ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ПОСЛЕ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

 

Тазиков Э. Б.,  Жуков Д. А. (ПГУПС, г. Санкт-Петербург, РФ)

 

The article is dedicated to the various methods of measuring of hardness of the surface layer of metal after chemical and thermal treatment.

 

Известно, что испытания на твердость позволяют (с ограничениями и оговорками) судить о поведении материалов при определенных нагрузках.

В настоящей работе производились измерения твердости рабочих поверхностей конических пар редуктора привода вагонного генератора типа Р-380, а также образцов – свидетелей, подвергаемых той же химико-термической обработке, что и конические пары. Колесо, вал-шестерня и свидетели изготавливались из стали 36Х2Н2МФА ГОСТ 4543-71 и азотировались в газовой среде на глубину не менее 0,5 мм по общепринятой технологии [1].

Твёрдость одних и тех же азотированных поверхностей определялась различными методами при различных нагрузках на индентор. При выборе методов и нагрузок учитывалось следующее.

Методы UCI (Ultrasonic Contact Impedance) и HV10 (измерение твёрдости по Виккерсу при нагрузке 10 кгс) используются в заводской практике для оценки свойств азотированных слоёв. Суть метода UCI заключается в том, что при калиброванной нагрузке 5 кгс (прибор 54-359) или 0,5 кгс (Sonodur) алмазная пирамидка, закреплённая на металлическом стержне, который колеблется на резонансной частоте под воздействием пьезопластины, внедряется в материал изделия. Частота колебаний стержня пропорциональна глубине внедрения пирамидки, т.е. твердости материала. НV-30, в соответствии с ГОСТ 2999-75, является основным при измерении твердости по Виккерсу. Метод Роквелла (НRC и HRA) используется для определения твердости деталей, упрочненных термической и химико-термической обработкой.

Результаты измерений представлены в таблице.

Видно, что с увеличением нагрузки на индентор показания твердости одной и той же поверхности снижаются, т.к. азотированный слой продавливается и прибор фиксирует усредненные значения, в которых непосредственная твердость поверхностного слоя играет все меньшую роль.

Практика оценки качества азотированных слоёв предусматривает измерение твердости по Виккерсу и методом UCI, использование обычного метода Роквелла является не корректным. В данном случае этот метод использован, чтобы показать ограниченную способность азотированного слоя противостоять большим удельным давлениям и то, что в нем твердость резко снижается по глубине, т.к. максимальная глубина вдавливания индентора при нагрузке 150 кг не более 0,2 мм.

 

 

 

Таблица- Твердость азотированных поверхностей

№ п/п	Номер пары	Мeстo изме- рения	Метод измерения Нагрузка на индентор, кгс
			UCI(HRC) 0,5-5,0	HV10 10	HV30 30	HRA 60	HRC 150
1	158	Зубья			710-741 (HRC 58-60)	74-78 (HRC 50-58)	47-49
2	23	Зубья			550-610 (HRC 50-54)	69-73 (HR C38-46)	35-45
3	26	Зубья			618-630 (HRC 54-56)		38-40
4	235	Шейка вала	54-61	620-642 (HRC 55-56)			52-55
5	252	Шейка вала	54-56	613-649 (HRC 54-56)			51-54
6	253	Шейка вала	56-59				52-54
7	Свидетель 36Х2Н2МФА			613-634 (HRC 54-55)			41-43
8	Свидетель 36Х2Н2МФА			613-634 (HRC 54-55)			41-42

 

В соответствии с требованиями чертежей элементов конической пары редуктора твердость рабочих поверхностей должна соответствовать HV≥600. При упрочнении азотированием такая величина твердости обеспечивается на глубину 10-20 мкм от поверхности, а далее она резко снижается. В то же время в зоне зацепления зубчатых пар области высоких напряжений расположены на расстоянии до 0,9-1,0 мм от поверхности в зависимости от величины контактного давления. Этими факторами обуславливается сравнительно низкая контактно-усталостная прочность азотированных деталей в условиях трения качения и больших удельных давлений, что проявляется в быстром разрушении зубьев вследствие питтинга, сколов и поломок.

Таким образом, твердость, указанная в технических требованиях чертежа, а также данные измерения поверхностной твердости азотированных деталей, применяемые для контроля качества диффузионных слоев, не могут быть использованы для прогнозирования эксплуатационных свойств деталей, работающих при трении качения, больших контактных нагрузках и наличии ударов. Это подтверждается низким ресурсом работы редукторов типа Р-380 с коническими парами, подвергнутыми упрочнению азотированием.

 

Литература

1. Теория и технология азотирования /Лахтин Ю.М. и др. –М.: Металлургия, 1991, 320с.