Казанский (Приволжский) федеральный университет (Набережные Челны, Россия)

Г. Ф. Мухаметзянова, доцент кафедры материалов, технологий и качества, канд. техн. наук, gulnara-ineka@mail.ru
Т. В. Швеёва, доцент кафедры материалов, технологий и качества, канд. техн. наук, asttv@mail.ru
В. И. Астащенко, профессор кафедры материалов, технологий и качества, докт. техн. наук, astvi-52@mail.ru
Д. Т. Сафаров, доцент кафедры технологий цифрового машиностроительного производства, канд. техн. наук, safarov-dt@mail.ru

ПАО «КАМАЗ» (Набережные Челны, Россия)
В. В. Махонин, начальник бюро термической обработки, vasilii.mahonin@yandex.ru

Выполнен анализ применения сталей и чугунов для изготовления коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобильных транспортных средств. Приведены комплексные исследования химического состава, свойств и технологичности стали 42ХФМА при изготовлении коленчатых валов. Показано, что сталь 42ХМФА в прокате имеет высокие показатели механических свойств и низкий уровень загрязненности по неметаллическим включениям, характеризуется заданной величиной прокаливаемости и обладает необходимой технологичностью на всех этапах передела металла в деталь. Предложены решения по улучшению обрабатываемости резанием лезвийным инструментом поковок при глубоком сверлении отверстий путем ограничения содержания серы по нижнему значению до 0,015 %. Установлена возможность повышения прочности, циклической долговечности и ударной вязкости стали за счет применения при закалке термоулучшаемой стали водных растворов полимеров. Поверхностная закалка коленчатых валов с нагрева ТВЧ обеспечивает получение высокой твердости закаленного слоя и микроструктуру – мартенсит. Упрочненные коленчатые валы из стали 42ХМФА имеют запас прочности от 3,7 раза и более. Для дополнительного повышения усталостной прочности, износостойкости, коррозионной стойкости и сохранения геометрической точности деталей при поверхностном упрочнении коленчатые валы, изготовленные из стали 42ХМФА, целесообразно подвергать азотированию. После азотирования деталей из стали 42ХМФА глубина упрочненного слоя составила в пределах 0,3–0,4 мм, твердость поверхности 670–740 HV. Рекомендовано сталь 42ХМФА внести в стандарт ГОСТ Р53444–2009 в состав материалов, используемых для изготовления коленчатых валов ДВС автомобильных транспортных средств.

