Учредители
• Институт машиноведения им. А.А. Благонравова
Российской академии наук
• Московский государственный индустриальный университет
Издатель
Московский государственный индустриальный университет
Журнал зарегистрирован 30 декабря 2004 г. Федеральной службой
по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых
коммуникаций и охране культурного наследия
Свидетельство о регистрации ПИ ¹ ФС 77-19294
РЕДКОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Ганиев Р.Ф., академик РАН, директор Института машиноведения
им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
Скопинский Â.Í., ä.ò.í., ïðîô. (ÌÃÈÓ)
ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
Овчинников Â.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÔÃÓÏ «ÐÑÊ ÌÈû)
ЧЛЕНЫ РЕДКОЛЛЕГИИ
Алешин Í.Ï., академик ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Асташев Â.Ê., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Беляков Ã.Ï., ä.ý.í., ïðîô. (Êðàñíîÿðñê)
Бобровницкий Þ.È., ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Вайсберг Ë.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Горкунов Ý.Ñ., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Åêàòåðèíáóðã)
Григорян Â.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Дроздов Þ.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Индейцев Ä.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Колесников À.Ã., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Кошелев Î.Ñ., ä.ò.í., ïðîô. (Í. Íîâãîðîä)
Лунев À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Махутов Í.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Пановко Ã.ß., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Перминов Ì.Ä., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Петров À.Ï., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Полилов À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Поникаров Ñ.È., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Приходько Â.Ì., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Резчиков À.Ô., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàðàòîâ)
Рототаев Ä.À., ä.ò.í., ïðîô., àêàä. РАРАН (Ìîñêâà)
Теряев Å.Ä., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Федоров Ì.Ï., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Чаплыгин Þ.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Шляпин À.Ä., ä.ò.í, ïðîô. (Ìîñêâà)
Штриков Á.Ë., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàìàðà)
ВНИМАНИЮ ПОДПИСЧИКОВ!
Подписка на журнал
«Машиностроение и инженерное образование»
проводится в Издательстве МГИУ
Òåë.: (495) 620-39-92. Å-mail: mio@msiu.ru
Подписной индекс Роспечати 36942
© ГОУ ÌÃÈÓ, 2011
МАШИНОСТРОЕНИЕ
И ИНЖЕНЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
¹ 3`2011
Выходит 4 раза в год
В номере
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Å.Â. Òðóñîâà, Í.À. Костин
Износостойкость нитроцементованных наплавок
штамповых сталей ...................................................................2
À.Ñ. ßìíèêîâ, À.À. Ìàëèêîâ, À.Â. Сидоркин
Шевингование-прикатывание цилиндрических
колес с круговыми зубьями ......................................................8
МАШИНЫ И СИСТЕМЫ МАШИН
И.В. Кузнецов, В.И. Бажанов
Улучшение экологических показателей двигателя
внутреннего сгорания с каталитическим нейтрализатором ........ 13
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В.В. Овчинников, В.В. Алексеев,
Â.È. Ëóêèí, Â.Ñ. Ìàãíèòîâ, Ð.Í. Растопчин
Свойства и структура сварных соединений из сплава
Â-1963, выполненных электронно-лучевой сваркой ..................18
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАШИН И СИСТЕМ
А.М. Гуськов, Е.А. Коровайцева,
Ã.ß. Ïàíîâêî, À.Å. Шохин
Исследование влияния внешнего вибрационного
поля на динамику кварцевого генератора ................................ 26
В.Ю. Рудаков
Метод расчета геометрических параметров топливной струи
для открытых камер сгорания среднеоборотных дизелей .......... 33
О.А. Русанов
Нелинейный анализ оболочечных конструкций
на основе динамического подхода .......................................... 42
Â.Í. Скопинский, Í.À. Áåðêîâ, Í.Â. Вожова
Новый критерий определения предельной нагрузки
в сосудах давления с патрубками ............................................ 50
Â.Â. Ïîðîøèí, À.À. Àíîñîâà, Ä.Þ. Богомолов
Математическое моделирование течения сплошной
среды в прецизионных соединениях с учетом
микротопографии рабочих поверхностей ................................. 58
ПОДГОТОВКА И ПЕРЕПОДГОТОВКА СПЕЦИАЛИСТОВ
Ê.Ï. Àëåêñååâ, Î.Þ. Áåñïàëîâ,
À.Â. Êîøêèí, À.Ä. Шляпин
Сетевая система сопровождения повышения
квалификации кадров в области нанотехнологий ...................... 64
À.Õ. Õàéðè, À.Þ. Омаров
Равновесные процессы при получении водорода
взаимодействием алюминия с раствором щелочи .................... 70
Уважаемые читатели!
