izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-7-68-72izmertech-1974Research ArticleДИСКУССИОННЫЕ ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИDISCUSSION ISSUES OF METROLOGYОпределение эффективной толщины цементированного слоя сталиDetermination of ef ective thickness of cemented steel layerhttps://orcid.org/0000-0001-9021-2266СандомирскийС. Г.SandomirskiS. G.

Сергей Григорьевич Сандомирский

Минск

Sergei G. Sandomirski

Minsk

sand_work@mail.ruВалькоА. Л.Val'koA. L.

Александр Леонидович Валько

Минск

 Aleksander L. Val'ko

Minsk

valcoalex5@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0000-7915-6769РуденкоС. П.RudenkoS. P.

Сергей Петрович Руденко

Минск

Sergei P. Rudenko

Minsk

sprud.47@mail.ruОбъединённый институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиРоссияJoint Institute of Mechanical Engineering of the NAS of BelarusRussian Federation202331082023076872Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1974

Рассмотрены вопросы повышения прочности высоконагруженных стальных деталей трансмиссий энергонасыщенных машин. Отмечено, что наряду с твёрдостью важным параметром упрочнённого цементированного слоя стали является его эффективная толщина – расстояние от поверхности образца (детали) до зоны с твёрдостью 50 HRC (529 HV0,5). Показано, что большое влияние на точность определения эффективной толщины оказывают неизбежные полосчатость металла в области измерения твёрдости и инструментальная погрешность измерения твёрдости. Предложен метод определения эффективной толщины цементированного слоя, основанный на интерполяции полиномом второй степени распределения экспериментально измеренных значений HV0,5 в расширенном диапазоне изменения расстояний от поверхности изделия до места измерения твёрдости HV0,5. Погрешность определения эффективной толщины цементированного слоя уменьшена за счёт расширения области изменения твёрдости HV0,5 в анализируемой зоне с аппроксимацией её монотонного изменения в этой области и последующего решения полученного квадратного уравнения. Аппроксимирующий полином статистически верно отражает характер изменения твёрдости HV0,5 цементированной стали в анализируемой области в зависимости от расстояния от поверхности изделия до места измерения твердости. Эффективность метода подтверждена при определении эффективной толщины цементированного слоя образца стали марки 18ХГТ после цементации и закалки. Полученные результаты будут полезны при отработке оптимальных режимов цементации высоконагруженных зубчатых колес трансмиссий автотракторной техники.

The problems of increasing the strength of high-loaded steel parts of transmissions of energy-saturated machines are considered. It is noted that, along with hardness, an important parameter of the hardened cemented steel layer is its effective thickness the distance from the surface of the sample (part) to the zone with hardness 50 HRC (529 HV0.5). It is shown that great infl uence on accuracy of its defi nition have unavoidable banding of metal in the area of hardness measurement and an instrumental error of hardness measurement. A method of increasing the accuracy of determining the effective thickness of the cemented layer, based on interpolation by polynomial of the second degree of distribution of experimentally measured hardness values HV0.5 in an extended range of changing distances from the surface of the article to the hardness measurement HV0.5 is offered. Error of defi nition of an effective thickness of the cemented layer is reduced at the expense of expansion of area of change of hardness HV0.5 in an analyzed zone with approximation of its monotonous change in this area and the subsequent solution of the received square equation. Approximating polynomial statistically correctly refl ects the character of hardness change HV0.5 of cemented steel in the analyzed area depending on the distance from the workpiece surface to the hardness measurement place. The effectiveness of the method was confi rmed when determining the effective thickness of the grouted layer of a sample of 18CrNiGt steel after carburizing and hardening. The obtained results will be useful in the development of optimal regimes of carburizing of high-loaded gearwheels of automobile and tractor transmissions.