1. Yaroshevich V. K., Belotserkovsky M. A., Savich E. L. Automotive engine crankshafts. Belarusian National Technical University. Minsk: BNTU, 2004. 176 p.
2. Kuldashev Sh. R., Khurramov A. I. Technology for reconditioning automotive engine crankshafts. Universum: technicheskie nauki. 2023. No. 9-2 (114). pp. 42–45.
3. Lebedev V. A., Prokopets G. A., Korolkov Yu. V., Shishkina A. P. Technological assurance of surface quality and operational properties of machine parts: Textbook. Moscow: Nauchnoizdatelskiy tsentr INFRA-M, 2024. 221 p. DOI: 10.12737/1900534
4. GOST R 53444–2009. Motor vehicles. Crankshafts of engines. General technical requirements and test methods. Introduced: 01.06.2010.
5. Jin long Lu, Guo guang Cheng, Meng Wu, Guo Yang, Ju long Che. Detection and analysis of magnetic particle testing defects on heavy truck crankshaft manufactured by microalloyed medium carbon forging steel. Journal of Iron Steel Research International. 2020. No. 27. pp. 608–616.
6. Lipchina A. N., Povar V. I. Effect of hardenability on the properties of diesel engine crankshafts made of 42KhMFA steel. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 1982. No. 6. pp. 8–11.
7. Jiang B., Dong Z., Yang Z., Zhou L., Liu Y. et al. Analysis of the formation of surface crack on crankshaft after die forging. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2015. Vol. 68. No. 4. pp. 553–559. DOI: 10.1007/s12666-014-0485-5
8. Mukhaev O. N., Panov A. G. Application of modern materials in the iron casting production at the AVTOVAZ metallurgical plant. Liteyshchik Rossii. 2013. No. 10. pp. 23–25.
9. Huang H., Qian Z., Liu Z. Evaluation of the Repair Quality of Remanufactured Crankshafts. Metal Magnetic Memory Technique and Its Applications in Remanufacturing, Singapore. 2021. 11 May. pp. 217–228. DOI: 10.1007/978-981-16-1590-0_13
10. Svetlichny N. I., Ayukin E. A., Ishchenko V. I., Leonov S. M. Development of strengthening technology for KAMAZ engine crankshafts. Avtomobilnaya promyshlennost. 2015. No. 4. pp. 29–33.
11. Technical Specification TU-14-1-5083-91. Rolled sections of 42KhMFA structural alloy steel. Specifications. Moscow: TsNIIChermet, 1991. 7 p.
12. GOST 54153-2010. Steel. Method of atomic emission spectral analysis. Introduced: 01.01.2012.
13. GOST 12344-2003. Alloyed and high-alloyed steels. Methods for determination of carbon. Introduced: 09.09.2004.
14. GOST 12345-2001. Alloyed and high-alloyed steels. Methods of sulfur determination. Introduced: 01.03.2002.
15. GOST 18895-1997. Steel. Method of photoelectric spectral analysis. Introduced: 01.01.1998.
16. GOST 9012-59. Metals. Method of measuring Brinell hardness. Introduced: 01.01.1960.
17. GOST 9013-59. Metals. Method of measuring Rockwell hardness. Introduced: 01.01.1969.
18. GOST 9450-76. Measurements of microhardness by diamond instruments indentation. Introduced: 01.01.1977.
19. GOST 1497-61. Metals. Method of tension tests. Introduced: 01.01.1975.
20. GOST 9454-70. Metals. Method for testing the impact strength at low, room and high temperature. Introduced: 01.01.1979.
21. GOST 5657-69. Steel. Methods for the determination of hardenability. Introduced: 01.07.1970.
22. GOST 10243–78. Steel. Methods of testing and estimation of macrostructures. Introduced: 01.01.1978.
23. GOST 4543–71. Structural alloy steel bars. Specifications. Introduced: 01.01.1973.
24. GOST 1778–70. Steel. Metallographic methods for the determination of nonmetallic inclusions. Introduced: 01.01.1972.
25. GOST 5639–82. Steels and alloys. Methods for detection and determination of grain size. Introduced: 01.01.1983.
26. Min Churl Song, VanTyne Ch. J., Jin Rae Cho, Young Hoon Moon. Optimization of Preform Design in Tadeusz Rut Forging of Heavy Crankshafts. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2017. Vol. 139. p. 091014.
27. Astashchenko V. I. On the manufacturability of engineering steels. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Technicheskie nauki. 2005. No. 4. pp. 42.
28. Arzamasov B. N., Solovyova T. V., Gerasimov S. A. Handbook on structural materials. Moscow: Izdatelstvo MGTU imeni N. E. Baumana, 2005. 640 p.
29. Quality control of heat treatment of steel semifinished products and parts: A Handbook. General Editor: V. D. Kalner. Moscow: Mashinostroenie, 1984. 384 p.
30. Myasnikovich M. V., Adrianov N. V., Timoshpolsky V. I. Key approaches to ensuring product quality at the level of world standards. Stal. 2004. No.10. pp. 65–68.
31. Gliner R. E., Astashchenko V. I. Introduction to metal quality management: A Textbook. Moscow: Vologda: Infra-Inzhenerium, 2022. 276 p.
32. Gubenko S. I., Parusov E. V., Parusov O. V. The role of inclusion-matrix boundaries in steels fracture processes. Chernye Metally. 2021. No. 6. pp. 42–47.
33. Pesin A. M., Shveeva T. V., Pustovoytov D. O. Features of the use of cast and deformed steel for machine parts. Chernye Metally. 2020. No. 1. pp. 43–49.
34. GOST 7564–97. Rolled products. General rules of sampling, rough specimens and test pieces selection for mechanical and technological testing. Introduced: 01.01.1999.
35. GOST 1497–61. Metals. Methods of tension tests. Introduced: 01.01.1975.
36. GOST 8479-70. Structural carbon and alloyed steel forgings. General specifications. Introduced: 01.01.1971.
37. Maisuradze M. V., Byork T. Microstructure and mechanical properties of high-strength steel with improved machinability. Metallurg. 2022. No. 4. pp. 37–44. DOI: 10.52351/00260827_2022_04_37
38. Astashchenko V. I., Kolesnikov M. S., Rodkin I. M. Effect of sulfur content on the machinability of 20KhGNMTA steel. Design and Research of Technical Systems: Interuniversity Scientific Collection. Naberezhnye Chelny: Izdatelstvo KamPI, 2004. Iss. 5. pp. 91–94.
39. Gordienko A. I., Gurchenko P. S., Milyuk A. I., Vebera I. I. Processing of engineering components using induction heating. Minsk: Belorusskaya nauka, 2009. 287 p.
40. Astashchenko V. I., Shveyova T. V., Shveyov A. I. The effectiveness of hardening thermally improved steels in aqueous polymer solutions. Chernye Metally. 2020. No. 4. pp. 47–53.
41. Lyuty V. Quenching media: A Handbook. Translated from Polish by G. N. Mekhoda; edited by S. B. Maslenkov. Chelyabinsk: Metallurgiya, 1990. 189 p.
42. Rauzin Ya. R. Heat treatment of chromium steel. Moscow: Mashinostroenie, 1978. 277 p.
43. GOST 8233-56. Steel. Microstructure standards. Introduced: 01.07.1957.