Повышение износостойкости гидроагрегатов деталей трактора

По мере развития техники вопросы повышения долговечности и надежности современных машин приобретают все большее значение.

В настоящее время имеются разнообразные эффективные способы повышения долговечности деталей машин, в частности, для защиты поверхности от коррозии и повышения износостойкости на конструкционных сталях, широко применяются различные виды гальванических покрытий.

Гальванические способы получения покрытия обладают существенными недостатками, связанными с экологической вредностью гальванических производств, высокой стоимостью применяемых цветных металлов и необходимостью значительных дополнительных затрат на очистку отходов производства.

В последние года получили распространение альтернативные процессы, позволяющие повысить коррозионную стойкость и износостойкость деталей, взамен гальванических способов получения покрытия. К таким процессам относится, например, совмещение процесса кратковременного газового азотирования с последующим окислением.

Однако, практически во всех опубликованных работах по окислению азотированного слоя указывается на положительное влияние оксидной пленки без объяснения природы ее образования, влияния технологических параметров оксидирования на структуру и фазовый состав как нитридного, так и оксидного слоя. Отсутствие достаточных данных о кинетике формирования оксидной пленки, изменениях, происходящих в нитридном слое при его оксидировании и о влиянии технологических параметров на фазовый состав, структуру и физико-механические свойства получаемых диффузионных покрытий сдерживали применение азотирования с последующим парооксидированием в промышленности.

Целью настоящей работы является повышение износостойкости деталей агрегатов гидросистемы трактора за счет нанесения нитридно-оксидных покрытий на рабочие поверхности.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• -    использование технологии азотирования с последующим паро-оксидированием (нитрооксидирования) для поверхностного упрочнения для деталей агрегатов гидросистемы трактора;

• -    изучение процессов, происходящих при оксидировании азотированного слоя в атмосфере перегретого водяного пара;

• -    установление структурных критериев качества диффузионных нитрид-оксидных покрытий для обработки изделий;

• -    математическое моделирование процессов, происходящих при оксидировании нитридного слоя, позволяющее прогнозировать состав, строение и свойства упрочняемых слоев и, тем самым, оптимизировать температурно-временные показатели процессов;

• -    изучение физико-механических свойств получаемых покрытий.

Для достижения цели нашего исследования провели испытания насосной установки на базе мотоблока «Тарпан» ТМЗ-МБ-07-01.

Испытания опытных образцов насосов проводились в три этапа:

• - лабораторно-полевые испытания эксприментальной насосной установки, которая поочередно комплектовалась опытными образцами насосов;

• - лабораторные ресурсные испытания опытных образцов насосов;

• - эксплуатационные коррозионные испытания опытных образцов насосов.

Испытания опытных и серийных насосов проводили на стенде ресурсных испытаний по методике, описанной в ТУ 23.1 «Насос водяной шестеренный НШ-32Ш».

В процессе испытаний были получены следующие результаты:

• 1.    Разработана и исследована двухступенчатая технология нитрооксидирования конструкционных сталей, заключающаяся в азотировании при температуре 570÷590°С с последующим оксидированием в парах воды при температуре 540÷560°С. Разработанный комбинированный технологический процесс химико-термической обработки предназначен для поверхностного упрочнения деталей, работающих на износ при малых контактных нагрузках и однов-ременно подвергающихся атмосферной коррозии, и рекомендован для замены традиционных экологически вредных гальванических способов получения покрытий.

• 2.    Исследована кинетика формирования диффузионных нитридоксидных покрытий. Показано, что при оксидировании нитридного слоя ниже эвтектоидной температуры для системы "Fe-0" (570°С) достигается стабильность процесса и лучшие свойства изделий при формировании на поверхности азотированного слоя сплошной оксидной пленки состоящий из Fe3О4, толщиной до 3мкм и низкоазотистого нитридного подслоя состоящей из εII и γI- фаз.

• 3.    Исследована микроструктура, морфология и фазовый состав нитрид-оксидных покрытий, полученных при одно- и двухступенчатых режимах нитридоксидирования.

  • 3.1.    Установлено, что при оксидировании нитридного слоя происходит процесс диссоциации поверхностной высокоазотистой ε- фазы с образованием на поверхности α-фазы, на которой образуются оксиды железа.

  • 3.2.    При оксидировании нитридных слоев в атмосфере водяного пара ниже эвтектоидной температуре 570°С на поверхности образуются оксидная пленка, состоящая из магнетита Fe3О4, выше 570°С в составе оксидной пленки появляются оксид FеО и Fe2O3.

  • 3.3.    Установлено, что наличие в составе оксидной пленки оксида FеО приводит к растрескиванию и отслаиванию оксидной пленки с поверхности нитрид-оксидного покрытия.

  • 3.4.    На основании данных рентгеноструктурного анализа получены сведения о новой низкоазотистой фазе, условно обозначенный     ε",

• 4.    Разработана математическая модель процесса диффузии азота при оксидировании нитридных слоев и получены аналитические зависимости     перераспределения     концентрации     азота     при

2.Чижикова Т.В.Стандартизация, сертификация и метрология. Основы взаимозаменяемости. -М.: КолосС, 2004 3.Елагина О.Ю. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин.- Брянск: БГТУ, 2010. -112 с.

образующихся при оксидировании нитридного слоя. Показано, что ε" - фаза имеет оксикарбонитридный характер и при одновременном диффузии кислорода из насыщающей атмосферы и углерода из матрицы.

нитрооксидировании, которые хорошо коррелируют с результатами эксперимента. На основании полученных данных по кинетике, фазовому составу нитрид-оксидных покрытий и анализа математической модели формирования слоя построены диаграммы преимущественных режимов нитрооксидирования