Разработка структурного состояния азотированного слоя конструкционных сталей, ответственного за их износостойкость

Современные требования научно-технического прогресса в отношении создания конструкционных материалов с заданными гарантируемыми свойствами определяют направления развития как соответствующих теоретических представлений, так и методологии технологических разработок, обеспечивающих реализацию внутренних наносуби микроструктурных превращений и связанных с ними новых свойств.

В настоящее время повышение долговечности и надежности деталей машин, приборов и оборудования за счет современных методов модифицирования конструкционных материалов является одной из основных проблем современного машиностроения. Особое место в этой проблеме занимают узльг трения. Связано это с тем, что 85−90% машин не достигают требуемого ресурса по причине износа поверхностей сопряженных деталей. Затраты на ремонт и техническое обслуживание изделий машиностроения в несколько раз превышают их стоимость. Поэтому создание машин, не требующих капитальных ремонтов за весь срок их службы, по эффективности равноценно удвоению мощности машиностроительных заводов и увеличению выпуска металла на многие миллионы тонн в год.

Азотирование является одним из эффективных и распространенных способов поверхностного модифицирования, повышающих сопротивление изнашиванию разнообразных деталей машин. Поэтому оно нашло наиболее широкое применение в тех случаях, когда основной причиной разрушения сопряженных деталей является сила трения. В, станкостроительной промышленности азотируют шпиндели, ходовые винты, направляющие станков, зубчатые колеса, т. е. такие детали, для которых нецелесообразно применять другие виды поверхностного упрочнения, например, цементацию или нитроцементацию. В автотракторной промышленности азотируют детали топливной аппаратуры — плунжерные пары, форсунки распылителя, валики и другие трущиеся детали. В судостроительной и авиационной отраслях машиностроения, турбостроении азотирование широко применяется для крупногабаритных зубчатых колес, работающих при умеренных контактных напряжениях.

За четыре характерных периода развития азотирование продвинулось далеко вперед. Первые работы в период 1905;1940 годов связаны с именами Чижевского Н. П., Минкевича H.A., Прокошкина Д. А и др. Этому периоду соответствует начало разработок промышленных процессов азотирования. Классическое газовое азотирование получило интенсивное развитие в период 1940;1960 годы и связано с именами Лахтина Ю. М, Косолапова Г. Ф., Арзамасова Б. Н., Когана Я. Д., Минкевича А. Н. В период 1960;1980 годовразвивается низкотемпературная химико-термическая обработка (НХТО). В этот период появляются работы Герасимова С. А., Зинченко В. М., Супова A.B., Глущенко В. Н., Бабад-Захряпина A.A., Тихонова А. К. Начиная с 80-ых годов прошлого столетия получили развитие новые направления НХТО. Этот период работы над проблемой азотирования связан с именами Панайоти Т. А., Цырлина Э. С., Бутенко О. И., Сыропятова В. Я., Герасимова С. А., Кипарисова С.С.

В настоящее время разработаны новые, более совершенные, энергосберегающие, экологически чистые процессы, позволяющие улучшить качество диффузионного слоя, значительно ускорить процесс насыщения. Применение современных процессов азотирования для высоконагруженных деталей машин позволит значительно расширить область применения этого процесса и в более полной мере реализовать те преимущества, которыми обладают азотированные стали по сравнению с цементованными. Это прежде всего значительно меньшие деформации, более высокие износостойкость, сопротивляемость схватыванию, теплостойкость. Применение азотированных сталей для высоконагруженных зубчатых колес позволит отказаться от трудоемкой операции зубошлифования, являющейся неотъемлемой частью технологии изготовления цементованных зубчатых колес, и тем самым значительно снизить трудоемкость их изготовления.