поверхностное упрочнениецементациятвёрдостьинтерполяция распределения твёрдостиэффективная толщина упрочнённого слояsurface hardeningcementinghardnessinterpolation of hardness distributioneffective thickness of the hardened layerReferencesРуденко С. П., Валько А. Л., Сандомирский С. Г. Применение перспективных экономно-легированных марок сталей для зубчатых колес мобильных машин // Механика машин, механизмов и материалов. 2019. № 4. С. 61–69.Rudenko S. P., Valko A. L., Sandomirskii S. G. Application of promising sparingly alloyed steels for gears of mobile machines. Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials, 2019, no. 4, pp. 61–69. (In Russ.)Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1980. 493 с.Lahtin Ju. M., Leont’eva V. P. Materialovedenie, Textbook for Mechanical Engineering Universities, Moscow, Mashinostroenie Publ., 1980, 493 p. (In Russ.)Сусин А. А. Химико-термическое упрочнение высоконапряженных деталей. Минск: Белорусская наука, 1999. 175 с.Susin A. A. Himiko-termicheskoe uprochnenie vysokonaprjazhennyh detalej, Minsk, Belorusskaja nauka Publ., 1999, 175 p. (In Russ.)Руденко С. П., Валько А. Л. Сопротивление контактной усталости цементованных зубчатых колес из хромоникелевых сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 1. С. 58–62.Rudenko S. P., Val’ko A. L. Metal Science and Heat Treatment, 2017, vol. 59, no. 1-2, pp. 60–64. https://doi.org/10.1007/s11041-017-0103-3Руденко С . П., Валько А. Л., Сандомирский С. Г. Определение эффективной толщины упрочненного слоя цементованных зубчатых колес // Механика машин, механизмов и материалов. 2022. № 3(60). С. 61–67. https://doi.org/10.46864/1995-0470-2022-3-60-61-67Rudenko S. P., Valko A. L., Sandomirskii S. G. Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials, 2022, no. 3 (60), pp. 61–67. (In Russ.) https://doi.org/10.46864/1995-0470-2022-3-60-61-67Уразов О. В., Егоров В. Г., Данилов А. Г., Дроздов И. Г. Исследование физико-механических характеристик композиционных сварных соединений установок АЭС, восстановленных методом поверхностного пластического деформирования // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2022. Т. 18. № 3. С. 124–132. https://doi.org/10.36622/VSTU.2022.18.3.018Urazov O. V., Egorov V. G., Danilov A. G., Drozdov I. G. Bulletin of the Voronezh State Technical University, 2022, vol. 18, no. 3, pp. 124–132. (In Russ.) https://doi.org/10.36622/VSTU.2022.18.3.018Макаров А. В., Лучко С. Н., Шабашов В. А. и др. Структурно-фазовые превращения и микромеханические свойства высокоазотистой аустенитной стали, деформированной сдвигом под давлением // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 1. С. 52–64. https://doi.org/10.7868/S0015323017010041Makarov A. V., Luchko S. N., Shabashov V. A. et al. The Physics of Metals and Metallography, 2017, vol. 118, no. 1, pp. 52– 64. https://doi.org/10.1134/S0031918X17010045Булычев С. И., Малютин В. М., Узинцев О. Е. Определение механических свойств по твёрдости на основе основных параметров подобия. Пластическая деформация в отпечатке // Деформация и разрушение материалов. 2006. № 5. С. 19–23. https://www.elibrary.ru/knvlgnBulychev S. I., Maljutin V. M., Uzincev O. E. Opredelenie mehanicheskih svojstv po tverdosti na osnove osnovnyh parametrov podobija. Plasticheskaja deformacija v otpechatke. Deformacija i razrushenie materialov, 2006, no 5, pp. 19–23. (In Russ.)Стакян М. Г., Согомонян В. К. Измерение микротвёрдости в зонах усталостного разрушения валов // Вестник Государственного инженерного университета Армении. Серия: Механика, машиноведение, машиностроение. 2013. Вып. 16. № 2. С. 64–69.Stakjan M. G., Sogomonjan V. K. Izmerenie mikrotverdosti v zonah ustalostnogo razrushenija valov. Bulletin of the State Engineering University of Armenia (Polytechnic). Series: Mechanics, Mechanical Engineering, Mechanical Engineering, 2013, vol. 16, no. 2, pp. 64–69. (In Russ.)Кривоносова Е. А. Оценка зоны повышенной пластической деформации при усталостном разрушении металла сварного шва // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение. Материаловедение. 2012. Т. 14. № 2. С. 71–76. https:// www.elibrary.ru/ozohsvKrivonosova E. A. Dimension of hight deformaition zone on the fatigue destruction of welded joints. Bulletin PNRPU. Mechanical engineering, materials science, 2012, vol. 14, no. 2, pp. 71–76. (In Russ.)Галечян Н. А. Оценки процесса усталостного разрушения валов методом измерения микротвердости // Известия НАН Армении и Государственного инженерного университета Армении. Сер. Технические науки. 2000.Т. 53. № 3. С. 281–286.Galechjan N. A. Ocenki processa ustalostnogo razrushenija valov metodom izmerenija mikrotverdosti, Proceedings of the National Academy of Sciences of Armenia and the State Engineering University of Armenia. Ser. of Technical Sciences, 2000, vol. 53, no. 3, pp. 281–286. (In Russ.)Звонарев И. Е., Иванов С. Л., Фокин А. С., Семенов М. А. Оценка удельной работы разрушения нестандартных образцов с учётом локальной твёрдости в зоне их разрушения // Материалы XIV Международной заочной научно-практической конференции «Технические науки – от теории к практике», Новосибирск, 10 октября 2012. С. 53–62.Zvonarev I. E., Ivanov S. L., Fokin A. S., Semenov M. A. Ocenka udel’noj raboty razrushenija ne standartnyh obrazcov s uchetom lokal’noj tverdosti v zone ih razrushenija. Proceedings of the XIV International Extramural Scientifi c and Practical Conference “Technical Sciences – from Theory to Practice”, Novosibirsk, 10 December 2012, pp. 53–62. (In Russ.)Сандомирский С. Г. Влияние точности измерения и диапазона изменения физической величины на коэффициент корреляции // Измерительная техника. 2014. № 10. С.13–17.Sandomirski S. G., Measurement Techniques, vol. 57, issue 10 (2015), pp. 1113–1120. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0588-3

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