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"10.29235/1561-8358-2021-66-1-58-65vestift-649Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSОпыт и перспективы использования конструкционных сталей для азотированных зубчатых колесExperience and prospects of use of structural steels for nitridated gearsВитязьП. А.VityazP. A.

Витязь Петр Александрович – академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, руководитель аппарата

пр. Независимости, 66, 220072, Минск, Республика Беларусь

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

66, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk, Republic of Belarus

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

Моисеенко Владимир Иванович – доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

ул. Академическая, 12, 220072, Минск, Республика Беларусь

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

12, Аkademicheskaja Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

vim38@tut.byСидоренкоА. Г.SidorenkoA. G.

Сидоренко Александр Георгиевич – кандидат технических наук, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 12, 220072, Минск, Республика Беларусь

Aleksandr G. Sidorenko – Ph. D. (Engineering), Head of the Laboratory

12, Аkademicheskaja Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

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

Сотников Максим Владимирович – младший научный сотрудник

ул. Академическая, 12, 220072, Минск, Республика Беларусь

Maksim V. Sotnikov – Junior Researcher

12, Аkademicheskaja Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

ks_oim@tut.byШкатулоН. Д.ShkatuloN. D.

Шкатуло Наталья Дмитриевна – научный сотрудник

ул. Академическая, 12, 220072, Минск, Республика Беларусь

Natalia D. Shkatulo – Researcher

12, Аkademicheskaja Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

ks_oim@tut.byХаритончикД. И.HaritonchikD. I.

Харитончик Дмитрий Иванович – заместитель министра промышленности Республики Беларуси

Партизанский пр., 2, корп. 4, 220033, Минск, Республика Беларусь

Dmitry I. Haritonchik – Deputy Minister of Industry of the Republic of Belarus

2, building 4, Partizansky Ave., 220033, Minsk, Republic of Belarus

minprom4@minprom.gov.byПрезидиум Национальной академии наук БеларусиPresidium of the National Academy of Science of BelarusОбъединенный институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиJoint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Science of BelarusМинистерство промышленности Республики БеларусьMinistry of Industry of the Republic of Belarus2021310320216615865Copyright © Витязь П.А., Моисеенко В.И., Сидоренко А.Г., Сотников М.В., Шкатуло Н.Д., Харитончик Д.И., 20212021Витязь П.А., Моисеенко В.И., Сидоренко А.Г., Сотников М.В., Шкатуло Н.Д., Харитончик Д.И.Vityaz P.A., Moiseenko V.I., Sidorenko A.G., Sotnikov M.V., Shkatulo N.D., Haritonchik D.I.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/649

Обобщен опыт применения известных и новых сталей для повышения технологичности и прочности основных деталей машин, упрочняемых азотированием. Рассмотрены новые подходы к изготовлению зубчатых колес, упрочняемых азотированием как при использовании алюминийсодержащих сталей, так и нового материала – стали 40ХМФА. Для повышения работоспособности и технологичности производства деталей из широко используемой в машиностроении алюминийсодержащей стали 38Х2МЮА разработана принципиально новая технология предварительной термической обработки заготовок деталей – «неполная закалка», обеспечивающая как повышение обрабатываемости и точности крупногабаритных зубчатых колес, так и увеличение прочности из-за устранения хрупкости азотированного слоя. Высокая твердость азотированной поверхности деталей – до 900 НV – обеспечивает и высокую износостойкость деталей. Шестерни из новой алюминийсодержащей стали 20ХН4МФЮА, твердеющей на стадии азотирования, обладают характеристиками прочности, равными цементированным деталям, что позволяет не только повышать несущую способность ряда изделий, но и существенно упрощать технологию изготовления сложных по форме точных деталей, заменяя цементацию азотированием, исключая тем самым необходимую после цементации финишную операцию – шлифование. Сталь 40ХМФА, не содержащая алюминий, обладает повышенными показателями жаростойкости, прокаливаемости и обрабатываемости деталей, а также характеристиками их упрочненного слоя. Азотированный слой шестерен толщиной 0,5–0,7 мм не содержит хрупких составляющих, что при твердости сердцевины 300–320 НВ исключает его «шелушение» и последующее разрушение деталей. Применение стали 40ХМФА позволяет решать проблемы надежности и ресурса азотированных крупногабаритных зубчатых колес и является перспективным для всего ряда зубчатых колес с внутренним зацеплением, а также деталей подвижных шлицевых зацеплений. Указанные характеристики также в ряде случаев позволяют заменять цементацию шестерен (модуль менее 4 мм) азотированием при использовании стали 40ХМФА.

