vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2019-64-1-51-59vestift-420Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSВлияние структуры стали электрошлакового переплава на свойства цементированных и азотированных поверхностей деталей машинInfluence of the structure of the steel of electroslag remelting on the properties of cemented and nitrided surfaces of machine partsВитязьП. А.VitiazP. A.

Академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, руководитель Аппарата Национальной академии наук Беларуси.

пр. Независимости 66, 220072, Минск.

Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Head of Academy Staff of the National Academy of Sciences of Belarus.

66, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk.

vitiaz@presidium.bas-net.byМоисеенкоВ. И.MoiseenkoV. I.

Доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник.

ул. Академическая, 12, 220072, Минск.

Vladimir I. Moiseenko – D. Sc. (Engineering), Professor, Head Researcher.

12, Аkademicheskaja Str., 220072, Minsk.

ks_oim@tut.byСидоренкоА. Г.SidorenkoA. G.

Кандидат технических наук, заведующий лабораторией.

ул. Академическая, 12, 220072, Минск.

Ph. D. (Engineering), Head of Laboratory.

12, Аkademicheskaja Str., 220072, Minsk.

ks_oim@tut.byСотниковМ. В.SotnikovM. V.

Младший научный сотрудник.

ул. Академическая, 12, 220072, Минск.

Junior Researcher.

12, Аkademicheskaja Str., 220072, Minsk.

Президиум Национальной академии наук Беларуси.Presidium of the National Academy of Sciences of Belarus.Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси.Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus .2019270320196415159Copyright © Витязь П.А., Моисеенко В.И., Сидоренко А.Г., Сотников М.В., 20192019Витязь П.А., Моисеенко В.И., Сидоренко А.Г., Сотников М.В.Vitiaz P.A., Moiseenko V.I., Sidorenko A.G., Sotnikov M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/420

Осуществлен анализ влияния структуры стали электрошлакового переплава (ЭШП) на свойства цементированных и азотированных поверхностей деталей машин. Отмечено, что при использовании ЭШП достигается наибольшая эффективность упрочнения зубьев зубчатых колес как цементацией, так и ионным азотированием. Литая сталь, закристаллизовавшаяся в водоохлаждаемой металлической форме, обладает не только повышенной прочностью (по сравнению с прокатом), но и ускоренной диффузией углерода при цементации и азота при азотировании. Обнаруженные закономерности обусловлены более равномерной структурной и химической однородностью приграничных объемов зерна, в формировании которых особая роль отводится примесной меди. Равномерная концентрация меди в указанных объемах стали ЭШП не только снижает склонность материала к локализации пластической деформации при его деформировании, но и способствует более эффективному формированию упрочненного слоя при азотировании и цементации деталей. Отмеченные особенности являются основой повышения несущей способности крупногабаритных зубчатых колес, получаемых из литых заготовок электрошлакового передела. Проведен комплекс исследований и получены результаты, которые свидетельствуют о том, что управление зернограничными эффектами в стальном современном материале на стадии его кристаллизации может быть существенным фактором повышения характеристик упрочненного слоя при изготовлении цементированных и азотированных зубчатых колес из литых заготовок электрошлакового переплава.

The analysis of the influence of electroslag remelting steel structure on the properties of cemented and nitrided surfaces of machine parts is carried out. It is noted that when using electroslag remelting, the greatest efficiency is achieved in the production of large-sized gearwheels, hardened by cementation and ion nitriding. It is shown that cast steel, crystallized in a water cooled crystallizer, has a strength not lower than forged or rolled with significantly lower anisotropy properties and accelerated carbon diffusion when cementation. The discovered patterns are caused by the structural and chemical homogeneity of boundary grain volumes, which formation is affected by copper impurities. Uniform density of copper in the said volumes not only reduces their propensity to localize plastic deformation, but contributes to a higher ability for uniform carburization of these steels in the process of cementation. This causes a change in the main characteristics of the cemented layers and is the basis for increasing the bearing capacity of the gearwheels. The obtained results also testify to the fact that controlling grain-boundary effects in steel material at the stage of crystallization of blanks can be a significant factor in increasing the characteristics of the hardened layer in the manufacture of nitrided gearwheels from cast blanks of the electroslag redistribution. A set of studies was carried out and results were obtained which indicate that the control of grain boundary effects in modern steel material at the stage of its crystallization may be a significant factor in improving the characteristics of the hardened layer in the manufacture of cemented and nitrated gear wheels from cast billets electroslag remelting.

