253 / 397
Материаловедение, динамика и прочность машин и механизмов
253
По этапу 4 прирост предела текучести в зоне внутреннего азотирования
T
легиро-
ванных сталей определяется как сумма эффектов упрочнения дисперсными частицами
ЧД
.
и твердорастворного упрочнения
РТ
.
5
lg
22470
467
.
.
Dd
Dd
С
N
ЧД
РТ
T
(7)
Зная распределение азота по глубине диффузионной зоны
С
N
и геометрические пара-
метры выделившихся нитридных частиц (
d
и
D
) возможно рассчитать изменение прочности
по толщине карбонитридного слоя.
По этапу 5 при расчете микротвердости поверхности, или, что все равно, карбонит-
ридного слоя, установлена ее зависимость от некоторого безразмерного комплекса "
g
c
", нор-
мируемого свободной энергией образования нитридов основы и легирующих элементов Δ
G
0
m
i
i
i
i
m
i
c
g
X
N
RT
G g
1
1
0
(8)
где
n
i
– молярная доля
i
-го легирующего элемента из "
m
"-легирующих конкретный
сплав;
Χ
i
– стехиометрический коэффициент в формуле (8). Молярная доля
Ν
, связана с кон-
центрацией
i
-гο элемента
C
i
по формуле
j
i
Fe
j
i
MMC
C
N
) /
(
100
(9)
где
Μ
– молекулярная масса. В соответствии с известной зависимостью Δ
G
0
=
а
+
вТ
комплексный параметр
g
i
может быть представлен в виде двучлена:
T
B
a g
i
i
i
(10)
Используя данные по значениям расчетных коэффициентов "
a
" и "
В
" для основных
типов нитридов хрома, молибдена, железа, ванадия, вольфрама и т.п. определяется поверх-
ностная микротвердость карбонитридного слоя.
По этапу 6 распределение твердости по глубине диффузионного слоя (
HV
)
y
рассчиты-
вается исходя из прироста предела текучести на поверхности (
T
)
yп
и на заданной глубине
зоны внутреннего азотирования (
T
)
y
по следующим зависимостям:
УП Т
УТ
П
У
HV
HV
)
(
)
(
)
(
(11)
У
У
HV
HV HV
)
(
0
,
(12)
где
HV
0
– твердость сердцевины; (Δ
HV
)
П
– изменение твердости на поверхности.
Проведенные с использованием уравнений (2)…(12) оценки адекватности описанной
модели твердости экспериментальным результатам показали достаточно хорошую ее точ-
ность. В то же время, следует заметить, что для сложнолегированных сталей, к которым от-
носятся и рассматриваемые, модельные расчеты должны быть несравненно более сложными
и, соответственно, менее точными.
Однако, с практических позиций важность данного подхода состоит в другом. Именно
этим доказывается существование количественной связи между микротвердостью диффузи-
онных зон и характеристиками их структурной гетерогенности. Это предполагает возмож-
ность постановки обратной задачи - по измеренным распределениям микротвердости оцени-
вать структуру диффузионных зон с целью разработки моделей и критериев оценки эксплуа-
тационных свойств и, в том числе, контактную выносливость и усталостную прочность.
Литература:
1.
Нечаев Л.М., Сержантова Г.В., Маркова Е.В. Моделирование характеристик гетерогености
диффузионных зон по показателям микротвердости // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте
твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования: межвуз. сб. науч. тр. / под ред. В.В.
Измайлова. Вып. 6. Тверь: ТГТУ, 2013. С. 129-134.