 30X3MF for Automotive Parts by Nitrocementation in an Active Mediumhttps://orcid.org/0000-0003-4002-6785КолмыковВ. И.KolmykovV. I.

Колмыков Валерий Иванович, доктор  технических наук, профессор кафедры  технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Valery I. Kolmykov, Dr. of Sci. (Engineering), Professor of the Department of Materials Technology and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

kodan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0271-9073КостинР. Ю.KostinR. Y.

Костин Роман Юрьевич, аспирант кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Roman Y. Kostin, Post-Graduate Student  of the Department of Materials Technology and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

kostin004@gmail.comВоробьёвЮ. С.VorobyevYu. S.

Воробьев Юнис Сергеевич, магистрант кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Yunis S. Vorobyev, Undergraduate  of the Department of Materials Technology  and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

korolev37-31-72@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5494-534XКолмыковД. В.KolmykovD. V.

Колмыков Денис Валерьевич, кандидат  технических наук, доцент кафедры общетехнических дисциплин и безопасности жизнедеятельности

ул. Радищева 33, г. Курск 305000

Denis V. Kolmykov, Can. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of General Technical Disciplines and Life Safety

  Radishchev str. 33, Kursk 305000

kodan@mail.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian FederationКурский государственный университетРоссияKursk State UniversityRussian Federation2022280420231214153Copyright © Колмыков В.И., Костин Р.Ю., Воробьёв Ю.С., Колмыков Д.В., 20232023Колмыков В.И., Костин Р.Ю., Воробьёв Ю.С., Колмыков Д.В.Kolmykov V.I., Kostin R.Y., Vorobyev Y.S., Kolmykov D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/63

Целью исследования является изучение влияния нитроцементации хромомалибденованадиевой стали 30Х3МФ в высокоактивной пастообразной азотисто-углеродной среде на структуру, твердость и износостойкость поверхностных диффузионных слоев. 

Методы

Методы. Исследование нитроцементации проводили на образцах улучшаемой хромомолибденованадиевой стали 30Х3МФ (0,38% С; 2,7% Cr; 0,47% Mn; 0,27% Mo; 0,14% V). Нитроцементацию проводили в пастообразной среде, состоящей из аморфного углерода (газовой сажи ДГ 100) – 80% и железосинеродистого калия KuFe(CN)6 – 20%. Нитроцементацию проводили в шахтной лабораторной печи СШОЛ-10/11 с автоматической регулировкой температуры. Твердость образцов измеряли на твердомере ТК-2 (Роквелл), микротвердость – на микротвердомере ПМТ – 3. Для анализа использовали металлографический оптический микроскоп ПОЛИЛАБ МЛ-02, а также электронный сканирующий микроскоп QUANTA 3D 200i. Испытания на износостойкость нитроцементированных образцов стали 30Х3МФ проводили на стандартной машине трения СМЦ-2.

Результаты

Результаты. Приведены результаты экспериментального исследования нитроцементации стали 30Х3МФ в высокоактивной пастообразной среде на основе железосинеродистого калия и аморфной сажи на ее структуру и свойства. Показано, что нитроцементация способствует образованию в диффузионных слоях большого количества высокотвердых карбонитридов, обусловливающих значительное (в несколько раз) повышение износостойкости стали.

Заключение

Заключение. Предлагаемый метод нитроцементации, по нашему мнению, будет весьма эффективным для повышения долговечности деталей из улучшаемой стали 30Х3МФ и ей подобных, работающих при повышенных силовых нарузках в сочетании с абразивным изнашиванием.

Purpose of research to study the effect of nitrocementation of chromium-molybdenum-vanadium steel 30X3MF in a highly active paste-like nitrogen-carbon medium on the structure, hardness and wear resistance of surface diffusion layers.

Methods

Methods. The study of nitrocementation was carried out on samples of improved chromium-molybdenum-vanadium steel 30X3MF (0.38% C; 2.7% Cr; 0.47% Mn; 0.27% Mo; 0.14% V). Nitrocementation was carried out in a paste-like medium consisting of amorphous carbon (carbon black DG 100) - 80% and potassium ferrogenide KuFe(CN)6 – 20%. Nitrocementation was carried out in a shaft laboratory furnace SSHOL-10/11 with automatic temperature control. The hardness of the samples was measured on a TP-2 (Rockwell) hardness tester, microhardness was measured on a PMT-3 microhardness meter. A metallographic optical microscope POLYLAB ML-02 and an electronic scanning microscope QUANTA 3D 200i were used for the analysis. Wear resistance tests of 30X3MF nitrocemented steel samples were carried out on a standard SMC-2 friction machine.