электрошлаковый переплавструктура сталилитая стальцементацияазотированиеelectroslag remeltingthe structure of steelcast steelcementationnitridingReferencesПатон, Б. Е. Электрошлаковый металл / Б. Е. Патон, Б. И. Медовар. – Киев: Наук. думка, 1981. – 680 с.Paton B. E., Medovar B. I. Electroslag Metal. Kiev, Naukova dumka Publ., 1981. 680 p. (in Russian).Важник, Л. Н. Повышение сопротивления усталости цементованных зубчатых колес смещением очага разрушения под поверхность / Л. Н. Важник // Вестн. машиностроения. – 1987. – № 9. –С. 6–11.Vazhnik L. N. Increase of fatigue resistance of cemented gearwheels by displacement of the source of destruction under the surface. Vestnik mashinostroeniya [Mechanical Engineering Bulletin], 1987, no 9, pp. 6–11 (in Russian).Моисеенко, В. И. Управление структурной однородностью и равнопрочностью конструкционных сталей и деталей машин / В. И. Моисеенко, П. Л. Мариев // Вклад вузовской науки в развитие приоритетных направлений производственно-хозяйственной деятельности, разработку экономичных и экологически чистых технологий и прогрессивных методов обучения: материалы 54-й междунар. науч.-техн. конф.: в 10 ч. – Минск: БГПА, 2000. – Ч. 6. – С. 16.Moiseenko V. I., Mariev P. L. Control of structural uniformity and equal strength of structural steels and machine components. Vklad vuzovskoi nauki v razvitie prioritetnykh napravlenii proizvodstvenno-khoziaistvennoi deiatel’nosti, razrabotku ekonomichnykh i ekologicheski chistykh tekhnologii i progressivnykh metodov obucheniia: materialy 54-i mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii. Chast’ 6 [The Contribution of University Science to the Development of Priority Areas of Production and Economic Activities, the Development of Economical and Environmentally Friendly Technologies and Progressive Methods of Teaching: Materials of the 54th International Scientific and Technical Conference. Part 6]. Minsk, Belorussian State Polytechnic Academy, 2000, pp. 16 (in Russian).Моисеенко, В. И. Основы структурной равнопрочности стали и элементов крупногабаритных деталей машин / В. И. Моисеенко, П. Л. Мариев. – Минск: Ин-т техн. кибернетики НАН Беларуси, 1999. – 200 с.Moiseenko V. I., Mariev P. L. Fundamentals of Structural Equal Strength of Steel and Elements of Large-Sized Machine Components. Minsk, Institute of Technical Cybernetics of the National Academy of Science of Belarus, 1999. 200 p. (in Russian).Куслицкий, А. Б. Неметаллические включения и усталость стали / А. Б. Куслицкий. – Киев: Техника, 1976. – 125 с.Kuslickii A. B. Nonmetallic Inclusions and Fatigue of Steel. Kiev, Tekhnika Publ., 1976. 125 p. (in Russian).Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: справочник / М. Е. Дриц [и др.]. – М.: Наука, 1979. – 248 с.Drits M. E., Bochvar N. R., Guzei L. S., Lysova E. V., Padezhnova E. Dual and Multi-Component Systems Based on Copper: Handbook. Moscow, Nauka Publ., 1979. 248 p. (in Russian).Мариев, П. Л. Повышение конструкционной равнопрочности крупногабаритных деталей и сварных узлов карьерных самосвалов / П. Л. Мариев. – Минск: Ин-т техн. кибернетики НАН Беларуси, 2001. – 180 с.Mariev P. L. Increasing the Structural Equal Strength of Large-Sized Parts and Welded Assemblies of Quarry Dump Trucks. Minsk, Institute of Technical Cybernetics of the National Academy of Science of Belarus, 2001. 180 p. (in Russian).Сусин, А. А. Химико-термическое упрочнение высоконапряженных деталей / А. А. Сусин. – Минск: Беларус. навука, 1999. – 175 с.Susin А. А. Chemical-Thermal Hardening of Highly Stressed Parts. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 1999. 175 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.