Повышение износостойкости деталей из конструкционных сталей ионным азотированием при комплексной подготовке поверхности с использованием метода сухого электрополирования

Рассмотрены результаты исследований износостойкости деталей машин из конструкционных сталей, с азотированными слоями, полученными при комплексной подготовке поверхностности перед ионной имплантацией и последующего ионного азотирования. Азотированные слои на деталях из конструкционных сталей, получаемых по традиционной технологии не способны полностью реализовать свой потенциал по износостойкости, поскольку перенасыщение границ зёрен азотом приводи к снижению прочности их границ, образованию нитридной сетки и к выкрашиванию зерен и их фрагментов в процессе трения износа. Активация поверхностного слоя деталей высокоэнергетической ионно-имплантационной обработкой, в ряде случаев позволяет устранить процесс образования нитридной сетки. Однако, микрогеометрическая и физико-механическая неоднородность азотируемой поверхности, а также наличие на поверхности загрязнений снижает эксплуатационные свойства азотированного слоя. Показано, что использование сухого электрополирования позволяет добиться наименьшей по сравнению с другими методами полирования шероховатости поверхности, при обеспечении наиболее однородного состояния материала поверхностного слоя. Установлено, что использование электроадсорбции для очистки поверхности позволяет устранить загрязнения, присутствующие на поверхности деталей, что способствует наиболее эффективному использованию последующей активации поверхностного слоя методом высокоэнергетической ионной имплантации. В результате применения комплексной подготовки поверхности детали удается наиболее полно реализовать возможности технологии ионного азотирования. На примере роторов винтовых насосов, работающих в условиях интенсивного трения изнашивания, приведены результаты сравнительных испытаний на изнашивание. Показано, что использование комплексной подготовки поверхности, включающей сухое электрополирование и электроадсорбцию перед активацией поверхностного слоя высокоэнергетической ионной имплантацией повышает износостойкость азотированного слоя приблизительно в 2 раза.

1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение. — 1977

2. Двойников М.В., Ковенский И.М., Ошибков А.В. и др. Анализ результатов исследований износостойкости ротора винтового забойного двигателя // Известия вузов. Нефть и газ. — 2014. № 5.86—88

3. Герасимов С.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. - 2-е изд., испр. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2014

4. Мингажева А.А. К вопросу о механизме эксплуатационно-технологического наследования свойств поверхностного слоя детали в условиях трения // Вестник УГАТУ. — 2021 (25), № 4(94), 3—9

5. Криони Н.К., Мингажев А.Д., Мингажева А.А. К вопросу о подборе дозы ионной имплантации для активации поверхностного слоя деталей из легированных сталей перед азотированием // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2023 (19), № 8(224), 360—363

6. Криони Н.К., Мингажева А.А., Мингажев А.Д. Повышение износостойкости азотированного слоя деталей машин из легированных сталей высокоинтенсивными и высокоэнергетическими методами // Трение и износ. — 2022 (43), № 6, 603—611

7. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.М. Химико-термическая обработка. — М.: Металлургия. — 1985

8. Способ химико-термической обработки детали из легированной стали: патент РФ № 2559606, 2015 / Н.К. Криони, А.Д. Мингажев, А.А. Мингажева и др. 6 с.]

9. Способ азотирования детали из легированной стали: патент РФ № 2777058, 2022 / А.Д. Мингажев, Н.К. Криони, А.А. Мингажева

10. Способ ионного азотирования детали из легированной стали и установка для его реализации: патент РФ № 2811030, 2024 / А.Д. Мингажев, А.А. Мингажева, И.Х. Самматов и др