Results

Results. The results of an experimental study of the nitrocementation of 30X3MF steel in a highly active paste-like medium based on potassium ferrocyanide and amorphous soot on its structure and properties are presented. It is shown that nitrocementation promotes the formation of a large number of high-hard carbonitrides in the diffusion layers, which cause a significant (several times) increase in the wear resistance of steel.

Conclusion

Conclusion. The proposed method of nitrocementation, in our opinion, will be very effective for increasing the durability of parts made of improved 30X3MF steel and the like, working at increased power loads in combination with abrasive wear.

хромомолибденованадиевая стальнитроцементацияазотистоуглеродная пастадиффузионный слойкарбонитридытвердостьизносостойкостьchromium-molybdenum-vanadium steelnitrocementationnitrogen-carbon pastediffusion layercarbonitrideshardnesswear resistanceReferencesКолмыков В. И., Чернявский Д. А., Колмыков Д. В. Исследование насыщающей способности пасты на основе железосинеродистого калия // Материалы и упрочняющие технологии – 2006: сборник материалов XIII Российской научно-технической конференции с международным участием / редкол.: В. Н. Гадалов [и др.]; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2006. Ч. 1. С. 146–154.Kolmykov V. I., Cherniavsky D. A., Kolmykov D. V. [Investigation of the saturating capacity of the paste based on relatoseroticos potassium]. Materialy i uprochnyayushchie tekhnologii – 2006. Sbornik materialov XIII Rossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Materials and hardening technology – 2006: collection of materials]; ed. by V. N. Gadalov. Kursk, Kursk St. Tech. Univ. Publ., 2006, pp. 146–154. (In Russ.)Разработка и исследование высокоактивной насыщающей среды для нитроцементации при низких и высоких температурах / В. И. Колмыков, Н. Д. Тутов, А. А. Никулин, Д. В. Колмыков // Материалы и упрочняющие технологии – 2008: сборник материалов XV Российской научно-технической конференции с международным участием / редкол.: В. Н. Гадалов [и др.]; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2008. С. 145–147.Kolmykov V. I., Tutov N. D., Nikulin A. A., Kolmykov D. V. [Development and investigation of a highly saturated environment for nitrocarburizing at low and high temperatures]. Materialy i uprochnyayushchie tekhnologii – 2008. Sbornik materialov XV Rossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Materials and hardening technologies – 2008. Collection of materials of the XV Russian Scientific and Technical Conference with international participation]; ed. by V. N. Gadalov. Kursk, Kursk St. Tech. Univ. Publ., 2008, pp. 145–147. (In Russ.)Арзамасов В. Б., Волчков А. Н., Головин В. А. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: Академия, 2011. 448 с.Arzamasov V. B., Volchkov A. N., Golovin V. A. Materialovedenie i tekhnologiya konstruktsionnykh materialov [Materials science and technology of structural materials]. Moscow, Academy Publ., 2011. 448 p.Патент 2501884 Рос. Федерация, МПК С23С 8/76. Способ нитроцементации деталей из штамповых сталей / Н. А. Костин, В. И. Колмыков, Е. В. Трусова, Д. В. Колмыков. № 2011149311/02; заявл. 02.12.2011; опубл. 20.12.2013, Бюл. № 35.Kostin N. A., Kolmykov V. I., Trusova E. V., Kolmykov D. V. Sposob nitrotsementatsii detalei iz shtampovykh stalei [Method of nitrocementation of stamped steel parts]. Patent RF, no. 2501884, 2013.Колмыков В. И., Росляков И. Н. Термодинамические условия образования поверхностных слоев при науглероживании хромомарганцевых сталей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 4. С. 3–5.Kolmykov V. I., Roslyakov I. N. Termodinamicheskie usloviya obrazovaniya poverkhnostnykh sloev pri nauglerozhivanii khromomargantsevykh stalei [Thermodynamic conditions of formation of surface layers during carburization of chromium-manganese steels]. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings, 2009, no. 4, pp. 3–5.