zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-2-43-53zldm-2394Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLТрибологический критерий качества азотированных сталей и сплавовTribological criterion of the quality of nitrided steels and alloysКуксеноваЛ. И.KuksenovaL. I.

Лидия Ивановна Куксенова

101000, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4

Lidia I. Kuksenova

4, Maly Kharitonevsky per., Moscow, 101000

lkukc@mail.ruАлексееваМ. С.AlekseevaM. S.

Мария Сергеевна Алексеева

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Maria S. Alekseeva

17, ul. Radio, Moscow, 105005

Институт машиноведения имени А. А. Благонравова РАНРоссияA. A. Blagonravov Institute of Mechanical Engineering, RASRussian FederationНИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМРоссияKurchatov Institute — VIAMRussian Federation2025200220259124353Copyright © Куксенова Л.И., Алексеева М.С., 20252025Куксенова Л.И., Алексеева М.С.Kuksenova L.I., Alekseeva M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2394

Механизм и кинетика разрушения поверхностных слоев при трении, а также триботехнические характеристики (уровень поверхностного разрушения, коэффициент трения, предельная несущая способность) зависят от структуры, фазового состава и свойств поверхностного эксплуатационного слоя, которые формируются в результате интенсивной контактной упругопластической деформации. В работе представлены результаты оценки условий работоспособности поверхностного слоя при трении конструкционных сталей и сплавов, подвергнутых азотированию. Разработан трибологический критерий качества поверхностного азотированного слоя, предложен комплексный подход к оценке триботехнической эффективности химико-термической обработки конструкционных сталей и сплавов. Исследования азотированной поверхности включали следующие этапы: 1) на основе разработанного трибологического критерия, содержащего микро- и макроскопические характеристики материала зоны контактной деформации при трении, выбор режимов его обработки для обеспечения допустимого уровня поверхностного разрушения в условиях испытаний тяжело нагруженного сопряжения; 2) с помощью метода поверхностной пластической деформации оценка способности азотированного слоя (сформировавшегося в результате обработки по выбранному режиму) воспринимать поверхностную пластическую деформацию без разрушения, что служит обоснованием режимов химико-термической обработки; 3) оценка предельной работоспособности азотированного поверхностного слоя в условиях трения и изнашивания (предельно допустимого (при котором пара работает устойчиво) и критического (после которого пара неработоспособна, но возможна ее эксплуатация при кратковременных перегрузках) давлений, средней суммарной интенсивности изнашивания контактирующей под нагрузкой пары трения скольжения в целом, потерь на трение). Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации технологического процесса химико-термической обработки деталей триботехнического назначения.

The mechanism and kinetics of surface layer destruction during friction, as well as tribotechnical characteristics (level of surface destruction, friction coefficient, ultimate load-bearing capacity) depend on the structure, phase composition and properties of the surface operational layer, which are formed as a result of intense contact elastic-plastic deformation. The paper presents the results of assessing the conditions of the surface layer performance during friction of structural steels and alloys subjected to nitriding. A tribological criterion for the quality of the surface nitrided layer has been developed, an integrated approach to assessing the tribological efficiency of chemical-thermal treatment of structural steels and alloys has been proposed. The studies of the nitrided surface included the following stages: 1) based on the developed tribological criterion containing micro- and macroscopic characteristics of the material of the contact deformation zone during friction, the choice of its processing modes to ensure an acceptable level of surface destruction under test conditions of a heavily loaded mating; 2) using the surface plastic deformation method, assessing the ability of the nitrided layer (formed as a result of processing according to the selected mode) to perceive surface plastic deformation without destruction, which serves as a justification for the modes of chemical-thermal treatment; 3) assessing the ultimate performance of the nitrided surface layer under friction and wear conditions (maximum permissible (at which the pair operates stably) and critical (after which the pair is inoperative, but its operation is possible under short-term overloads) pressures, the average total wear intensity of the sliding friction pair in contact under load as a whole, and friction losses). The results obtained can be used to optimize the technological process of chemical-thermal treatment of tribotechnical parts.