В настоящее время> основным критерием высокой износостойкости азотированных сталей является* их высокая поверхностная твердость. Считается, что чем выше твердость азотированного слоя, тем выше его износостойкость. Это положение лежит в основе выбора химического состава сталей и режимов-их технологической обработки. В-действующих стандартах авиационной, судостроительной, станкостроительной и других отраслей машиностроения для распространенных азотируемых сталей, применяемых для. изготовления различных изнашивающихся сопряжений указаны режимы азотирования, обеспечивающие получение слоя с максимальной твердостью.

Несмотря на то, что в последнее время внесена определенная’ясность в механизм формирования структуры азотированного слоя, большинство отечественных и зарубежных исследователей, занимающихся изучением структуры азотированных сталей, связывают ее изменения, главным образом, с изменением твердости. Эти работы позволяют установить природу упрочнения, но вопросы влияния структуры на износостойкость остаются не затронутыми. С другой стороны, исследования износостойкости азотированных сталей, как правило, не учитывают структурные особенности азотированных сталей, что не позволяет сформулировать основные представления о влиянии структуры поверхностного слоя на износостойкость азотированной стали. Анализ работ, посвященных вопросам трения, и изнашивания азотированных конструкционных материалов, показывает, что не всегда следует стремиться к получению высокой твердости для обеспечения максимальной износостойкости, так как структура материала, отвечающая максимальной твердости и максимальной износостойкости, может быть разной.

Способность металлических материалов сопротивляться изнашиванию является структурно-чувствительной характеристикой. Механизм и кинетика формирования активных поверхностных слоев работающего на трение металла, характер диффузионных процессов и пластической деформации, особенности фазовых превращений являются факторами, существенно влияющими на установившийся уровень поверхностного разрушения при трении. Однако отсутствие сформированного материаловедческого подхода к триботехническим свойствам азотированных сталей (подхода, который на методологической основе позволяет рассматривать связь структуры приповерхностных микрообъемов, технологии ее получения и триботехнических характеристик сопряжений) влечет за собой отсутствие структурных критериев износостойкости азотированных сталей и не позволяет научно-обоснованно назначать технологию азотирования, обеспечивающую получение поверхностного слоя с заданными и гарантированными свойствами, которые в более полной мере реализуют внутренние резервы эффективного метода химико-термической обработки. Поэтому разработка структурных критериев износостойкости азотированных деталей, работающих в условиях трения и изнашивания, имеет большое научное и практическое значение. Применение научно-обоснованной технологии азотирования обеспечит повышение долговечности и надежности трущихся сопряжений и снизит себестоимость их обслуживания.

В данной работе впервые предпринята попытка разработки обобщенного параметра структуры и свойств поверхностного слоя азотированных сталей и сплавов с позиций их износостойкости. Этот параметр получен на базе экспериментальных исследований, позволивших выявить зависимости износостойкости азотированных конструкционных сталей от характеристик структурного состояния поверхностного слоя. Исследовано влияние разных легирующих элементов на структуру и износостойкость сплавов железа с ОЦК и ГЦК решетками при разных условиях испытаний при трении. Экспериментально рассмотрена связь эффекта деформационного упрочнения и износостойкости. С позиций дислокационной структуры рассмотрены особенности влияния структуры и твердости поверхностного азотированного слоя на износостойкость.

Установленные закономерности взаимосвязи структуры азотированного слоя и износостойкости экспериментально' проанализированы с позиций влияния на них основных технологических факторов: исходного размера зерна, обезуглероживания, условий нагрева при азотировании, температуры и способов азотирования.

Проведенные исследования и их обобщение с позиций оптимальной структуры материала поверхностного слоя триботехнического назначения, показали, что установленная зависимость характеристики поверхностного разрушения (относительной износостойкости) при трении азотированных сталей от разработанного обобщенного параметра структурного состояния зоны поверхностной пластической деформации при трении, учитывающего также исходное структурное состояние азотированного слоя, является инвариантной. Поэтому она может служить аналитико-экспериментальным инструментом для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии.

Цель данной работысостояла в выявлении структурных факторов азотированных сталей и разработке обобщенного критерия, ответственного за триботехнические характеристики узлов трения.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.

