Цель настоящей работы — сравнительное исследование влияния закалки в двух средах на распределение остаточных напряжений в цементованном слое и усталостную прочность зубчатых колес из стали 18Х2Н4ВА. Результаты закалки в виброкипящем слое сравнивались с закалкой в минеральном масле «веретенное-3» (масло при закалке в нем не перемешивалось). Остаточные напряжения определялись на цилиндрических образцах диаметром 15 мм, высотой 45 мм, прошедших химико-термическую обработку в производственных условиях по принятой на МТЗ технологии термообработки зубчатых колес из стали 18Х2Н4ВА: газовая цементация при температуре 920 °С; охлаждение на воздухе; двукратный отпуск по 2 час при 640 °С. После цементации и отпуска образцы закаливались от 800 °С в двух названных выше средах, затем подвергались отпуску при температуре 140 °С в течение 1,5 час. Глубина цементированного слоя 1,3 мм. Величина и знак остаточных напряжений определялись по глубине цементированного слоя рентгеноструктурным методом. Методика основана на определении изменения межплоскостного расстояния плоскости (211) исследуемого образца по отношению к той же плоскости эталонного образца. В качестве эталона использовался образец исследуемой стали, прошедший химико-термическую обработку до закалки. Съемка образцов проводилась на установке УРС-50И. Поверхностные слои удалялись цементированного слоя.
По результатам расчетов построены эпюры напряжений I рода. Эпюры напряжений свидетельствуют о том, что на поверхности образцов, закаленных в обеих средах, возникают остаточные напряжения, однако в образцах, закаленных в кипящем слое, они значительно выше — в 2,5 раза. Напряжения сжатия после закалки в кипящем слое сохраняются на глубине до 0,3 мм, в то время как при закалке в масле, начиная с глубины 0,18 мм, возникают напряжения растяжения.
Более высокий уровень сжимающих напряжений, сохранение их на большей глубине и плавный переход от сжимающих напряжений к растягивающим в образцах, закаленных в кипящем слое, предполагают повышенную усталостную прочность деталей, закаленных в кипящем слое, по сравнению с деталями, закаленными в масле.