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

где К — коэффициент, учитывающий свойства материала и его пластичность, то из выражения (33) нетрудно за­ метить, что величина подачи растет с увеличением про­ фильного радиуса инструмента. Она зависит от механи­ ческих свойств обкатываемого материала: чем пластич­ нее металл (а больше), тем величина подачи больше, с ростом усилия на ролик величина подачи растет. Зависи­ мость подтверждает, что с увеличением давления в зоне

контакта подача должна увеличиваться, так как длитель­ ное контактирование ролика с микрообъемами при малых, подачах вызывает или перенапряжение в поверхностном слое (для сталей со средним содержанием углерода), или течение металла из-под ролика (для сталей с малым со­ держанием углерода).

Исследование других технологических факторов об­ катывания показало, что они особого влияния на про­ цесс наклепа и качество поверхности не оказывают [71]. Например, скорость влияет в основном на производитель­ ность труда. Правда, при увеличении скорости обкатыва­ ния несколько снижается степень пластической деформа­ ции [170]. Это объясняется ее энергией. Скорость распро­ странения волны пластической деформации — величина постоянная для данного материала, и при больших ско­ ростях деформирования она не успевает распространить­ ся на значительную глубину.

Таким образом, сущность процесса размерночисто­ вой — упрочняющей обработки наружных цилиндриче­ ских поверхностей пластическим деформированием за­

77

ключается в смятии гребешков мпкронеровностей под действием приложенного к ролику усилия, заполнении впадин за счет перераспределения микрообъемов метал­ ла, изменении микроструктуры, твердости и внутренних остаточныX иапряжеиий.

Выступы мпкронеровностей под действием радиаль­ ных сил в зоне контакта постепенно притупляются, шири­ на гребешков увеличивается у основания, а глубина и ши­ рина впадин уменьшается. По мере заполнения микро­ впадин металлом улучшаются чистота и микропрофиль поверхности. Дальнейшая пластическая деформация, со­ провождающаяся перемещением металла в радиальном и осевом направлениях, оказывает влияние на характери­ стики упрочнения, шероховатость поверхности и ее профиль.

При качении ролика по обкатываемой цилиндриче­ ской поверхности на величину и характер деформаций оказывают влияние как напряжения в зоне контакта, так и силы трения, возникающие вследствие окружного про­ скальзывания роликов и осевого их перемещнпя.

В данном случае в отличие от чистовой обработки де­ талей резанием волокна стали не ослабляются за счет разрушения, а, наоборот, в них создаются благоприятные сжимающие напряжения с одновременным уменьшением высоты мпкронеровностей поверхности. Завальцовывание микротрещин металла в поверхностном слое способствует сохранению целостности волокон.

Опыты показали, что поверхностные слои в результате наклепа претерпевают значительные структурные измене­ ния. Зерна вытягиваются в направлении движения ин­ струмента, приобретают ориентацию. При этом величина пластической деформации, как и характер мнкропрофнля, зависит в основном от давления на контактной пло­ щадке и от химического состава стали. Усилие обкатыва­ ния, число проходов, продольная подача, размеры, форма деталей и инструмента, физико-механические свойства материалов являются основными факторами, влияющи­ ми на глубину, степень наклепа и шероховатость поверх­ ности. Лучшим видом обработки, предшествующей обка­ тыванию, является точение, когда чистота поверхности после него находится в пределах шестого класса, высту­ пы и впадины чередуются равномерно, нет вмятин и над­ ломленных гребешков. Это легко достигается обработкой

7.8 .

резцами с малыми углами в плане и особенно ротацион­ ным резанием [73].

точное упрочнение поверхности при высоком классе ее чи­ стоты, но может значительно повысить производитель­ ность труда, снизить себестоимость выпускаемых изделий. Универсальность процесса обработки поверхности пла­ стическим деформированием выгодно отличает его от шлифования, поэтому он может быть рекомендован для более широкого внедрения в промышленном сельскохо­ зяйственном машиностроении и ремонтном производстве.

