Повышение эксплуатационных свойств хромомолибденованадиевой стали 30Х3МФ для автомобильных деталей нитроцементацией в активной среде

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

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. 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. 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.

1. Колмыков 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.

2. 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.

3. Арзамасов В. Б., Волчков А. Н., Головин В. А. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: Академия, 2011. 448 с.

4. 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.

5. Колмыков В. И., Росляков И. Н. Термодинамические условия образования поверхностных слоев при науглероживании хромомарганцевых сталей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 4. С. 3–5.

6. Гурланд Дж. Разрушение композитов с дисперсными частицами в металлической матрице // Разрушение и усталость / под ред. Л. Браутмана. М.: Мир, 1978. С. 58–105.

7. Чернявский Д. А. Повышение эксплуатационных характеристик железных электролитических покрытий нитроцементацией: дис. … канд. техн. наук. Курск, 2007. 160 с.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Прженосил Б. Нитроцементация. М.: Машиностроение, 1969. 212 с.

12. 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.

13. 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.

14. Vertakova Yu., Plotnikov V. Innovative and industrial development: specifics of interrelation // Економiчний часопис-XXI. 2016. Vol. 156, No. 1-2. P. 37–40.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Серебровский В. Повышение износостойкости стальных деталей низкотемпературной нитроцементацией // Международный сельскохозяйственный журнал. 2008. № 2. С. 62a–64.

19. 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.

20. 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.