конструкционные материалыстали и сплавыазотированиеструктураповерхностные слоиконтактная деформацияизносостойкостьтрение и изнострибологический критерийstructural materialssteels and alloysnitridingstructuresurface layerscontact deformationwear resistancefriction and weartribological criterionReferencesКрагельский И. В., Добычин М. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.Kragelsky I. V., Dobychin M. N., Kombalov V. S. Fundamentals of calculations for friction and wear. — Moscow: Mashinostroenie, 1977. — 526 p. [in Russian].Сорокин Г. М., Малышев В. Н., Куракин И. Б. Трибология сталей и сплавов. — М.: ИЦ РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2013. — 383 с.Sorokin G. M., Malyshev V. N., Kurakin I. B. Tribology of steels and alloys. — Moscow: ITs RGU nefti i gaza im. I. M. Gubkina, 2013. — 383 p. [in Russian].Махутов Н. А., Коссов В. С., Оганьян Э. С. и др. Прогнозирование контактно-усталостных повреждений рельсов расчетно-экспериментальными методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 4. С. 46 – 55. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-4-46-55Makhutov N. A., Kossov V. S., Oganyan E. S., et al. Prediction of contact fatigue damage to rails using computational and experimental methods / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. N 4. P. 46 – 55 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-4-46-55Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. — М.: Машиностроение, 2000. — 320 с.Suslov A. G. The quality of the surface layer of machine parts. — Moscow: Mashinostroenie, 2000. — 320 p. [in Russian].Куксенова Л. И., Симонов В. Н., Алексеева М. С. и др. Исследование трения, износа и противозадирной стойкости тяжелонагруженных азотированных сопряжений / Трение и износ. 2021. Т. 42. № 3. С. 319 – 328. DOI: 10.32864/0202-4977-2021-42-3-319-328Kuksenova L. I., Simonov V. N., Alekseeva M. S., et al. Investigation of friction, wear and extreme pressure resistance of heavily loaded nitrided mates / Trenie Iznos. 2021. N 3. P. 319 – 328 [in Russian].Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Шпис Г.-И., Бемер З. Теория и технология азотирования. — М.: Металлургия, 1991. — 320 с.Lakhtin Yu. M., Kogan Ya. D., Shpis G.-I., Bemer Z. Theory and technology of nitriding. — Moscow: Metallurgiya, 1991. — 320 p [in Russian].Rybakova L. M., Kuksenova L. I. Physical criteria of wear resistance of metal materials in surface-active lubricating media / Proc. The Conference on Tribology «Friction, Lubrication and Wear — 50 years on». — IME, 1987. P. 419 – 426.Rybakova L. M., Kuksenova L. I. Physical criteria of wear resistance of metal materials in surface-active lubricating media / Proc. The Conference on Tribology «Friction, Lubrication and Wear — 50 years on». — IME, 1987. P. 419 – 426.Савенко В. И., Щукин Е. Д. О соотношениях между феноменологическими и структурными критериями работы узлов трения / Трение и износ. 1987. № 4. С. 581 – 589.Savenko V. I., Shchukin E. D. On the relationship between phenomenological and structural criteria for the operation of friction units / Trenie Iznos. 1987. N 4. P. 581 – 589 [in Russian].Куксенова Л., Лаптева В., Березина Е. и др. Структура и износостойкость азотированной стали / МиТОМ. 2004. № 1. С. 31 – 35.Kuksenova L., Lapteva V., Berezina E., et al. Structure and wear resistance of nitrided steel / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2004. N 1. P. 31 – 35 [in Russian].Герасимов С. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г. и др. Инженерия поверхности и эксплуатационные свойства азотированных конструкционных сталей. — М.: ВИАМ, 2019. — 600 с.Gerasimov S. A., Kuksenova L. I., Lapteva V. G., et al. Surface engineering and operational properties of nitrided structural steels. — Moscow: VIAM, 2019. — 600 p. [in Russian].Герасимов С. А., Жихарев А. В. Зависимость структуры и свойств азотированного слоя от режимов предварительной термической обработки / Материаловедение. Термическая и химико-термическая обработка сплавов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. С. 178 – 183.Gerasimov S. A., Zhikharev A. V. Dependence of the structure and properties of the nitrided layer on the modes of preliminary heat treatment / Materialoved. Term. Khim.