|
DOI: 10.14489/hb.2014.11.pp.006-012
Тюфтяев А. С., Мордынский В. Б., Желобцов Е. А., Ильичев М. В.
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ 60Г НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ
(с. 6-12)
Аннотация. Рассмотрены особенности строения и формирования зоны термического влияния (ЗТВ) при плазменном поверхностном упрочнении колесной стали типа 60Г и определено влияние мощности нагрева и скорости перемещения плазмотрона на свойства и протяженность различных ее участков. Установлено, что в результате воздействия азотной плазменной струи на поверхность стали 60Г в упрочненном слое последовательно формируется спектр структур из нитридов, аустенита, фермообразного и пакетного мартенсита, троостомартенсита и троостосорбита, что способствует созданию плавной и глубокой переходной зоны от слоя к основному металлу. Для исследования и оценки роли структурного фактора в формировании свойств ЗТВ предложена оригинальная методика определения трибологических характеристик по глубине слоя. Приведены результаты сравнительных испытаний на износостойкость упрочненных слоев при оптимальных режимах обработки и различном легировании стали углеро-дом и хромом. С повышением содержания хрома от 0,01 до 0,5 % при одинаковом количестве углерода износостойкость основного металла Cr 0,01 % в два раза выше, чем с Cr 0,5 % при равной микротвердости. При более низкой микротвердости упрочненной зоны образца с Cr 0,01 %, чем у образца с Cr 0,5 %, интенсивности изнашивания сопоставимы, что объясняется бóльшим влиянием на износостойкость в этих условиях структурного состояния упрочненной стали с Cr 0,01 %, чем ее твердости. Результаты исследований позволили оптимизировать и скорректировать режим плазменной обработки, в частности, колесных пар локомотивов с повышенной твердостью бандажей и колес грузовых вагонов из легированной хромом стали.
Ключевые слова: колесная сталь; плазменное упрочнение; микроструктура; твердость; интенсивность изнашивания.
Tyuftyaev A. S., Mordynskiy V. B., Zhelobtsov E. A., Il’ichev M. V.
INFLUENCE OF SURFACE PLASMA HARDENING PARAMETERS FOR 60G STEEL ON THE TRIBOLOGICAL CHARACTERISTICS OF THE HARDENED LAYER
(pp. 6-12)
Abstract. Peculiarities of the structure and the formation of the zone of thermal influence (ZTI) during the surface plasma hardening of wheel steel 60G are investigated. The influence of heating power and plasmatron movement velocity on the properties and dimensions of different areas of treated layer is detected. It is ascertained, that due to the impact of nitrogen plasma jet over steel 60G surface in the hardened layer a spectrum of structures is successively formed, consisting of nitrides, austenite, needle-like and lath martensite, troostite martensite and troostite sorbite. As a result a smooth and deep transient zone appears between the layer and the bulk of metal. An original method of the determination of tribological properties along the depth of layer is proposed in order to study and evaluation of the role of the structural factor in the formation of ZTI properties. Results of comparative wear testing of hardened layers under optimal process regimes are presented for different alloying of the steel with carbon and cromium. An increase of chromium from 0,01 % up to 0,5 % under constant carbon content cuts twofold the wear resistance of the main metal leaving the micro-hardness unchanged. If the micro-hardness of the hardened layer over Cr 0,01 % specimen is low compared with Cr 0,5 % specimen, an intensity of wear is approximately the same, because in this case the wear resistance depends mainly on the structural state, not on the hardness. Results of the study allow to optimize and to tune the process of plasma treatment of, for example, locomotive wheels with elevated hardness of tyres and of freight stock wheels of chromium alloyed steel.
Keywords: Wheel steel; Plasma hardening; Microstructure; Hardness; Wear intensity.
А. С. Тюфтяев, В. Б. Мордынский, Е. А. Желобцов, М. В. Ильичев (Объединенный институт высоких температур РАН) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. S. Tyuftyaev, V. B. Mordynskiy, E. A. Zhelobtsov, M. V. Il'ichev (Joint Institute of High Temperatures) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Лужнов Ю. М. Сцепление колес с рельсами (природа и закономерности). М.: Интекст, 2003. 144 с.
2. Богданов В. М. Снижение интенсивности износа гребней колес и бокового износа рельсов // Железно-дорожный транспорт. 1992. № 12. С. 30 – 34.
3. Богданов В. М., Марков Д. П., Пенькова Г. И. Оптимизация триботехнических характеристик гребней колес подвижного состава // Вестник ВНИИЖТ. 1998. № 4. С. 3 – 9.
4. Харрис У. Дж., Захаров С. М., Ландгрен Дж., Эберсен В. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса; пер. с англ. М.: Интекст, 2002. 408 с.
5. Моделирование процессов контактирования, изнашивания и накопления повреждений в сопряжении колесо–рельс / Богданов В. М., Горячев А. П., Горяче-ва И. Г. и др. // Трение и износ. 1996. Т. 17, № 1. С. 12 – 19.
6. Исакаев Э. Х., Синкевич О. А., Тюфтяев А. С., Чиннов В. Ф. Исследование генератора низкотемпера-турной плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48, № 1. С. 105 – 134.
7. Плазменное поверхностное упрочнение / Л. К. Лещинский, С. С. Самотугин, И. И. Пирч и др. Киев: Технiка, 1990. 109 с.
