Деформационное упрочнение поверхностей

Повышению износостойкости и усталостной прочности трущихся поверх-ностей деталей и поверхностей, подвергающихся циклическим и знакопеременным нагрузкам (в особенности в сечениях с концентраторами усталостных напряжений – галтели, шпоночные пазы, отверстия и др.) способ-ствует предварительное поверхностное деформационное упрочнение, уменьша-ющее смятие, истирание и адгезию (холодное схватывание) сопрягаемых повер-хностей подвижных соединений, что объясняется улучшением диффузии кис-лорода в упрочненный поверхностный слой и формированием в нем твердых химических соединений FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, препятствующих интенсивности окислительного, адгезионного износа, сдвигу, разрыхлению субмикроскопичес-ких соединений, порождающих развитие усталостных трещин.

Деформационно упрочненные слои малой глубины (1-10 мкм) образуются при полировании, доводке, суперфинишировании и хонинговании, слои относи-тельно большей глубины (20-200 мкм) образуются при накатывании и раскаты-вании поверхностей роликами и шариками и дробеструйной обработке.

Однако при значительной степени пластической деформации поверхностно-го слоя, превосходящей предельное значение для того или иного металла или сплава, начинается процесс разрыва межатомных связей, нарушение сплошнос-

ти материала, формирование усталостных микротрещин в глубине упрочнен-ного слоя, что в совокупности может ускорить сдвиг и износ поверхностного слоя и развитие микротрещин. В связи с этим процесс деформационного упроч-нения в каждом конкретном случае должен быть дозированным.

Следует отметить, что поверхностное упрочнение и остаточные внутренние напряжения могут быть причиной развития коррозионных процессов при длительном нагружении сталей. Правда, накатывание и раскатывание роликами или шариками и дробеструйная обработка, закругляя и завальцовывая неров-ности, повышают сопротивляемость коррозии. Упрочненные слои магнитомяг-ких материалов снижают их магнитные свойства.

Кроме указанных выше факторов, упрочненные слои при рабочей темпера-туре 700-800°C деталей из тепло – и жаростойких и жаропрочных сталей уве-личиваются в объеме, что способствует интенсификации диффузионных про-цессов, выгоранию легирующих элементов, что в целом понижает сопротивля-емость отрыву отдельных кристаллов и разупрочняет поверхностный слой.

Можно отметить, что остаточные напряжения, созданные при поверхност-ном упрочнении, на процесс износа поверхностей подвижного сопряжения влияния не оказывают. Однако наличие растягивающих напряжений в поверх-ностном слое снижают, а сжимающие – повышают предел усталостной проч-ности материалов (на 20 – 50%).

При механической обработке поверхностей заготовок выделяется большое количество тепла (например, при лезвийной высокоскоростной обработке ма-териалов температура в зоне резания может составлять 200-800°C, а при обработке закаленных сталей и при шлифовании – до 900°C), что вызывает структурные изменения материалов поверхностного слоя (дислокации, вакан-сии, упрочнение и разупрочнение, обезуглероживание и др.). Большая скорость охлаждения нагретого поверхностного слоя может вызвать его частичную за-

калку (особенно при обработке высокоуглеродистых сталей). При обработке шлифованием закаленных поверхностей происходит определенный отпуск (на

2 – 5 HRC), иногда формируются прижоги (снижение твердости и обезуглеро-живание отдельных поверхностей) и шлифовочные трещины, что является оча-гами усталостного разрушения деталей.

Изменение параметров заготовок (твердости, припуска, биении обраба-тываемой поверхности), видов и режимов механической обработки оказывает воздействие на отдельные характеристики состояния поверхностного слоя и эксплуатационные свойства деталей, т.е. можно говорить о наличии техноло-гической наследственности состояния поверхностного слоя и определяемых ими эксплуатационных свойств детали от отдельных технологических опера-ций и всего технологического процесса изготовления.

Под технологической наследственностью понимают перенесение на гото-вые изделие в процессе его обработки погрешностей, механических и физико – химических свойств исходной заготовки или свойств и погрешностей, сформи-ровавшихся у заготовки на отдельных операциях изготовления детали.

Так, например, при черновой обработке на токарном станке отливки (литье в землю) биение обрабатываемой поверхности может достигать 0,2 – 0,3 мм (ус-тановка и крепление заготовки в трехкулачковом самоцентрирующемся патроне без поджима центром задней бабки). Наследственное биение обрабо-танной поверхности составило 0,03 - 0,04 мм. После последующих получисто-вого и чистового проходов биение составляло 0,005 – 0,006 мм и 0,003 – 0,004 мм. При этом отмечено, что остаточные внутренние напряжения сжатия, сфор-мированные в процессе черновой обработке на жестких режимах, после чисто-вой обработки уменьшились только на 30 – 40%. Подобная технологическая наследственность может в процессе эксплуатации детали вызвать ее коробле-ние и потерю работоспособности. Для ликвидации или существенного сниже-ния остаточных напряжений в поверхностном слое вводятся после черновой обработке поверхностей (а иногда, и после получистовой) операции термоста-

билизаци заготовок, после которых выполняются чистовые операции механи-

ческой обработки.

Вопросы для самоподготовки:

1.

2.

3.

4.

5.

Дата добавления: 2014-11-29