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

дробью с последующим гидрополированием — на 36%. Повы­ шение предела выносливости образцов, обработанных гидро­ полированием, объясняется тем, что мелкие равномерно распределенные углубления на полученной таким способом по­ верхности не являются резкими концентраторами напряжений.

Упрочнение конструкционных сталей термомеханической обработкой

закалки и низкого отпуска. Это приводит к увеличению предела

12% и сужения с 5 до 42% [79].

Особенностью другого способа является осуществление процесса закалки в электромагнитном поле, создаваемом соленоидами или электромагнитами. Средние значения предела прочности и предела текучести материалов при обработке этим способом возрастают примерно на 35—70 кгс/мм2; одновременно

чести и предела прочности ав. Например, сталь после стандарт­

второму способу, объясняются мелкозернистой однородной микроструктурой материала; при этом достигается равномерное распределение атомов в кристаллической решетке металла, что обеспечивает более полное использование ресурса прочности.

Последовательность технологических операций при упроч­ нении конструкционных сталей по третьему способу, названному низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), близка к первому. Она заключается в аустенитизации при температуре 1000— 1100° С, переохлаждении аустенита и дефор­ мации с обжатием 75—95% при температуре 400—600° С, закал­ ке на мартенсит и низком отпуске (100—200° С).

При такой высокой степени деформации происходит дробление зерен аустенита на очень мелкие (1,5—2 мкм).

Следующая затем закалка приводит к возникновению мелко­ кристаллического мартенсита; последнее может быть объяснено тем обстоятельством, что размеры кристаллов мартенсита не могут превышать размеров зерен аустенита. Аналогичная структура мелкодисперсного мартенсита возникает при проведе­

несколько секунд, является недостаточным для роста зарождаю­

т

причиной образования кристаллов мартенсита весьма малых размеров, характерными особенностями которого являются более высокая износостойкость и ряд других ценных качеств.

Проведенные исследования позволили установить, что имеется некоторая критическая степень деформации, необходи­ мая для повышения механических свойств стали. Например, сталь, содержащая около 0,5% С, была подвергнута деформации на 50 и 90%. После проводимого во всех случаях отпуска при

не прошедших этой обработки, показано на рис. 101. При при­ менении указанного способа значительно увеличивается проч­ ность сталей.

К числу недостатков данного метода упрочнения следует от­ нести необходимость применения мощного оборудования для обработки давлением.

Существенным недостатком упрочнения способом НТМО является необходимость изготовления деталей в их почти окончательных форме и размерах, так как повышение прочности и твердости стали крайне усложняет последующую механиче­ скую обработку, почти полностью исключая резание. Кроме того, при нагреве изготовленных таким способом деталей в про­ цессе эксплуатации выше температуры низкого отпуска

свойств. Практически повышенные прочностные свойства сохра­ няются только при комнатной и низкой температуре.

В настоящее время применяют детали, подвергаемые при эксплуатации нагреву до высокой температуры (от нескольких сотен до тысячи градусов и более). В зависимости от назначения и требуемой долговечности механизмов и аппаратуры, в которых имеются работающие в нагретом виде детали, к применяемым для их изготовления материалам предъявляются различные требования. Например, материалы для энергетического обору­ дования (котлов высоких параметров, трубопровода, подвер­

могут быть взяты значительно большими. Наконец, для деталей, деформация которых за время работы может составлять около 5—10%, при тех же температурных режимах допускаемые напряжения могут быть резко повышены; они обычно опреде­ ляются испытаниями на длительную прочность.

Во всех рассмотренных примерах прочность деталей, работающих в условиях высокотемпературного нагрева, обу­ словливается преимущественно прочностью границ зерен.

Новым направлением в области повышения прочности

высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО). Сущность способа ВТМО заключается в совмещении

пластической деформации на 25—35% (проводимой после гомогенизации твердого раствора, осуществляемой при темпе­ ратуре около 1200° С, и последующего подстуживания до темпе­ ратуры 1100—1000° С) с немедленным охлаждением, позволяю­ щим предотвратить развитие рекристаллизации, а также зафиксировать особое структурное состояние, возникающее

в результате деформации. После завершения указанных опе­ раций производят старение. Важной особенностью данного способа является повышение длительной прочности аустенитных: сталей и сплавов при условии работы их при нагреве до темпе­ ратуры, не превышающей температуры рекристаллизации.

Эффект упрочнения с применением способа ВТМО ряда аустенитных сталей сохранялся до температуры 900—950° С.

Схема микроструктурного строения тела и границ зерен, образующихся после ТМО, показана на рис. 102. Особенностью

Рис. 102. Схема микроструктуры, образующейся после проведения ТМО:

а — оптимальный режим ТМО; б — начало развития рекристаллизации при высоких температуре и скорости деформирования и замедленном охлаждении; в — то же. что б, но при более полном протекании и рекристаллизации

ТМО является возникновение в процессе высокотемпературной: пластической деформации характерной зубчатости границ зерен с амплитудой и периодом отдельных зубцов около 5—10 мкм. При этом происходит дробление зерен на фрагменты и умень­ шаются размеры блоков.

На рис. 102, б и в показано микростроение металла в резуль­ тате ТМО при нерациональных режимах: по границам зерен развивается рекристаллизация, проявляющаяся в виде образо­ вания цепочки мелких, постепенно увеличивающихся в размерах зерен.

При неправильном режиме ТМО, когда развитие процесса рекристаллизации не удается остановить, на границах зерен вместо зубцов наблюдается возникновение зародышей новых зерен. При этом устраняется эффект повышения длительнойпрочности. Время до разрушения после ТМО при правильном режиме может возрастать в несколько раз. Например, упроч­ нение хромоникельмарганцовистой аустенитной стали при

температуре 900° С и деформации до напряжения 14 кгс/мм2 приводит к увеличению времени до разрушения в 4—5 раз по сравнению с характеристиками длительной прочности после обычной стандартной термической обработки (закалки с после­ дующим старением).

ТМО можно проводить при различных схемах деформации. Схемы основных способов пластической деформации при ТМО показаны на рис. 103. На рис. 103, а дана схема прокатки в вал­ ках 1 и 2 нагретой заготовки 3, перемещаемой со скоростью несколько метров в минуту в зону интенсивного охлаждения 4.

!д)

Рис. ЮЗ. Схемы основных видов пластической деформации при проведении ТМО:

а прокатка; б — волочение; в — обработка в ковочных вальцах; г — штамповка; о — выдавливание

Для охлаждения может быть использовано спрейерное устрой­ ство, аналогичное применяемому при проведении непрерывно­ последовательной поверхностной закалки после нагрева т. в. ч. Расстояние h определяется скоростью перемещения заготовки, температурным режимом и другими факторами. При допусти­ мом для данной стали времени t с после окончания пластической деформации и начала охлаждения

h = vt см.