Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Нижнетагильский технологический институт (филиал), Нижний Тагил, Россия

Е. Н. Сафонов, директор школы магистратуры, старший научный сотрудник, докт. техн. наук, эл. почта: E.N.Safonov@urfu.ru

М. В. Миронова, заместитель директора по образованию и науке, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: maria.mironova@urfu.ru
Г. Е. Трекин, лаборант-исследователь, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: trekin1963@yandex.ru

Важной проблемой повышения эксплуатационной стойкости деталей машин и технологического инструмента является получение упрочненного рабочего слоя с заданным распределением твердости по глубине, соответствующим его функциональному назначению. Наиболее технологичным способом является поверхностная плазменная закалка. Преимуществами такой технологии являются доступность, невысокая стоимость и распространенность оборудования, широкий диапазон регулирования тепловложения различными способами и достаточно высокая производительность. Под воздействием концентрированного потока тепловой энергии, выделяемой в пятне нагрева плазменной дугой, происходит направленная модификация структуры и свойств поверхностного слоя обрабатываемой детали за счет фазовых превращений. Регулируя скорость, температуру и глубину нагрева можно изменять состояние аустенита в процессе фазового превращения и в конечном итоге формировать различные продукты его распада при охлаждении. Проведен анализ распределения твердости по глубине зоны термического воздействия при плазменной поверхностной обработке сталей. Выявлено, что возможно образование трех характерных вариантов градиента изменения твердости по глубине закаленного слоя. Плавное изменение твердости наблюдали на стали низкой прокаливаемости. Для сталей высокой прокаливаемости характерно ступенчатое распределение твердости или смешанное — плавное со ступенчатым. Для мартенситных сталей характерно смешанное распределение твердости. Определены вероятные процессы, приводящие к формированию каждого из характерных градиентов твердости. Даны рекомендации по выбору режимов обработки исходя из функционального назначения градиентного упрочненного слоя.

1. Симачев А. С., Осколкова Т. Н., Шевченко Р. А. Исследование влияния режимов комбинированной электромеханической обработки стали марки 40Х на ее структуру и твердость // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 4. С. 421–426.
2. Дудкина Н. Г., Арисова В. Н. Структура и свойства поверхностного слоя стали 40Х, подвергнутой электромеханической обработке с динамическим силовым воздействием // Известия вузов. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 4. С. 259–265.
3. Pakhomova S. A., Fakhurtdinov R. S., Zhavoronkova E., Zinkovich K. Investigation of the contact fatigue strength of high quality carburised steel // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1129. 012027.
4. Чудина О. В., Приходько В. М., Лужнов Ю. М. Структурные аспекты поверхностного упрочнения деталей, работающих в условиях износа // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 9. С. 396–404.
5. Ерузин А. А., Климов С. Д., Степанов Б. В., Гейн А. М. О применении термоплазменной обработки при изготовлении смарт-инструмента в практике промышленных предприятий // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Т. 80. № 2. С. 37–45.
6. Bobzin K. High-performance coatings for cut-ting tools // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2017. Vol. 18. P. 1–9.
7. Haubner R., Lessiak M., Pitonak R. et al. Evolution of conventional hard coatings for itsuse on cutting tools // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2017. Vol. 62. Part B. P. 210–218.
8. Белый А. В., Калиниченко А. С., Девойно О. Г., Кукареко В. А. Инженерия поверхностей конструкционных материалов с использованием плазменных и пучковых технологий. — Минск : Беларуская навука, 2017. — 457 с.
9. Эдигаров В. Р., Алимбаева Б. Ш., Омельченко Е. А. Методический подход и алгоритм обоснования выбора способа модифицирования поверхностей трения деталей трибоузлов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 4. С. 154–159.
10. Минько Д. В., Белявин К. Е., Шелег В. К. Теория и практика получения функционально-градиентных материалов импульсными электрофизическими методами. — Минск : БНТУ, 2020. — 450 с.
11. Жаткин С. С. Исследование и моделирование процесса плазменной закалки стали 40Х // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2023. Т. 25. № 4(2). С. 249–257.
12. Балановский А. Е. Особенности структурообразования в сталях при плазменном упрочнении. — Иркутск : ИрГТУ, 2014. — 450 с.
13. Сафонов Е. Н., Панкова М. С. Плазменная закалка среднеуглеродистых сталей // Наука. Промышленность. Оборона : Труды XX Всероссийской научно-технической конференции : в 4 т. Том 3. — Новосибирск : НГТУ, 2019. С. 24–28.
14. Михеев А. Е., Ивасев С. С., Гирн А. В., Терехин Н. А. и др. Поверхностное упрочнение стальных деталей сжатой электрической дугой // Сварочное производство. 2003. № 2. С. 24–27.
15. Трекин Г. Е., Коротков В. А. Исследование разрушения стали 75ХМ при плазменной закалке // Вестник машиностроения. 2021. № 3. С. 74–76.
16. Плазменная закалка. 40 лет опыта. — URL: https://plasmalab.ntiustu.ru (дата обращения: 20.09.2024).