1. Изучить закономерности влияния нитридообразующих элементов на характеристики' структуры азотированных слоев, твердость и износостойкость сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками.

2. Изучить влияние термической-обработки перед азотированием, условий нагрева при диффузионном, насыщении, температуры и способов азотирования на взаимосвязь структуры и износостойкости сталей.

3. Разработать аналитическую зависимость, определяющую связь износостойкости конструкционных азотированных сталей и сплавов с параметрами структуры, твердостью азотированного слоя и структурой зоны трения.

4. Установление экспериментальных зависимостей триботехнических характеристик азотированной стали с оптимальными характеристиками структуры при трении в паре с промышленными сплавами для практических рекомендаций.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Экспериментальные результаты оценки влияния легирующих элементов азотируемых сталей и сплавов на характеристики структуры и свойств поверхностных слоев и выявленные наиболее значимые структурные критерии азотированных конструкционных сталей, ответственные за триботехнические характеристики диффузионного слоя.

2. Установленные закономерности5 влияния условий предварительной обработки и азотирования сталей и сплавов на характеристики структуры и триботехнические свойства поверхностных слоев.

3. Разработанный обобщенный параметр, определяющий взаимосвязь между характеристиками структурного состояния азотированного слоя и деформированной при трении поверхностной зоны, твердостью и относительной износостойкостью конструкционных азотированных сталей и сплавов.

4. Рекомендации по структурному состоянию поверхностного слоя азотированных сталей и технологическим условиям его реализации для повышения триботехнических характеристик конструкционных материалов.

Научную новизну работы составляют следующие положения.

1. Для< азотированных сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками экспериментально установлены основные характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении: размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки а-твердого раствора, значения физического уширения интерференционных линий азотированного твердого раствора и физическог уширения зоны деформации после трения, твердость азотированного слоя в исходном до трения состоянии и изменение ее значения в результате деформации при трении. Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены природой легирующих элементов, а характеристики твердости и износостойкости определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций при деформации в зависимости от степени когерентности нитридов и матрицы и размерных соотношений их решеток. Показано, что чем выше способность азотированных сталей и сплавов к деформационному упрочнению, тем выше их износостойкость при трении.

2. Установлено, что при изотермическом азотировании сталей с ферритной матрицей в отличие от применяемой технологии частицы, нитридов легирующих элементов достигают больших размеров, а плотность их распределения,' физическое уширение рентгеновских линий а-фазы и твердость азотированного слоя нижепри этом реализуется наибольшая износостойкость диффузионных слоев, непосредственно прилегающих к поверхности.

3. На основе установленных закономерностей изменения уровня поверхностного разрушения конструкционных легированных сталей при разных методиках триботехнических испытаний в зависимости от структурного состояния и свойств азотированных слоев разработан обобщенный параметр структуры и свойств поверхностного слоя, учитывающий характеристики азотированного слоя и зоны поверхностной пластической деформации притренгаги линейно связанный с относительной износостойкостью сталей.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем.

1. На основе данных сравнительных триботехнических испытаний по разным методикам сплавов с различнымиными типами кристаллических решеток матрицы сформулированы условия технологической обработки для достижения высокой износостойкости. В сплавах с ферритной основой максимальная износостойкость реализуется при образовании некогерентных частиц нитридов легирующих элементов (для стали 38Х2МЮА рекомендуется температура азотирования 620°С). Максимальная твердость соответствует образованию когерентных с матрицей частиц нитридов. Для аустенитных конструкционных сплавов, легированных №, Сг, А1, Тл, в диапазоне температур азотирования 500−660°С изменение твердости приводит к аналогичному изменению износостойкостимаксимум твердости и износостойкости соответствует температуре азотирования 540 °C.

