Файл: Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом.pdf

ди проекции отпечатка на плоскость, касательную к ци­ линдру, т. е.

такта были проведены па тех же образцах из сталей 15, 35, 45, 45Г2.

Рис. 10. Приспособление для получения отпечатка на цилин­ дрической поверхности образца

С помощью пятитонного пресса Р-5 и специально из­ готовленного прнспособелния (рис. 10) получены отпечат­ ки на цилиндрической поверхности образцов (рис. 11).

Приспособление представляет собой корпус 1, в ко­ тором на оси 2 закрепляется образец 3. Пуансои 4, являю­ щийся частью упрочняющего ролика, контактирует с образцом. Нагружение осуществляется через шарик 5. Индикатор 6 показывает перемещение пуансона 4, а инди­ катор 7 — перемещение образца из-за имеющихся за­ зоров и упруго-пластической деформации системы. Раз­ ность показаний приборов 6 и 7 характеризует глуби­ ну отпечатка под нагрузкой.

58

Приспособление позволило более точно, чем это воз­ можно на производственной установке, осуществить на­ гружение и замер глубины отпечатка.

На микроскопе УИМ-21 измерялись большая и малая осп проекции отпечатка (эллипса). Найденная площадь несколько меньше действительной, так как она является лишь площадью проекции отпечатка, которая, кроме того, вычислена без учета упругих деформаций. Поэтому полу-

Рис. 11. Отпечатки: 1—5 — соответственно усилия 4,9, 9,8, 14,7, 19,6, 24,5 кН

чениые значения давлений несколько завышены. Резуль­ таты опытов приведены в табл. 5.

Из таблицы видно, что с увеличением усилия на ролик (от 4,9 до 24,5 кН) среднее давление в зоне контакта для исследуемых сталей почти не изменяется. Величина дав­ лений, полученных от нагрузки на ролик в 4,9 кН, не­ сколько ниже, чем при остальных нагрузках. Это вызвано тем, что при точечном контакте в малом объеме металла преобладает пластическая деформация. Она протекает преимущественно в направлении касательных напряже­ ний, вызывая увеличение размеров отпечатка в плоскости, перпендикулярной действию силы.

С увеличением нагрузки на ролик свыше 4,9 кН про­ никновение инструмента в деталь увеличивается. Дефор­ мациям (упругой и пластической), которые протекают в направлении, перпендикулярном к рабочей поверхности инструмента, подвергается значительно больший объем металла. Как видно из данных табл. 5, размеры отпечат­ ков (в том числе и их глубина) увеличиваются пропор­ ционально нагрузке, приложенной к ролику. Поэтому, учитывая погрешности опыта, давление в зоне контакта

59

можно считать постоянным. Для сталей 15, 35, 45, 45Г2 оно соответственно равно 875, 1160, 1320, 1830 МН/м2.

Таким образом, эксперименты показали, что глубина и размеры отпечатка увеличиваются с увеличением нагруз­ ки на ролик. Глубина проникновения ролика в деталь является одним из основных факторов, влияющих на из­ менение физико-механических свойств стали и микропро­ филя поверхности детали.

Давления, найденные по проекции отпечатка, в 2—2,5 раза меньше расчетных, полученных по формулам для упругих деформаций Герца и И. Я- Штаермана, и более, близки к результатам Ю. Г. Проскурякова [121]. Данные опытов совпадают с результатами других авторов, в част­ ности с исследованиями В. В. Иванова, проведенными на стали Ст. 5 [57, 58]. Как показали исследования, выпол­ ненные в Физико-техническом институте АН БССР, в каж­

60

дом конкретном случае на эффект упрочнения влияют также параметры обрабатываемой детали, инструмента, а также физико-механические свойства их материалов.

4.Изменение глубины наклепа

итвердости поверхностного слоя

При обкатывании цилиндрической поверхности роли­ ком, как уже говорилось, имеет место упруго-пластиче­ ская контактная задача, решив которую, можно было бы получить качественные и количественные характеристики изменения механических свойств по глубине поверхност­ ного слоя. Поэтому был предпринят ряд теоретических и экспериментальных исследований [115, 116], позволяю­ щих с достаточным приближением определять глубину деформации в зависимости от режимов обкатывания. С. Г. Хейфец [158], используя зависимости Герца и Беляе­ ва, установил зависимость между безразмерными величи­ нами P/a2as и t/a, которая позволяет вычислить или при­ нять значения параметров Р, a, as и найти величину на­ клепа (рис. 12, табл. 6).

Глубина наклепа в наших исследованиях определя­ лась по изменению твердости от поверхности образца к его середине. Расстояние между отпечатками пирамиды,

61

характеризующее максимальную и минимальную твердо­ сти, замерялось на микроскопе (рис. 13). Истинная глу­ бина наклепа вычислялась по формуле (12). Значения твердости по глубине наклепанного слоя сравнивались с исходной, которая определялась на том же шлифе. Это являлось критерием степени наклепа. Опыты показали, что проникновение пластической деформации в глубь де­ тали прежде всего зависит от давления в зоне контакта,

Рис. 12. График для определения глубины наклепанного слоя по методу С. Г. Хейфеца

т. е. от усилия, приложенного к роликам, а также от фи­ зико-механических свойств материала обрабатываемой детали.

С увеличением глубины внедрения ролика увеличива­ ется глубина проникновения пластической деформации, которая тем больше, чем пластичнее сталь. Для рассма­ триваемых сталей при прочих равных условиях наиболь­ шая глубина наклепа у стали 15, наименьшая — у стали 45Г2. Даже незначительное увеличение содержания угле­ рода у стали ведет к уменьшению проникновения пласти­ ческой деформации (табл. 7).

У деталей из стали 45Г2 по сравнению с деталями из стали 45 более значительная деформация наблюдается в непосредственной близости от поверхности. Эта -особен­ ность обусловлена благоприятным сочетанием высокой прочности с пластичностью, придаваемой стали мар­ ганцем.

Глубина наклепа исследуемых сталей не имеет пря­ мой пропорциональной зависимости от усилия обкатыва­ ния. Изменение твердости наклепанного слоя происходит по плавной кривой, переходящей почти в горизонтальную прямую (рис. 14). Сравнивая отношения глубин наклепа, полученных при разных усилиях обкатывания (табл. 7),

62

было отмечено, что нх величина для исследуемых марок сталей колеблется почти в одном пределе. Отношение наибольшей глубины наклепа к наименьшей для среднеуглеродистых сталей — величина постоянная, т. е.

Рис. 13. Микроструктура поверхностного слоя стали 15 после обка­ тывания с усилием 4,9 кН, Х200

Глубина упрочнения, полученная экспериментально п определенная по методу С. Г. Хейфеца, согласуется не­ плохо [147, 158]. Значения опытных данных несколько вы­ ше теоретических в связи с тем, что при расчете не учиты­ валось влияние сглаживающего ролика и масштабного фактора.

Исследование влияния числа проходов на глубину пла­ стической деформации показало, что глубина наклепа, близкая к максимальной, достигается уже при первом проходе. Образцы, обкатанные за один и десять проходов, не имели большого различия в глубине наклепанного

63