ул. Георгия Гонгадзе, 9, Николаевская область, г. Николаев 54008
Heorhii Gongadze Str., 9, Mykolayiv Region, Mykolayiv 54008
В работе выполнена оценка эффективности мягкого газового азотирования легированных конструкционных сталей 38ХМЮА, 38ХН3МА и 38ХН3МФА, применяемых в высоконагруженных зубчатых передачах, а также установлены пределы применения тонких азотированных слоёв с точки зрения контактной усталости. Исследования проводились после азотирования при температуре 580 °С и продолжительности 7 ч с использованием методов микротвердометрии, послойного химического анализа методом высокотемпературного газового анализа, рентгеноструктурного анализа и контактно-усталостных испытаний роликов, моделирующих условия качения с проскальзыванием, характерные для косозубых зацеплений. Установлено, что мягкое азотирование обеспечивает формирование упрочнённого слоя толщиной 0,18—0,25 мм с микротвёрдостью 4,8—5,5 ГПа при сохранении вязкой сердцевины с твёрдостью 240—260 HB. Показано, что при повышенных контактных напряжениях разрушение азотированных образцов инициируется в подповерхностных слоях и развивается по механизму глубинной контактной усталости, сопровождающейся образованием глубинного выкрашивания и так называемой белой зоны. Полученные результаты свидетельствуют об ограниченной эффективности тонких азотированных слоёв в условиях высоких контактных нагрузок и указывают на целесообразность применения материалов с более толстыми упрочнёнными слоями (0,8—1,2 мм) либо конструктивно-технологических решений, направленных на снижение уровня контактных напряжений и повышение ресурса зубчатых передач.
The present study evaluates the effectiveness of low-temperature gas nitriding of alloy structural steels 38KhMYuA, 38KhN3MA, and 38KhN3MFA used in heavily loaded gear transmissions, and determines the applicability limits of thin nitrided layers from the standpoint of contact fatigue. The investigations were carried out after nitriding at a temperature of 580 °C for 7 h using microhardness profiling, layer-by-layer chemical analysis by high-temperature gas analysis, X-ray diffraction analysis, and contact fatigue testing of rollers simulating rolling with sliding conditions typical of helical gear engagement. It was found that lowtemperature nitriding produces a hardened surface layer with a thickness of 0.18—0.25 mm and a microhardness of 4.8—5.5 GPa, while maintaining a ductile core with a hardness of 240—260 HB. The results show that under elevated contact stresses, failure of nitrided specimens initiates in the subsurface region and develops according to a deep contact fatigue mechanism, accompanied by deep spalling and the formation of a so-called white etching layer. The obtained data indicate the limited effectiveness of thin nitrided layers in highly loaded gear systems and demonstrate that materials with thicker hardened layers (0.8—1.2 mm), or design and technological solutions aimed at reducing contact stresses, are more appropriate for improving service life under severe cyclic loading conditions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.