2. Обоснована необходимость удаления обезуглероженного слоя перед азотированием деталей триботехнического назначения: в необезуглероженном поверхностном слое при азотировании формируются более крупные частицы нитридов легирующих элементов, что связано с увеличением доли гетерогенного механизма зарождения нитридов и приводит к в двукратному увеличениию износостойкости по сравнению с обезуглероженным азотированным поверхностным слоем.

3. С трибологической точки зрения сформулированы условия двухступенчатого азотирования стали 38Х2МЮА. Повышение температуры первой ступени от 520 до 560 °C при температуре второй ступени 620 °C вызывает уменьшение твердости слоя от 1100 до 800 НУ. Повышение температуры второй ступени от, 620 до 700 °C при температуре первой ступени 520 °C приводит к уменьшению твердости от 1100 до 650НУ. Износостойкость увеличивается при повышении температуры первой и второй ступени азотирования. Наиболее эффективным является повышение температуры второй ступени.

4. Разработанный обобщенный параметр структуры азотированного слоя, учитывающий характеристики диффузионной зоны и зоны поверхностной пластической деформации при трении и линейно связанный с относительной износостойкостью, рекомендован в качестве средства для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии.

5. Стендовыми испытаниями подтверждена эффективность применения обобщенного параметра структуры и свойств азотированных сталей для рационального подбора пар трения «азотированная сталь — промышленный сплав». Полученные совокупности триботехнических характеристик пар трения «азотированная сталь 38Х2МЮА — промышленный сплав» (бронзы, стали, чугун) использованы в базе данных по триботехническим характеристикам сопряжений технологического оборудования и рекомендованы для использования при конструировании узлов трения высокого качества.

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 научных работ.

Автор выражает искреннюю благодарность ведущему научному сотруднику института Машиноведения им. А. А. Благонравова РАН кандидату технических наук Лаптевой Валерии Григорьевне за помощь и консультации при проведении триботехнических испытаний и обсуждении их результатов, заведующему лабораторией, доктору технических наук Колмакову Алексею Георгиевичу и главному научному сотруднику, профессору, доктору технических наук Терентьеву Владимиру Федоровичу (Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН) за научно-организационную помощь и научные консультации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Проведено комплексное исследование структуры и свойств азотированных конструкционных сталей и сплавов, состоящее в выявлении с одной стороны характеристик процесса трения на макроскопическом уровне — коэффициента трения, уровня поверхностного разрушения при трении, критических и предельно допустимых давлений, задиростойкости — и с другой — на микроскопическом уровне, выявляющем характеристики зоны поверхностной пластической деформации, обеспечивающей макроскопические характеристики — размер нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, физическое уширение интерференционных линий на рентгенограмме деформированного при трении сплава, размер зоны сдвига при деформации, микродеформация кристаллической решетки, плотность дислокаций в поверхностном слое, твердость азотированного слоя. Такой подход к анализу трибосистемы позволяет сформулировать пути максимального использования потенциала традиционных азотированных промышленных сталей и повышения эксплуатационных характеристик изделий из них в условиях сложного напряженного состояния.

Диссертационная работа является завершенным научным исследованием, выполненным на актуальную тему — повышение триботехнических характеристик и долговечности изнашивающихся сопряжений машин и механизмов. В работе содержится решение важной научно-технической задачи — повышение работоспособности азотированных изделий за счет создания структуры, наиболее полно отвечающей сформулированным научно-практическим принципам износостойкости азотированных сталей и сплавов.

На основе выполнения аналитической, экспериментальной и теоретической частей работы сформулированы следующие основные результаты и выводы.

1. Проанализировано влияние структурных факторов на износостойкость металлических материалов. Показано, что в процессе трения в зоне деформации происходит трансформация исходной структуры в структуру трения, которая непосредственно контролирует триботехнические характеристики и, прежде всего, уровень поверхностного разрушения. Износостойкость является структурно-чувствительной характеристикой. Выявлен общий характер разрушения поверхностных слоев при трении качения и скольжения, связанный с универсальным механизмом усталостного разрушения. Разница заключается в том, что в условиях трения скольжения процессы зарождения и развития трещин происходят на значительно меньшем расстоянии от поверхности в отличие от пар, работающих в условиях трения качения.