8. Петров С. В., Сааков А. Г. Плазма продуктов сгорания в инженерии поверхности. Киев: Топас, 2000. 220 с.
9. Балановский А. Е. Плазменное поверхностное упрочнение металлов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 180 с.
10. Пат. 2152445 РФ. Устройство для плазменной обработки / Исакаев Э. Х., Тюфтяев А. С., Яблонский А. Э.; опубл. 10.07.2000; Бюл. № 19.
11. Влияние технологических параметров плазменной обработки на формирование структуры и свойств стали типа 60Г / М. В. Ильичев, О. В. Ливанова, А. С. Тюфтяев, Г. А. Филиппов // Металлург. 2008. № 10. С. 59 – 62.
12. Особенности структурообразования и формирования свойств при плазменной обработке углеродистой стали / М.-Э. Х. Исакаев, А. С. Тюфтяев, М. В. Ильичев, Г. А. Филиппов // Материаловедение. 2003. № 2. С. 52 – 55.
13. Исследование влияния содержания хрома в стали типа 60Г на структуру и свойства после плазменной обработки / М. В. Ильичев, М. Е. Гетманова, О. В. Ливанова, А. С. Тюфтяев, Г. А. Филиппов. В кн.: Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: матер. 11-й Междунар. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург, 14 – 17 апреля 2009 г. Ч. 2. СПб.: Политехн. ун-т, 2009. С. 142 – 146.
14. Износостойкость углеродистой стали со структурой тонкопластинчатого перлита / В. М. Счастливцев, Т. И. Табатчикова, А. В. Макаров, Л. Ю. Егорова, И. Л. Яковлева // МиТОМ. 2001. № 1. С. 27 – 31.
15. Прохоров Н. Н. Физические процессы в металлах при сварке. Т. 2. Внутренние напряжения, деформации и фазовые превращения. М.: Металлургия, 1970. 600 с.
1. Luzhnov Iu. M. (2003). The grip of the wheels and rails (nature and patterns). Moscow: Intekst.
2. Bogdanov V. M. (1992). The decrease in the inten-sity of wear of wheel flanges and the side rail wear. Zheleznodorozhnyi transport, (12), pp. 30-34.
3. Bogdanov V. M., Markov D. P., Pen'kova G. I. (1998). Optimization of tribological characteristics of the wheels ridges of the rolling stock. Vestnik VNIIZhT, (4), pp. 3-9.
4. Kharris U. Dzh., Zakharov S. M., Landgren Dzh., Ebersen V. (2002). Generalization of the best practices of heavy movement: issues of interaction between wheel and rail. Moscow: Intekst.
5. Bogdanov V. M., Goriachev A. P., Goriacheva I. G. et al. (1996). Modeling of contact, wear and damage accumulation in the pair of wheel-rail. Trenie i iznos, 17(1), pp. 12-19.
6. Isakaev E. Kh., Sinkevich O. A., Tiuftiaev A. S., Chinnov V. F. (2010). The study of low-temperature plasma generator with expanding channel output electrode and some of its applications. Teplofizika vysokikh temperatur, 48(1), pp. 105-134.
7. Leshchinskii L. K., Samotugin S. S., Pirch I. I. et al. (1990). Plasma surface hardening. Kiev: Tekhnika.
8. Petrov S. V., Saakov A. G. (2000). Plasma of com-bustion products in surface engineering. Kiev: Topas.
9. Balanovskii A. E. (2006). Plasma surface hardening of metals. Irkutsk: Izdatel'stvo IrGTU.
10. Isakaev E. Kh., Tiuftiaev A. S., Iablonskii A. E. (2000). Device for plasma treating. Ru Patent No. 2152445. Russian Federation.
11. Il'ichev M. V., Livanova O. V., Tiuftiaev A. S., Filippov G. A. (2008). The influence of technological parameters of the plasma treatment on the structure and properties of steel type 60G. Metallurg, (10), pp. 59-62.
12. Isakaev M.-E. Kh., Tiuftiaev A. S., Il'ichev M. V., Filippov G. A. (2003). Peculiarities of structure formation and properties formation during plasma processing of carbon steel. Materialovedenie, (2), pp. 52-55.
13. Il'ichev M. V., Getmanova M. E., Livanova O. V., Tiuftiaev A. S., Filippov G. A. (2009). The study of the influence of the chromium content in the steel type 60G on the structure and properties after plasma treatment. In the book: Resource-saving technology of repair, restoration and hardening of machines parts, mechanisms, equipment, tools and tooling from nano to macro level: proceedings of the 11th International scientific and practical conference, St. Petersburg, 14 – 17 April 2009, Part 2, St. Petersburg: Politekhnicheskii universitet, pp. 142-146.
14. Schastlivtsev V. M., Tabatchikova T. I., Makarov A. V., Egorova L. Iu., Iakovleva I. L. (2001). Wear resistance carbon steel with a lamellar structure of pearlite. MiTOM, (1), pp. 27-31.
15. Prokhorov N. N. (1970). Physical processes in metals during welding. Vol. 2. Internal stress, strain and phase transformation. Moscow: Metallurgiia.
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 250 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа статьи заполните форму:
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 250 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please fill out the form below:
.
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»