Гурланд Дж. Разрушение композитов с дисперсными частицами в металлической матрице // Разрушение и усталость / под ред. Л. Браутмана. М.: Мир, 1978. С. 58–105.Gurland J. Razrushenie kompozitov s dispersnymi chastitsami v metallicheskoi matritse [Destruction of composites with dispersed particles in a metal matrix]. Razrushenie i ustalost' [Destruction and fatigue]; ed. by L. Brautman. Moscow, Mir Publ., 1978, pp. 58–105.Чернявский Д. А. Повышение эксплуатационных характеристик железных электролитических покрытий нитроцементацией: дис. … канд. техн. наук. Курск, 2007. 160 с.Chernyavsky D. A. Povyshenie ekspluatatsionnykh kharakteristik zheleznykh elektroliticheskikh pokrytii nitrotsementatsiei. Diss. kand. tekhn. nauk [Improving the performance characteristics of iron electrolytic coatings by nitrocementation. Cand. eng. sci. diss.]. Kursk, 2007. 160 p.Грашков С. А., Колмыков В. И. Повышение износостойкости стали ХВГ для деталей топливной аппаратуры дизелей методом нитроцементации // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 10, № 1. С. 43–56.Grashkov S. A., Kolmykov V. I. Povyshenie iznosostoikosti stali KhVG dlya detalei toplivnoi apparatury dizelei metodom nitrotsementatsii [Increasing the wear resistance of HVG steel for diesel fuel equipment parts by nitrocementation method]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology, 2020, vol. 10, no. 1, pp. 43–56.Карбидообразование в марганцовистых сталях при цементации / С. В. Пикалов, В. И. Колмыков, В. Г. Сальников, А. А. Кириченко // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. № 7. C. 37–40.Pikalov S. V., Kolmykov V. I., Salnikov V. G., Kirichenko A. A. Karbidoobrazovanie v margantsovistykh stalyakh pri tsementatsii [Carbide formation in manganese steels during cementation]. Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii [Procurement production in mechanical engineering], 2010, no. 7, pp. 37–40.Никулин А. А. Упрочнение высокохромистых сталей и покрытий химико-термической обработкой для повышения стойкости в условиях коррозионно-механического изнашивания: дис. ... канд. техн. наук. Курск, 2009. 149 с.Nikulin A. A. Uprochnenie vysokokhromistykh stalei i pokrytii khimiko-termicheskoi obrabotkoi dlya povysheniya stoikosti v usloviyakh korrozionno-mekhanicheskogo iznashivaniya. Diss. kand. tekhn. nauk [Hardening of high-chromium steels and coatings by chemical-thermal treatment to increase resistance under conditions of corrosion-mechanical wear. Cand. eng. sci. diss.]. Kursk, 2009. 149 p.Прженосил Б. Нитроцементация. М.: Машиностроение, 1969. 212 с.Przhenosil B. Nitrotsementatsiya [Nitrocementation]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1969. 212 p.Колмыков В. И., Зиборова Т. Н., Жосанов А. А. Повышение предела выносливости стали 42ХМФА для коленчатых валов автомобильных двигателей низкотемпературной цементацией // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2013. № 3. С. 12–15.Kolmykov V. I., Ziborova T. N., Zhosanov A. A. Povyshenie predela vynoslivosti stali 42KhMFA dlya kolenchatykh valov avtomobil'nykh dvigatelei nizkotemperaturnoi tsementatsiei [Increasing the endurance limit of 42KHMFA steel for crankshafts of automobile engines by low-temperature cementation]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology, 2013, no. 3, pp. 12–15.Применение нитроцементации для упрочнения деталей машин / В. В. Серебровский, В. И. Серебровский, Т. В. Алябьева, С. А. Богомолов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2012. № 2, ч. 2. С. 10–12.Serebrovsky V. V., Serebrovsky V. I., Alyabyeva T. V., Bogomolov S. A. Primenenie nitrotsementatsii dlya uprochneniya detalei mashin [Application of nitrocementation for hardening of machine parts]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika, informatika. Meditsinskoe priborostroenie. Proce- edings of the Southwest State University = Series: Management, Computer engineering, Computer science. Medical instrumentation, 2012, no 2, pt. 2, pp. 10–12.Vertakova Yu., Plotnikov V. Innovative and industrial development: specifics of interrelation // Економiчний часопис-XXI. 2016. Vol. 156, No. 1-2. P. 37–40.Vertakova Yu., Plotnikov V. Innovative and industrial development: specifics of interrelation. Ekonomichny chasopis-XXI, 2016, vol. 156, no. 1-2, pp. 37–40.