2. Показано, что большей износостойкостью обладают гетерогенные структуры, для создания которых наиболее эффективным средством является химико-термическая обработка, в частности азотирование. Азотированные стали представляют собой градиентный материал, химический и фазовый состав которых изменяются в зависимости от расстояния от поверхности. В связи с этим каждому уровню изнашивания соответствует определенное структурное состояние. Для азотированных сталей с ферритной основой структура, соответствующая высокой твердости и высокой износостойкости, различна. Высокой износостойкостью обладают азотированные слои, в структуре которых присутствуют некогерентные дисперсные частицы нитридов легирующих элементов.

3. Выбор экспериментальных методик для изучения свойств азотированных сталей и сплавов был основан на использовании комплексного трибологического подхода к оценке качества модифицированных слоев. В основе трибологического подхода лежит совместное изучение микроскопических и макроскопических характеристик пары трения. Макроскопические критерии (износостойкость, коэффициент трения, предельно допустимое и критическое давление) отражают механизм контактного взаимодействия, связанный с деформацией и разрушением азотированного слоя, а микроскопические критерии (физическое уширение интерференционных линий, фазовый состав, размер нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки матрицы) выявляют физическое и структурное состояние поверхностного слоя, а в совокупности они определяют качество азотированного слоя с позиций трибологии.

4. Исследование сплавов на основе железа с ОЦК решеткой (Бе +4%Мо, Ре+4%Сг, Ре+4%А1), азотированных в диапазоне температур 540−700°С, 35ч, и сплавов на основе железа с ГЦК решеткой (Ре+29%№+4%Сг, Ре+29%№+4%А1, Ре+29%№+4%Т1, Ре+29%№+4%(Сг+А1+Т1)), азотированных в диапазоне температур 450−660°С, 80ч, показало разное влияние легирующих элементов, их сочетания и температуры азотирования на структуру и износостойкость.

Для двойных сплавов с ферритной матрицей, легированных Мо, Сг, А1 при минимальной температуре азотирования (540°С) наблюдается прямая корреляция между твердостью сплава, физическим уширением интерференционных линий матрицы и относительной износостойкостью: НУ = 5300, 7250, 9400 МПар (220) = 24, 27, 37 мрад- 8 = 1,2, 1,8, 2,2 соответственно.

5. При изменении концентрации легирующего элемента в диапазоне от 1 до 4% в сплаве Ре — Сг основное возрастание параметров Р (220) и НУ происходит при увеличении концентрации Сг до 1%, при этом износостойкость азотированного сплава монотонно растет во всем диапазоне увеличения концентрации хрома. Показано, что с увеличением концентрации хрома происходит рост размера нитридных частиц и нарушается когерентная связь с матрицей. Реализуется механизм упрочнения некогерентными частицами, при котором облегчаются условия для деформации, что находит выражение в повышении износостойкости. В сплавах с а-основой максимальная износостойкость реализуется при образовании некогерентных нитридных частиц легирующих элементовмаксимальная твердость соответствует образованию когерентных частиц нитридов.

6. Установлено, что при изменении температуры азотирования от 540 до 700 °C для модельных сплавов с а-матрицей имеет место более сложная зависимость между параметрами НУ, Р (22о) и е. Для сплавов с 1 и 4%Сг наблюдается монотонное уменьшение твердости и физического уширения интерференционных линий (220) при повышении температуры азотирования. Относительная износостойкость при этом изменяется по кривой с максимумом, который соответствует 620° и 660° и равен 2,5 и 3,0 для сплавов Ре+1%Сг и Ре+4%Сг соответственно. Результаты электронномикроскопических исследований показали, что при повышении температуры азотирования происходит увеличение размера частиц нитридов легирующих элементов и уменьшение плотности их распределения. Максимальная износостойкость наблюдается при формировании некогерентных частиц с размером порядка 10 нм и расстоянием между ними 10−15 нм.

