Файл: Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Технологические основы повышения надежности машин.pdf

сокопрочных закаленных сталей имеет место дисперсионное твердение, снижается содержание остаточного аустенита в струк­ туре и происходит выделение высокодисперсных карбидов, бло­ кирующих плоскости сдвига по плоскостям скольжения. Эти процессы также усиливают упрочнение.

Установлено [60], что эффект упрочнения зависит от струк­ туры стали (рис. 90). Наибольшее увеличение твердости по ука­ занным выше причинам встречается у стали с мартенситной структурой, наименьшее увеличение обнаруживают у стали с

6, кгс/мм2

сг) кгс/ммг

Рис. 91. Кривые изменения предела выно­ сливости образцов из композиционных ма­ териалов:

сорбитной структурой. Поэтому на гладких деталях со структу­ рой сорбита повышение предела выносливости наклепа меньше, а с концентраторами напряжений — больше.

Упрочнение поверхностным пластическим деформированием (ППД) проведено на слойных (композиционных) материалах [27]. Исследовалось влияние ППД на предел выносливости ком­ позиционных цилиндрических образцов с сердечником из армкожелеза и поверхностным слоем из стали Х18Н10Т. Образцы с наружным диаметром 8 мм упрочняли накатыванием после нор­ мализации в трехроликовом приспособлении с диаметром ролика 20 мм и контурным радиусом 5 мм. Площадь плакирования со­ ставляла 30% площади поперечного сечения. Испытание прово­ дилось при чистом круговом изгибе. Характер изменения пре­ дела выносливости и эпюры остаточных напряжений показаны на рис. 91 и 92. Оптимальный режим упрочнения накатыванием заготовок из композиционных материалов следует устанавливать из условия получения сжимающих остаточных напряжений в по­

верхностном слое, не допуская появления значительных растя­ гивающих напряжений на границе раздела слоев.

Упрочнение наклепом может быть использовано для обра­ ботки наружных и внутренних поверхностей деталей [105]. Авто­ матизированное устройство для упрочнения отверстий центро­ бежной обработкой показано на рис. 93 (авторское свидетель­ ство № 200669 на имя Устинова В. Е. и Егорова М. С. «Откры­ тия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1970, № 4). Оно монтируется на мостках алмазно-расточного

Рис. 93. Кинематическая схема уп­ рочняющего устройства:

1 — планшайба; 2 — подвижные эксцентрики; 3 — водило; 4 — хо­

Рис. 94. Эпюры остаточных напря­ жений после упрочнения отверстий на различных режимах:

станка и позволяет обрабатывать одновременно четыре точных отверстия. В качестве инструмента используется приспособление И. И. Ененко (Авторское свидетельство № 116985 на имя Ененко И. И. «Бюллетень изобретений», 1958, № 12). Исследования показали возможность создания в поверхностном слое деталей, изготовляемых из закаленных сталей 40ХНМА и ОХНЗМФА,

остаточных напряжений сжатия до 105 кгс/'мм2 при глубине их залегания до 0,6 мм (рис. 94).

Повышение предела выносливости на 22—24% после дробе­ струйной обработки гладких образцов диаметром 10—12 мм бы­ ло выявлено С. И. Ратнером для алюминиевых сплавов АК4-1 и ВД-17. Аналогично стальным деталям эффект упрочнения на­

М. Н. Степновым. Эти исследования также показали значитель­ ное повышение пределов выносливости сплавов АК4-1 и ВД-17 при испытаниях на переменный изгиб гладких образцов диамет­ ром 10 мм и надрезанных образцов. При этом эффект от упроч­ нения роликами резко повышается с увеличением концентрато­ ров напряжений и для надрезанных образцов выражался в повы­ шении предела выносливости в 2—2,4 раза. Эти же исследова­ ния показали, что эффект от упрочнения накатыванием ролика­ ми с ростом поперечных размеров деталей не только не умень­ шается, но даже увеличивается. Упрочняющее накатывание роликами образцов диаметром 35 мм обеспечило повышение предела выносливости гладких образцов на 46%, а надрезан­ ных — в 3,3 раза (при теоретическом коэффициенте концентра­ ции для надрезанного образца, равном 2,9).