Финишное плазменное упрочнение и восстановление деталей топливной аппаратуры / С. Н. Шарифуллин, П. А. Тополянский, С. А. Ермаков, А. П. Тополянский // Металлообработка. 2018. № 4. C. 28–39.Sharifullin S. N., Topolyansky P. A., Ermakov S. A., Topolyansky A. P. Finishnoe plazmennoe uprochnenie i vosstanovlenie detalei toplivnoi apparatury [Finishing plasma har- dening and restoration of fuel equipment parts]. Metalloobrabotka = Metalworking, 2018, no. 4, pp. 28–39.Прогнозирование абразивной износостойкости двухфазных структур в металлических композитах / В. И. Колмыков, В. В. Горожанкин, В. В. Бедин, Д. Н. Романенко // Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 5. C. 40–42.Kolmykov V. I., Gorozhankin V. V., Bedin V. V., Romanenko D. N. Prognozirovanie abrazivnoi iznosostoikosti dvukhfaznykh struktur v metallicheskikh kompozitakh [Prediction of abrasive wear resistance of two-phase structures in metal composites]. Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii = Procurement production in mechanical engineering, 2013, no. 5, pp. 40–42.Условия образования карбидосодержащих износостойких слоев при цементации сталей / В. И. Колмыков, Д. В. Колмыков, С. В. Воробьев, С. В. Пикалов // Материалы и упрочняющие технологии-2009: сборник материалов XVI Российской научнотехнической конференции с международным участием / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2009. C. 33–40.Kolmykov V. I., Kolmykov D. V., Vorobyov S. V., Pikalov S. V. [Conditions of formation of carbide-containing wear-resistant layers during cementation of steels]. Materialy i uprochnyayushchie tekhnologii-2009. Sbornik materialov XVI Rossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Materials and hardening technologies-2009. Collection of materials of the XVI Russian Scientific and Technical Conference with international participation]; ed. by V. N. Gadalov. Kursk, Kursk. St. Techn. Univ. Publ., 2009, pp. 33–40. (In Russ.)Серебровский В. Повышение износостойкости стальных деталей низкотемпературной нитроцементацией // Международный сельскохозяйственный журнал. 2008. № 2. С. 62a–64.Serebrovsky V. Povyshenie iznosostoikosti stal'nykh detalei nizkotemperaturnoi nitrotsementatsiei [Increasing the wear resistance of steel parts by low-temperature nitrocementation]. Mezhdunarodnyi sel'skokhozyaistvennyi zhurnal = International Agricultural Journal, 2008, no. 2, pp. 62a–64.Бедин В. В., Колмыков В. И. Об эффективности химико-термической обработки деталей машин, восстановленных наплавкой в среде защитных газов // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 6. С. 77–79.Bedin V. V., Kolmykov V. I. Ob effektivnosti khimiko-termicheskoi obrabotki detalei mashin, vosstanovlennykh naplavkoi v srede zashchitnykh gazov [The effectiveness of chemical-thermal processing machinery parts, restored welding in shielding gases]. Vestnik Kurskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii = Bulletin of the Kursk state agricultural Academy, 2011, no. 6, pp. 77–79.Колмыков В. И., Горожанкин В. В., Романенко Д. Н. Прогнозирование абразивной износостойкости двухфазных структур в металлических композитах // Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 5. С. 40–42.Kolmykov V. I., Gorozhankin V. V., Romanenko D. N. Prognozirovanie abrazivnoi iznosostoikosti dvukhfaznykh struktur v metallicheskikh kompozitakh [Prediction of abrasive wear resistance of two-phase structures in metal composites]. Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii = Blank production in mechanical engineering, 2013, no. 5, pp. 40–42.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.