Установлено влияние микродеформации кристаллической решетки а-твердого раствора на износостойкость азотированного слоя. Образование некогерентных частиц нитридов легирующих элементов снижает уровень микродеформаций, что способствует повышению износостойкости азотированной стали.

7. Испытания азотированных сталей 38Х2МЮА, ВКС-7 и модельных сплавов Ре-Сг показали, что, чем выше способность сплава к деформационному упрочнению, тем выше относительная износостойкость при трении.

Полученные закономерности влияния структуры азотированного слоя на износостойкость сохраняются при разных методах триботехнических испытаний, отличающихся схемой контакта трущихся образцов и их взаимным перемещением.

8. Исследование свойств азотированных сплавов на основе железа с ГЦК решеткой показало, что твердость НУ, физическое уширение интерференционной лини р (222)> относительная износостойкость е зависят от типа легирующего элемента при прочих равных условиях. Указанные параметры растут в последовательности: Бе-М, Ре-№-А1, Ре-№-Сг, Бе-М-Тл. Результаты электронномикроскопических исследований показали особенности формирования азотированного слоя в этих сплавах, связанные с формированием нестабильных зародышей нитридных фаз, когерентных матрице, изменения их состава и частичное нарушение когерентности по мере повышения температуры азотирования. Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены разной природой легирующих элементов, а характеристики механических свойств (твердости и износостойкости) определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций в зависимости от связи и соотношений решеток матрицы и нитридов. Максимальное упрочнение при азотировании исследуемых сплавов достигается на стадии, предшествующей образованию некогерентных частиц.

9. Параметры НУ, [3(222) >? комплекснолегированного аустенитного сплава Ре+29%№+4°/о (Сг-А1-гП) в зависимости от температуры азотирования изменяются по кривой с максимумом, который наблюдается при температуре 540 °C, при этом НУ = 8700 МПа, р (222) = 55 мрад, е = 2,0.

Для исследованных составов сплавов с у-основой установлено соответствие между физическим уширением интерференционных линий матрицы, твердостью азотированного слоя и относительной износостойкостью в диапазоне температур азотирования 500−660°С. Мероприятия, приводящие к увеличению твердости азотированного слоя аустенитных сталей, позволяют создавать более износостойкие поверхностные слои.

10. Для азотированных сплавов на основе железа с ОЦК и ГЦК решетками экспериментально установлены наиболее значимые характеристики структурного состояния и свойств поверхностных слоев, влияющих на уровень поверхностного разрушения при трении: размер частиц нитридов легирующих элементов, расстояние между ними, микродеформация кристаллической решетки твердых растворов, значения физического уширения интерференционных линий твердых растворов до трения и физического уширения интерференционных линий твердых растворов в зоне деформации после трения, твердость азотированного слоя в исходном до трения состоянии и изменение ее значения в результате деформации при трении. Стадии формирования структуры азотированного слоя обусловлены природой легирующих элементов, а характеристики твердости и износостойкости определяются особенностями дислокационной структуры и механизмов движения дислокаций при деформации в зависимости от степени когерентности нитридов и матрицы и размерных соотношений их решеток.

11. Экспериментально исследовано влияние основных технологических факторов на выявленные закономерности связи структуры и износостойкости азотированных сталей. Установлено, что уменьшение размера исходного зерна аустенита (от № 5−6 до № 12−13) стали ВКС-7 не влияет на твердость и общую толщину диффузионной зоны, но повышает относительную износостойкость от 3,2 до 3,7.

Показано, что при азотировании стали ВКС-7 с обезуглероженным поверхностным слоем размер нитридных частиц составляет 3−4 нм, в необезуглероженной стали — 15−20 нм. Больший размер частиц нитридов легирующих элементов в необезуглероженной стали связан с увеличением доли гетерогенного зарождения нитридов легирующих элементов, что приводит к увеличению ее относительной износостойкости более чем в два раза по сравнению со сталью, имеющей обезуглероженный до азотирования слой.