Журнал «Машиностроение и инженерное
образование» входит в Перечень ведущих
рецензируемых научных журналов и изданий,
в которых публикуются основные научные
результаты диссертаций на соискание ученых
степеней доктора или кандидата наук.
1
ISSN 1815-1051
Стр.1
Å.Â. Òðóñîâà, Í.À. Костин
УДК 669.539.43
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ НИТРОЦЕМЕНТОВАННЫХ
НАПЛАВОК ШТАМПОВЫХ СТАЛЕЙ
Å.Â. Òðóñîâà, Í.À. Костин
Статья посвящена исследованиям износостойкости наплавленных покрытий
образцов штамповых сталей после их нитроцементации в азотисто–
углеродной пасте. Экспериментальным путем установлена зависимость износа
нитроцементованных слоев наплавленных сталей при трении со смазкой,
в том числе со смазкой, загрязненной абразивными частицами, от температуры
нитроцементации. Приведены результаты металлографических исследований,
подтверждающие высокую износостойкость наплавленного материала образцов.
Ключевые слова: износостойкость, нитроцементация, наплавка, штамповые
стали.
Введение
Износостойкость является одной из основных
характеристик материалов для штампового
инструмента, от которой зависит долговечность
штампов и, в конечном счете, эффективность
штампового производства. Условия работы
большинства штампов для холодного деформирования
металла (высадочных, вытяжных,
гибочных и т.п.) характеризуются высокими
нагрузками на рабочие поверхности, а также
интенсивным трением при недостатке смазки
или наличии абразивных частиц в зоне соприкосновения
рабочих поверхностей штампов
с обрабатываемым материалом. В качестве
таких частиц могут выступать природные минералы
(главным образом кварц), либо частицы
износа – твердые (наклепанные) фрагменты разрушенных
поверхностных слоев металла [1].
Несмотря на то, что детали штампов изготавливают
из высокопрочных легированных
сталей и подвергают закалке на высокую твердость
(60–65 ÍRC), они довольно интенсивно
изнашиваются, что приводит к быстрому разрушению
штампов. Поскольку штампы являются
весьма дорогостоящими и сложными
инструментами, в подавляющем большинстве
случаев их восстанавливают путем наплавки
изношенных поверхностей специальными
электродами.
Для восстановления штампов, предназначенных
для холодного деформирования металла,
используются электроды, легированнные
2
Машиностроение и инженерное образование, 2011, ¹ 3
© Å.Â. Òðóñîâà, Í.À. Êîñòèí, 2011
в основном хром и марганцем марок ОЗШ, ЦШ
и ЦН [2]. Эти электроды имеют невысокую
стоимость, хорошие сварочно-технологические
свойства, однако ввиду низкой твердости наплавленного
металла (менее 50 НRC) не обеспечивают
необходимой стойкости восстановленных
штампов.
Для повышения твердости и износостойкости
наплавленных покрытий целесообразно провести
их химико-термическую обработку, в частности
нитроцементацию в азотисто-углеродной
пасте. Этот процесс очень удобен для ремонтного
производства, поскольку позволяет производить
местное упрочнение и не требует больших
финансовых, энергетических и временных
затрат. Для нитроцементации необходимо гораздо
меньше времени, чем для чистой цементации
или азотирования, а с использованием пасты этот
процесс может быть осуществлен на самом простом
термическом оборудовании при минимальном
расходе карбюризатора (обмазка толщиной
около 1,5 мм на упрочняемых поверхностях).
Целью данной работы является исследование
износостойкости нитроцементованных наплавок
штамповых сталей.
Материалы и методы
исследования
Испытание на износостойкость проводили
на машине СМЦ-2 по схеме «ролик–ролик».
В качестве образцов использовали ролики
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Стр.2
Износостойкость нитроцементованных наплавок штамповых сталей
(диски) размером ∅ 35Ч12 мм, имеющие на поверхности
наплавленные слои толщиной 0,5 мм
(после механической обработки). Как контртело
использовали ролик из твердого сплава ВК-6
размером ∅ 35×10 ìì.
