К вопросу о применении нитроцементации для поверхностного упрочнения деталей из стали 30ХГС

Цель исследования. Изучение элементного и фазового составов, а также микротвердости поверхности корпуса резца дорожной фрезы марки КЗТС А6/20, изготовленного из стали 30ХГС, с целью применения нитроцементации для его поверхностного упрочнения.
Методы. Для реализации поставленной цели использовались современные методы и оборудование. Применяя анализатор рентгеновского излучения, встроенный в растровый электронный микроскоп Quanta 600 FEG, были определены спектры рентгеновского излучения в определенных точках на поверхности образца. Фазовый состав образца определяли методом рентгеновской дифракции на дифрактометре Rigaku Ultima IV в определенном излучении с использованием щелей Соллера с помощью БД ICCD PDF-2 (2014). Описание дифракционных пиков осуществляли, используя суперпозицию функции Гаусса и функции Лоренца. Используя автоматическую систему анализа микротвердости DM-8 методом микроВиккерса, вдавливанием алмазных наконечников, провели исследование микротвердости образцов по поперечному шлифу.
Результаты. В результате исследования были получены: рентгенограмма элементного состава корпуса резца дорожной фрезы марки КЗТС А6/20, показывающая, что соотношение элементов соответствует составу легированной конструкционной стали 30ХГС; дифрактограмма, показывающая кристаллические фазы α-Fe и Fe2O3 с разными размерами кристаллитов, а также данные о положении и межплоскностные расстояния всех отражений. Определена микротвердость поверхности образца: HV0.01 = 437,6.
Заключение. Выполненное исследование позволит разработать рекомендации к практическому применению методов химико-термической обработки, посредством которых можно проводить поверхностное упрочнение деталей, изготовленных из стали 30ХГС, в частности корпуса резца дорожной фрезы.

1. Сергеев Н.Н., Ушаков М.В., Сергеев А.Н. Исследование коррозионной стойкости конструкционных легированных сталей в агрессивных средах // Известия Тульского государственного университета. Серия: Технические науки. 2019. № 3. С. 591–601.

2. Жигинас В.В. Износостойкость упрочненной стали 30ХГСА в условиях коррозионноактивных сред // Проблеми тертя та зношування. 2012. № 57. С. 117–138.

3. Муравьев В.И., Саблин П.А., Лончаков С.З. Влияние режимов термообработки и механообработки на свойства и качество поверхности среднелегированных сталей // Металлообработка. 2015. № 4 (88). С. 7–12.

4. Резец дорожной фрезы: патент 180771 Российская Федерация / Кисель Ю.Е., Гурьянов Г.В., Кубаткина О.В., Лаптева Н.А. № 2018106391; заявл. 20.02.2018; опубл. 22.06.2018, Бюл. № 18. 9 с.

5. Попов С.Н., Антонюк Д.А. Исследование влияния внешних условий изнашивания на износостойкость резцов дорожной фрезы // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. № 1. 2008. С. 25–29.

6. Исследование элементного состава компонентов резцов дорожной фрезы методом рентгенофлуоресцентного анализа / Л.П. Кузнецова, К.Ю. Кузнецов, В.И. Колмыков, Б.А. Семенихин // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. Т. 13, № 3. 2023. С. 44–60.

7. Validation of secondary fluorescence excitation in quantitative X-ray fluorescence analysis of thin alloy films / A. Wählisch, C. Streeck, P. Hönicke, B. Beckhoffa // J. Anal. At. Spectrom. 2020. Vol. 35. P. 1664–1670. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ja/d0ja00171f.

8. Попов С.Н., Антонюк Д.А. Методика производственных испытаний материалов резца дорожной фрезы в условиях изнашивания закрепленным абразивом // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2007. № 2. 155–162.

9. Попов С.Н., Антонюк Д.А. Оптимизация срока службы резцов дорожной фрезы на основе технологий предварительной и восстановительной износостойкой наплавки // Конструкционные функциональные материалы. № 1. 2007. С. 69–77.

10. Оценка экономической эффективности своевременной замены резцов дорожных фрез / С.П. Осипов, А.Н. Школьный, К.Б. Бида, А.В. Мальков // Механизация строительства. № 9 (843). 2014. С. 22–25.

11. Лошкарев Д.А., Колмыков В.И. Изучение влияния процесса нитроцементации на размеры зерна конструкционной стали // Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов: сборник научных статей 4-й Международной научно-практической конференции, посвященной памяти академика А.А. Байкова. Курск: Университетская книга, 2023. С. 89–92.

12. Состав для нитроцементации изделий из легированных сталей: патент 2314363 Российская Федерация / Тарасов А.Н., Шалагинов С.Л., Макарский В.А. № 2006126472/02; заявл. 20.07.2006; опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1. 8 с.

13. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей: патент 2586178 Российская Федерация / Костин Н.А., Колмыков В.И., Костин Н.Н., Колмыков Д.В. № 2015109207/02; заявл. 16.03.2015; опубл. 10.06.2016, Бюл. № 16. 5 с.

14. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей: патент 2592339 Российская Федерация / Костин Н.А., Колмыков В.И., Костин Н.Н. [и др.]. № 2015111054/02; заявл. 26.03.2015; опубл. 20.07.2016, Бюл. № 20. 6 с.

15. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей: патент 2600612 Российская Федерация / Костин Н.А., Колмыков В.И., Костин Н.Н. [и др.]. № 2015116958/02; заявл. 05.05.201; опубл. 27.10.2016, Бюл. № 30. 5 с.

16. Исследование особенностей формирования диффузионных слоёв при нитроцементации высокохромистых сталей в сажево-карбонатной среде / Д.В. Колмыков, Ю.С. Воробъёв, В.И. Колмыков, Е.В. Трусова // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т. 14, № 1. С. 30–45. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-1-30-45.

17. Об использовании нитроцементованной стали 30ХГТ для резцов дорожных фрез / В.И. Колмыков, Д.Н. Романенко, К.И. Абышев, С.П. Нефедьев, Р.Р. Дема // Современные проблемы сварочного производства: сборник научных трудов / под ред. М.А. Иванова, И.А. Ильина. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2016. С. 290–299

18. Рентгеноспектральный микроанализ электроискровых покрытий на основе вольфрамсодержащих электроэрозионных порошков / А.Ю. Алтухов, Е.В. Агеева, А.А. Горохов, А.С. Осьминина // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 3. С. 29–39. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2018-22-3-29-39.

19. Особенности применения методов рентгеноструктурного анализа в исследовании материалов / А.А. Ковалев, Л.А. Тищенко, В.Д. Шашурин, А.Л. Галиновский // Технология металлов. 2017. № 7. С. 2–11.

20. Перевай Т.А. Измерение микротвердости по сечению наплавленного слоя методом газопорошковой наплавки // Инженерный вестник Дона. 2022. № 11(95). С. 748–754.