12. Показано влияние скорости нагрева в активной азотосодержащей газовой среде на структуру и износостойкость сталей. При ускоренном нагреве стали 38Х2МЮА (600°С за 0,5 ч) в среде аммиака размер частиц нитридов составляет 10−11 нм, при этом Р (220) = 19 мрад и 8 = 4. При более длительном нагреве (620°С за 3 ч) размер частиц в два раза меньше, Р (22о)= 42 мрад, в = 1,2.

13. Нагрев стали 38Х2МЮА до заданной температуры азотирования в нейтральной атмосфере (в чистом азоте) исключает образование нитридных частиц в процессе нагрева. После достижения заданной температуры азотирования (620°) и выдержки в активизированной среде в поверхностном слое образуются некогерентные частицы нитридов легирующих элементов размером 11−12 нм. При этом р (22о>= 19 мрад, е = 4−4,5.

Наибольшая износостойкость диффузионных слоев, прилегающих непосредственно к поверхности, может быть достигнута при изотермическом азотировании, которое исключает образование когерентных или полукогерентных выделений нитридов легирующих элементов в этих слоях.

14. При двухступенчатом азотировании стали 38Х2МЮА повышение температуры первой ступени от 520 до 560 °C при температуре второй ступени 620 °C приводит к уменьшению твердости слоя от 11 000 до 8000 HV. Повышение температуры второй ступени от 620 до 700 °C при температуре первой ступени 520 °C вызывает уменьшение твердости от 11 000 до 6500 HV. Износостойкость увеличивается при повышении температуры как первой, так и второй ступени азотирования. Наиболее эффективным с трибологической точки зрения является повышение температуры второй ступени азотирования.

15. На основе обобщения совокупности экспериментально установленных микроскопических и макроскопических характеристик пары трения, в состав которой входит азотированный образец конструкционной стали, разработан обобщенный параметр структуры поверхностного слоя Па, учитывающий характеристики азотированного слоя и зоны поверхностной пластической деформации при трении в виде: где К1 — коэффициент, учитывающий соотношение формы дислокационных петель и формы зернаДсШ — величина микродеформации кристаллической решетки матрицыс! н — размер частиц нитридов легирующих элементовЬ расстояние между нитридамиНо — твердость азотированного слоя до испытаний на трениек2. коэффициент пропорциональности в • 1 /1 экспериментальных зависимостях НВ = ?((АсЗ/с1)) — в — вектор БюргерсаАкоэффициент, зависящий от упругих свойств материала- (Зо и рпр исходное и предельное значения физического уширения интерференционных линий на рентгенограмме азотированного слоя до и после испытаний при трении соответственно. Разработанное соотношение рекомендуется для оптимизации технологического процесса азотирования с позиций трибологии.

16. Для выявления совокупности триботехнических характеристик пар трения «азотированная сталь 38Х2МЮА — промышленный сплав» (бронзы, стали, чугуны) проведены стендовые триботехнические испытания в условиях реверсивного трения скольжения. Установленные критерии износостойкости, стойкости к заеданию и фрикционности показали, что применение азотирования для повышения износостойкости, надежности и долговечности сопряжений имеет большие перспективы. Во всех исследованных парах азотированная сталь оказывается наиболее работоспособной. Стендовыми испытаниями подтверждена эффективность использования обобщенного параметра структуры и свойств азотированных сталей для рационального подбора материалов пар трения. Для обеспечения требуемой долговечности сопряжений, кроме оптимизации структурного состояния азотированного поверхностного слоя стали, необходим.

1.75 П экспериментально обоснованный выбор материала сопряженного образца. Полученные нами данные по триботехническим свойствам конструкционных материалов, работающих при разных нагрузках, переменных скоростях скольжения и разных условиях смазки, могут быть рекомендованы при конструировании узлов трения высокого качества.