– 40; аморфный углерод (газовая
сажа ÄÃ-100) – 60; пастообразователь – водный
раствор карбометилцеллюлозы (клей КМЦ).
Образцы по периферии покрывали пастой, высушивали,
упаковывали в герметичный контейнер
и помещали в печь, нагретую до температуры
700 ºС. После нитроцементации, которую
во всех случаях проводили в интервале температур
от 700 до 900 ºÑ в течение 3 ÷, образцы
охлаждались (закаливались) в масле и подвергались
низкому отпуску при температуре 180 ºС
в течение 2 ÷.
Образцы для исследования готовили путем
наплавки на основу из штамповой стали 7ХГ2ВМ
металлического слоя (покрытия) методом, наиболее
часто применяемым при восстановлении
изношенных штампов. Наплавку производили
электродами ОЗШ-1 и ЦН-4, имеющими разные
системы легирования. После наплавки образцы
подвергали механической обработке до получения
требуемого диаметра роликов. Химический
состав и твердость наплавленного металла в исходном
состоянии представлены в табл. 1.
Нитроцементацию образцов с наплавленными
покрытиями проводили в пасте следующего
состава (% мас.): железосинеродистый калий
Ê4
Fe(CN)6
Образцы с упрочненными покрытиями,
после очистки и легкой шлифовки поверхности
трения, испытывали на износ по следующей
методике. Образец устанавливался на основном
шпинделе машины и вращался с частотой
1000 ìèí–1
деле нагружающего устройства, настроенного
на частоту вращения 500 ìèí–1
, а контртело закреплялось на шпин.
Такая схема
настройки машины трения была принята для
получения высоких контактных нагрузок на поверхности
трения, которые имеют место в реальных
условиях эксплуатации штампов. Также
это обеспечивает достаточно большую составляющую
скольжения поверхности образца по
поверхности контртела [3].
Для смазки в испытаниях использовали индустриальное
масло È-12À (ÃÎÑÒ 20799–88).
В смазку объемом 1 л добавляли 50 г мелко
размолотого кварцевого песка (маршаллита)
с частицами размером до 15 мкм и тщательно
перемешивали для создания по возможности
однородной взвеси. Кроме того, масло с абразивными
частицами периодически перемешивалось
в течение всего времени испытаний.
Смазка подавалась в зону трения из капельницы
с периодичностью 2 мг/мин.
Нагрузка на трущиеся поверхности была
установлена 180 МПа, равная пределу текучести
малоуглеродистой стали 08 кп при ее
деформации штамповым инструментом, принятым
для исследования). Длительность испытания
составляла 2, 4 и 6 ÷. Износ образцов
определяли весовым методом.
Оценка интенсивности
изнашивания нитроцементованных
наплавленных покрытий
Интенсивность изнашивания нитроцементованных
слоев, наплавленных электродами обеих
марок, как видно из проведенного эксперимента
(табл. 2), во многом определяется температурой
нитроцементации. Это объясняется тем,
что температура определяет фазовый состав и
характеристики структуры нитроцементованных
слоев образцов.
Минимальное изнашивание поверхностных
слоев на наплавках обоих типов наблюдается
при температурах нитроцементации
700–750 ºС, повышение температуры нитроцементации
до 800 ºС и более вызывает заметный
рост интенсивности изнашивания, причем на
наплавке 30Г6 он более резкий, чем на наплавке
20ÕÃÑÌ.
Высокая износостойкость наплавленных покрытий,
нитроцементованных на первом этапе
Таблица 1
Химический состав (% мас.) и твердость металла, наплавленного электродами
электрода ССr
Марка
ÎÇØ–1
ÖÍ–4
0,17–
–0,19
0,31–
–0,33
0,98–
–1,21
–
Ìn
0,94–
–0,99
5,88–
–6,12
Si
1,05–
–1,22
0,27–
–0,31
Машиностроение и инженерное образование, 2011, ¹ 3
Мо
0,76–
–0,81
–
Сталь, соответствующая
наплавке
20ÕÃÑÌ
30Ã6
Твердость
HRC
после наплавки
34–40
42–48
3
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Стр.3