Материал: 2369

передаточных транспортеров и механизмов передачи деталей на стол закалочного бака. Производительность линии 36-50 шестерен в час. Конструкция специальных штампов, пульсирующий цикл рабочих давлений в закалочном прессе, дифференцированная нагрузка на ступицу и венец, регулирование потока масла по количеству и времени обеспечили деформацию шлицевого отверстия до 0,1 мм, торцовое коробление 0,05-0,08 мм, улучшили пятно контакта шестерен, что уменьшило шумы в трансмиссиях и увеличило срок службы последних.

Разработанный процесс низкотемпературной нитроцементации находит все более широкое применение в нашей стране, а также за рубежом, так как обеспечивает высокие механические свойства деталей. Проведены исследования по изучению влияния состава атмосферы, температуры и продолжительности процесса низкотемпературной нитроцементации на свойства различных материалов и впервые в отрасли совместно с заводом тракторных гидроагрегатов организован промышленный участок низкотемпературной нитроцементации деталей. На участке площадью 120 м2 размещены отечественные печи США 5.7,5/6, США 8.12/6-Л1, две модернизированные печи типа Ц- 105, охладительные колодцы, щиты управления (баллоны с аммиаком размещены в отдельном помещении, пропан-бутан подается по трубам из заводского хранилища). При трехсменной работе участок обеспечивает выпуск около 1,4 млн рычагов гидрораспределителя, 1,3 млн пальцев гидроцилиндров, 670 тыс. штоков амортизаторов сиденья и нескольких других наименований деталей в год (при закалке азотированных деталей в воде или масле производительность участка может быть увеличена). После загрузки приспособлений с деталями в герметичный муфель и продувки его аммиаком (0,4 м3/ч) в течение 15 мин муфель загружается в печь, нагретую до рабочей температуры (570 °С), по достижении которой в муфеле устанавливается расход аммиака 1,4 м3/ч, пропан-бутана – 0,8 м3/ч, давление – 40-60 мм вод. ст. (отходящие газы выводятся через масляный бублер и сжигаются). После выдержки 5-7 ч прекращается подача пропан-бутана, подача аммиака сокращается до 0,4 м3/ч и муфель с деталями переносится в колодец для охлаждения до 300 °С, после чего детали выгружаются из муфеля. Печи имеют по два муфеля, что обеспечивает их непрерывную работу. Внедрение кратковременного азотирования взамен гальванического хромирования и цинкования позволило улучшить условия труда рабочих и обеспечить высокие физико-механические свойства обрабатываемых деталей, снизить трудоемкость, уменьшить рас-

95

ход свинца, цинка, электроэнергии и стоимость технологических материалов, сократить производственные площади.

Изучалось влияние низкотемпературной газовой нитроцементации на износостойкость и контактную прочность шестерен газораспределения из стали 45Х двигателей. Сравнительные испытания серийных (улучшенных) и опытных (азотированных) шестерен, проведенные на стенде с замкнутым контуром силового потока, показали, что кратковременное газовое азотирование повышает износостойкость улучшенных зубчатых колес в 2-2,5 раза, контактную и усталостную прочность не менее чем в 2 раза. Проведены испытания по применению низкотемпературной нитроцементации и для других шестерен, а также исследования влияния кратковременного газового и ионного азотирования на свойства гильз блока цилиндров двигателя.

За последние годы показатели форсированности тракторных дизелей возросли в несколько раз, что привело к значительному увеличению нагрузок на коленчатые валы. Коленчатый вал – самая ответственная, трудоемкая и дорогостоящая деталь, от которой зависит срок службы двигателя. Технология термической обработки должна обеспечить минимальное коробление валов при их изготовлении. Коренные и шатунные шейки валов должны иметь высокие усталостную прочность и износостойкость. Проблема изготовления высококачественных коленчатых валов в отрасли решается по следующим направлениям: а) разработка новых прогрессивных материалов (как было сказано выше, разработаны новые высокопрочные стали 40Х2АФЕ, 45ГРФЕ); б) разработка комплексных (от ковки до окончательной механической обработки) технологических процессов изготовления; в) разработка комплексной технологии термической обработки (промежуточный высокий отпуск, закалка шеек с нагревом ТВЧ с вращением, низкий отпуск); г) внедрение новых автоматических установок конструкции НИИтракторосельхозмаш; д) разработка и широкое внедрение прогрессивной технологии и оборудования для упрочнения галтелей; е) исследование и разработка технологии кратковременного газового азотирования и ионного азотирования.

Такой комплекс мероприятий позволит значительно повысить долговечность коленчатых валов двигателей и сократить выпуск коленчатых валов в виде запчастей.

Имеются автоматические установки двух типов для закалки шеек коленчатых валов ТВЧ с вращением. Установка первого типа предназначена для закалки шеек коленчатых валов из сталей 45Х и 38ХС. В

96

этой установке при нагреве и охлаждении коленчатый вал и индукторы находятся под слоем жидкости. Установка второго типа разработана для закалки шеек коленчатых валов из стали 45. При нагреве и охлаждении коленчатый вал и индукторы находятся на воздухе (рис. 18). Внедрение новой технологии и автоматических установок позволило стабильно получать валы, соответствующие требованиям чертежа, повысить их износостойкость и усталостную прочность. В настоящее время проводятся работы по созданию более совершенного оборудования для термической обработки коленчатых валов двигателей.