The experience of using known and new steels to improve the manufacturability and strength of the main parts of machines, hardened by nitriding, is generalized. New approaches to manufacture of gear wheels hardened by nitriding, both when using aluminum-containing steels and a new material, steel 40ХМФА, are considered. To improve the efficiency and man ufacturability of parts production from aluminum-containing steel 38Х2МЮА, widely used in mechanical engineering, a fundamentally new technology of preliminary heat treatment of workpieces of parts – “incomplete hardening” has been developed, which provides both an increase in the machinability and accuracy of large-sized gear wheels, and an increase in strength due to the elimination of the brittleness of nitrided layer. The high hardness of the nitrided surface of the parts – up to 900 HV – also ensures high wear resistance of the parts. Gear wheels made of new aluminum-containing steel 20ХН4МФЮА solidified at the nitriding stage, have strength characteristics equal to cemented parts, which allows not only increasing the bearing capacity of a number of products, but significant simplification of the technology of manufacturing precise parts that are complex in shape, replacing carburizing with nitriding, thereby eliminating the necessary after-carburizing finishing operation – grinding. Steel 40ХМФА, which does not contain aluminum, has increased heat resistance, hardenability and machinability of parts, as well as the characteristics of their hardened layer. The nitrided layer of gears 0.5–0.7 mm thick does not contain brittle components, which, with a core hardness of 300–320 HB, excludes its “flaking” and subsequent destruction of parts. The use of 40ХМФА steel makes it possible to solve the problems of reliability and service life of large-sized nitrided gears, but it is also promising for the entire range of gears with internal gearing, as well as parts of movable spline gearings. These characteristics also in some cases allow replacing the carburizing of gears (modulus less than 4 mm) by nitriding when using 40ХМФА steel.

азотированиесталь 40ХМФАхимико-термическая обработказубчатые колесаnitridingaustenitizingsteel 40ХМФАchemical heat treatmentgear wheelsReferencesСправочник металлиста / под ред. С. А. Чернавского, В. Ф. Рещетникова. – М.: Машиностроение, 1976. – Т. 1. – 768 с.Chernavskii S. A., Reshetnikov V. F. (eds.) Metalworker’s Handbook. Volume 1. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1976. 768 p. (in Russian).Терентьев, Е. Ф. Использование азотирования для изменения механических характеристик металлических материалов / Е. Ф. Терентьев, А. Г. Колмаков, М. С. Мичугина // I Междунар. конф. «Деформация и разрушение мате- риалов»: сб. материалов / ИМЕТ им. А. А. Байкова РАН. – М., 2006. – С. 457–463.Terent’ev E. F., Kolmakov A. G., Michugina M. S. Using nitriding to change the mechanical properties of metallic materials. I Mezhdunarodnaya konferentsiya “Deformatsiya i razrushenie materialov”: sbornik materialov [I International Conference “Deformation and Fracture of Materials”: Collection of Materials]. Moskow, Institute of Metallurgy and Materials Science them. A. A. Baykov RAS, 2006, pp. 457–463 (in Russian).Харитончик, Д. И. Крупногабаритные зубчатые колеса с внутренним зацеплением из алюминийсодержащих сталей / Д. И. Харитончик, В. И. Моисеенко. – Минск: Беларус. навука, 2012. – 125 с.Kharitonchik, D. I., Moiseenko V. I. Oversized Internal Gears Made of Aluminum-Containing Steels. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2012. 125 p. (in Russian).Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. – М.: Металлургия, 1986. – 543 с.Gulyaev A. P. Metallurgical Engineering. Moscow, Metallurgiya Publ., 1986. 543 p. (in Russian).Харитончик, Д. И. Конструкционная прочность алюминийсодержащих сталей в крупногабаритных азотированных зубчатых колесах с внутренним зацеплением / Д. И. Харитончик // Механика машин, механизмов и материалов. – 2012. – № 1. – С. 71–75.Kharitonchik, D. I. Structural strength of aluminum-containing steels in large-size nitrided gears with internal gearing. Mekhanika m ashin, m ekhanizmov i m aterialov = M echanics o f M achines, M echanisms a nd M aterials, 2012, no. 1, pp. 71–75 (in Russian).Моисеенко, В. И. Основы структурной равнопрочности стали и элементов крупногабаритных деталей машин / В. И. Моисеенко, П. Л. Мариев. – Минск: Ин-т кибернетики НАН Беларуси, 1999. – 200 с.Moiseenko V. I., Mariev P. L. Fundamentals of Structural Uniform Strength of Steel and Elements of Large-Sized Machine Parts. Minsk, Institute of Cybernetics of the National Academy of Science of Belarus, 1999. 200 p. (in Russian).

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