Положительный эффект от поверхностного наклепа деталей из алюминиевых сплавов наблюдался как при переменных изги­ бающих напряжениях, так и при осевом растяжении и сжатии. Усталостные испытания образцов диаметром 18 мм из сплава АК4-1 производили на резонансном двадцатитонном пульсаторе при циклах с различной степенью асимметрии и частотой 2000— 2200 циклов в минуту. Накатывание образцов производилось ро­ ликом диаметром 35 мм с профильным радиусом 6 мм при на­ грузке 26 кгс и осевой подаче 0,06 мм/об в два прохода. Относи­ тельная глубина упрочненного слоя (Д/г) составляла 0,7—0,8 мм. У поверхности упрочненных образцов образовалис£ остаточные сжимающие напряжения 24—26 кгс/мм2. Результаты испытаний показывают, что при симметричном цикле увеличение предела выносливости после упрочняющего накатывания составляет 21,4% для сплава АК 4-1 и 26% для сплава ВД-17. С ростом аси­ мметрии цикла эффект упрочнения уменьшился.

Высокий эффект поверхностного наклепа исследованных алю­ миниевых сплавов (и особенно образцов с концентраторами на­ пряжений) наблюдается вследствие проявления благоприятных остаточных сжимающих напряжений, вызванных поверхностным наклепом. Проведенные опыты с равномерно наклепанными (по

всему сечению) образцами из тех же сплавов не выявили бла­ гоприятного влияния наклепа на предел выносливости.

Были проведены испытания на предел выносливости (при из­ гибе с вращением) неупрочненных и упрочненных накатыванием роликами гладких цилиндрических образцов диаметром 7 мм из сплавов АВ-Т1 (0,46% Си; 0,72% Mg; 0,25% Mn; 0,34% Fe; 0,91% Si; 0,03% Ti). Упрочняющую обработку образцов произ­ водили роликом с профильным радиусом 3,5 мм при нагрузке 16 кгс и подаче 0,06 мм/'об. Для статистической обработки ис­ пользовали результаты испытаний значительного количества образцов (13—15 шт.) на разных уровнях напряжения. Стати­ стическая обработка результатов исследований позволила по­ строить кривые предела выносливости для образцов сплава АВ-Т1, отвечающие различным вероятностям разрушения (р = = 5% и 50%).

Из приведенных данных следует, что упрочненные накатыва­ нием роликом образцы обладают пределом выносливости, на 20—30% большим, чем образцы неупрочненные (полирован­ ные). При этом эффективность упрочнения возрастает с увели­ чением долговечности.

Упрочняющее накатывание роликами значительно повышает предел выносливости деталей из дуралюмина (Д16) не только в нормальных условиях, но и особенно в условиях активных жид­ ких сред. Таким образом, все рассмотренные выше эксперимен­ тальные данные свидетельствуют о значительном эффекте по­ верхностного наклепа для различных алюминиевых и магниевых сплавов (в особенности для деталей с концентраторами напряже­ ний). Можно утверждать, что упрочнение алюминиевых и маг­ ниевых сплавов поверхностным пластическим деформированием аналогично упрочнению сталей как по величине эффекта упроч­ нения, так и по самой природе упрочнения.

Упрочнение накатыванием роликом галтелей, болтов диамет­ ром 6—10 мм из титанового сплава ВТ-16 повышает долговеч­ ность болтов при повторно статических нагрузках в 17—20 раз, а предел выносливости в 2 раза [25].

По данным Д. Д. Папшева и Ю. Г. Голубева упрочнение на­ катыванием повышает выносливость образцов из сплавов ВТЗ-1 и ВТ 9 при повторно-ударном нагружении и износостойкость на 25—30%.

Применение упрочнения наклепом для повышения износо­

стойкости деталей машин. В настоящее время имеется достаточ­ ное количество исследований, свидетельствующих о положитель­ ном влиянии поверхностного наклепа на износостойкость метал­ лических деталей, работающих в условиях трения со смазкой. В Томском институте железнодорожного транспорта были прове­ дены опыты, показавшие повышение износостойкости упрочнен­ ных накатыванием шеек стальных осей при работе их в паре с бронзовыми вкладышами при обильной смазке.