-Term. Obrab. Splavov. — Moscow: MGTU im. N. E. Baumana, 2003. P. 178 – 183 [in Russian].Березина Е. В., Мичугина М. С., Лаптева В. Г., Куксенова Л. И. Влияние технологии азотирования на структуру и износостойкость стали / Деформация и разрушение. 2008. № 2. С. 44 – 50.Berezina E. V., Michugina M. S., Lapteva V. G., Kuksenova L. I. Influence of nitriding technology on the structure and wear resistance of steel / Deform. Razrush. 2008. N 2. P. 44 – 50 [in Russian].Куксенова Л. И., Мичугина М. С. Влияние условий нагрева при азотировании на структуру и износостойкость поверхностных слоев стали 38Х2МЮА / МиТОМ. 2008. № 2. С. 29 – 37.Kuksenova L. I., Michugina M. S. Influence of heating conditions during nitriding on the structure and wear resistance of surface layers of steel 38Kh2MYuA / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2008. N 2. P. 29 – 37 [in Russian].Куксенова Л. И., Алексеева М. С. Влияние предварительной обработки на триботехнические характеристики конструкционных азотированных сталей / МиТОМ. 2023. № 1. С. 34 – 42. DOI: 10.30906/mitom.2023.1.34-42Kuksenova L. I., Alekseeva M. S. Influence of pretreatment on tribotechnical characteristics of structural nitrided steels / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2023. N 1. P. 34 – 42 [in Russian]. DOI: 10.30906/mitom.2023.1.34-42Рыбакова Л. М., Куксенова Л. И. Структура и износостойкость металла. — М.: Машиностроение, 1982. — 212 с.Rybakova L. M., Kuksenova L. I. Structure and wear resistance of metal. — Moscow: Mashinostroenie, 1982. — 212 p. [in Russian].Герасимов С. А., Жихарев А. В., Березина Е. В., Зубарев Г. И. Новые идеи о механизме образования структуры азотированных сталей / МиТОМ. 2004. № 1. С. 13 – 17.Gerasimov S. A., Zhikharev A. V., Berezina E. V., Zubarev G. I. New ideas about the mechanism of formation of the structure of nitrided steels / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2004. N 1. P. 13 – 17 [in Russian].Дроздов Ю. Н., Рыбакова Л. М., Литвинов И. П. и др. Кинетика разрушения конструкционных сталей при трении / Трение и износ. 1989. № 5. С. 773 – 778.Drozdov Yu. N., Rybakova L. M., Litvinov I. P., et al. Kinetics of destruction of structural steels during friction / Trenie Iznos. 1989. N 5. P. 773 – 778 [in Russian].Куксенова Л. И., Герасимов С. А., Лаптева В. Г., Алексеева М. С. Физические основы критериальной оценки технологии азотирования деталей узлов трения / МиТОМ. 2012. № 12. С. 39 – 47.Kuksenova L. I., Gerasimov S. A., Lapteva V. G., Alekseeva M. S. Physical bases of criteria Assessment of the technology of nitriding parts of friction units / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2012. N 12. P. 39 – 47 [in Russian].Попов Л. Е., Кобытев В. С., Ковалевская Т. А. Пластическая деформация сталей. — М.: Металлургия, 1984. — 182 с.Popov L. E., Kobytev V. S., Kovalevskaya T. A. Plastic deformation of steels. — Moscow: Metallurgiya, 1984. — 182 p. [in Russian]Попов Л. Е., Конева Н. А., Терешко И. В. Деформационное упрочнение упорядоченных сплавов. — М.: Металлургия, 1976. — 256 с.Popov L. E., Koneva N. A., Tereshko I. V. Strain hardening of ordered alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1976. — 256 p. [in Russian].Куксенова Л. И., Герасимов С. А., Лаптева В. Г. Износостойкость конструкционных материалов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. — 237 с.Kuksenova L. I., Gerasimov S. A., Lapteva V. G. Wear resistance of structural materials. — Moscow: MGTU im. N. E. Baumana, 2011. — 237 p. [in Russian].Герасимов С. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 518 с.Gerasimov S. A., Kuksenova L. I., Lapteva V. G. Structure and wear resistance of nitrided structural steels and alloys. — Moscow: MGTU im. N. E. Baumana, 2014. — 518 p. [in Russian].

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