Загрузка

Выгрузка

Рис. 18. Схема установки для закалки шеек коленчатых валов ТВЧ с вращением: 1 – транспортеры; 2 – индуктор для коренных шеек; 3 – шпиндельные головки; 4 – индуктор для шатунных шеек; 5 – станина; 6 – подъемники

Обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД) также принадлежит к числу эффективных технологических способов повышения долговечности деталей. Проведены работы по упрочнению фаски и торца стержней клапанов из сталей 40X1ОС2М, 45Х14Н14В2М, 55Х20Г9АН4М двигателей путем плазменного напыления сплавов СНГН и ПГ-ХН80СР (твердые сплавы на основе никеля) и последующего их оплавления. Это дало возможность повысить износостойкость указанных деталей в 3,5-4 раза.

В специзделиях применяются роликовые цепи различных типов – годовая потребность цепей всех типов составляет десятки тысяч километров. Широкое распространение получают новые способы изго-

97

товления мелких деталей методом листовой штамповки и холодного выдавливания – только двух типов пресс-масленок (ГОСТ 19853–73) на все специзделия ежегодно изготовляется десятки млн шт., предполагаемый объем потребления самонарезающего крепежа составит около 50 млн шт. и т.д. Поэтому технология и оборудование для термической обработки деталей цепей и других мелких деталей на заводах отрасли занимает особое место. Основные виды их обработки – нитроцементация, цементация, светлая закалка, безокислительный отжиг с применением контролируемых атмосфер и отпуск. Для осуществления этих процессов в массовом производстве разработаны и внедрены специальные автоматические установки, которые могут быть встроены в общую поточную линию изготовления деталей.

Успешно решена проблема термической обработки плоских деталей (диски сцепления фрикционных механизмов) путем разработки прогрессивной технологии с нагревом в штампах ТВЧ или электроспиралями и охлаждением в водоохлаждаемых штампах. Широкое внедрение таких технологических процессов и специальных автоматических установок позволило повысить износостойкость дисков фрикционов на 30 %. Для деталей, работающих в условиях высокоабразивного износа наиболее эффективны методы, обеспечивающие этим деталям самозатачиваемость в процессе их эксплуатации. Наплавка рабочих органов специзделий для обработки грунта твердым сплавом повышает их долговечность в 2-3 раза. Поставлена задача применения непериодического проката, разработки и внедрения технологии их производства с высоким уровнем механизации, что позволит снизить расход металла на 30 %. Лазерной обработкой можно значительно повысить твердость до НV 709 деталей из стали 65Г и вкладышей до НV 715 деталей из стали У8 при глубине упрочненного слоя 0,6-2,0 мм и 0,5-1,5 мм соответственно.

Для термической обработки деталей ходовой части различных гусеничных специзделий (ведущие колеса, катки, ролики, ободы) разработана и широко внедрена серия высокопроизводительных одно- и многопозиционных станков для закалки с нагревом ТВЧ, которые позволяют осуществлять регулируемое охлаждение деталей в заданных интервалах и получать твердость, например, литых колес из сталей 40, 45, 50 до HRC 60 и глубину закаленного слоя до 10 мм.

Весьма перспективным направлением повышения долговечности является нанесение на поверхности деталей износостойких покрытий (нитридов, карбидов и др.). Разработан новый метод получения покрытий осаждением из плазменной фазы в вакууме в условиях ионной

98

бомбардировки (КИБ). Проводятся исследования по выбору наиболее эффективных составов и изучению физико-механических свойств покрытий, получаемых методом КИБ. Этим методом можно наносить на сравнительно дешевые сплавы одно- и многослойные покрытия с различным химическим и фазовым составом, формируя таким образом новые композиционные материалы.

Метод КИБ резко повышает износостойкость, поэтому его можно использовать для упрочнения пар трения. Апробирование КИБ в качестве упрочняющей обработки осуществляется на опытных партиях деталей – на поршневых кольцах, клапанах, деталях топливной аппаратуры. В настоящее время КИБ применяется на ряде заводов для упрочнения режущего инструмента, для чего разработано несколько модификаций установок типа «Булат».

10. НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Наноструктура материалов, или сокращенно наноматериалы (НМ) – это разновидность материалов, которым именно присутствие наноразмерных элементов (морфологических единиц) придает желаемые свойства. Данное определение также требует некоторого комментария.

Общеизвестно, что любое вещество – это совокупность атомов или молекул, которые представляют собой распространенные в природе нанообъекты, которые содержат специфические группировки атомов (молекул) нанометровых размеров, благодаря чему и создается качественно новый объект, существенно отличающийся по свойствам от не имеющих таковых структурных единиц (даже если химический состав первых и вторых полностью тождествен).

Вцелом наноструктурные материалы должны удовлетворять всей совокупности требований, предъявляемых к обычным материалам. Вместе с тем по мере развития нанотехнологий накапливается все больше специфических условий, пожеланий, подходов и проблем.

Втечение многих веков принципиальной основой материаловедения служили три фундаментальных положения о том, что свойства материала определяют, главным образом: - химический состав; - технология получения, т.е. реальная структура; - температура и другие факторы окружающей среды: ее химический состав, оптический, радиационный, электрический и магнитные поля.

99