7. Влияние наклепа на антикоррозионные свойства поверхности

При эксплуатации и хранении детален машин их по­ верхности, особенно поверхности трения, подвергаются механическому и молекулярному воздействию. Большое влияние при этом оказывает окружающая среда: в одних

верхности детали. Антикоррозионная стойкость поверх­ ности во многом зависит от ее предшествующей механи­ ческой обработки. Поэтому представляет большой практический и теоретический интерес вопрос о влиянии наклепа на изменение физико-механических и физико-хи­ мических свойств поверхности. С целью изучения влияния поверхностного наклепа на антикоррозионную стойкость были проведены эксперименты на образцах из сталей 15, 35, 45, 45Г2. Образцы были обкатаны с усили­ ями на ролики от 2,4 до 24,5 кН. В зависимости от усилия обкатывания величина пластической деформации наруж­ ного слоя, как и чистота поверхности, была различной [148]. Для сравнения были взяты образцы со шлифован­ ной поверхностью.

Исследования проводились в следующих средах: ма­ шинное масло, естественные атмосферные условия лабо­ ратории, смесь паров концентрированной соляной кисло­ ты II воздуха. Время эксперимента для первых двух сред равно 18 месяцам, для третьей — 480 час. Температура в первом случае колебалась в пределах 291—297 °К, во вто­

79

ром была равна 291 °К. Антикоррозионная стойкость по­ верхности оценивалась визуально и по изменению веса образцов:

где Р0 — вес образца до испытаний, г; Р х— вес образца после испытаний, г; 5 — площадь поверхности, и 2.

Эксперименты показали, что образцы, находившиеся в масляной ванне, следов общей коррозии не имели. Как обкатанная поверхность (независимо от режима обкат­ ки), так и шлифованная имели одинаковую антикоррози­ онную стойкость. Было отмечено, что в данном случае холодная пластическая деформация стали с содержанием углерода от 0,15 до 0,45% не ведет к снижению ее анти­ коррозиоиноft стойкости.

Поверхность обезжиренных образцов, находившихся в комнатной атмосфере, имела различную антикоррозион­ ную стойкость в зависимости от вида обработки поверх­ ности и в несколько меньшей степени от величины накле­ па. За время опыта обкатанная поверхность вместо ярко­ го металлического блеска приобрела слабый матовый оттенок. В некоторых местах появились небольшие очаги коррозии. Число таких очагов росло с увеличением на­ клепа и содержания углерода в стали. Шлифованная по­ верхность оказалась менее устойчивой против общей коррозии. Участки, пораженные коррозией, по площади были в 2 —3 раза больше, чем у обкатанных образцов.

Эксперименты показали, что тонкая обработка поверх­ ности деталей особенно важна в случае хранения их в атмосферных условиях. Было отмечено, что на грубо об­ работанной поверхности, а также на поверхности после шлифования очаги коррозионного разрушения возникают раньше, чем на обкатанной. С повышением температуры и влажности среды коррозионный процесс значительно интенсифицируется. Сказанное выше относится ко всем исследуемым сталям. Марганец в стали 45Г2 не оказыва­ ет заметного влияния на ее антикоррозионные свойства. Он лишь придает окисной пленке ярко выраженный крас­ ный оттенок.

Пары концентрированной соляной кислоты в воздухе ускоряют процесс общей коррозии стали. При этом ме­ нее стойкими оказались образцы со шлифованной поверх-

8 0

Т а б л и ц а 13

Влияние наклепа на антикоррозионные свойства поверхности

ностыо. По мере увеличения наклепа свыше оптимальных значений и повышения содержания углерода в стали ее антикоррозионные свойства снижаются (табл. 13).

Марганец несколько повышает коррозионную стой­ кость наклепанных образцов. Вероятно, это объясняется разным потенциалом марганца и феррита (1,05— у пер­ вого и 0,44— у второго).

Глава IV

ВЛИЯНИЕ НАКЛЕПА НА ИЗМЕНЕНИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ

1. Микроструктура сталей, упрочненных наклепом

Микроструктура металла и его свойства неразрывны. В процессе обкатывания стальных детален роликом по­ верхностные слои претерпевают значительные изменения. Вместе с изменением качественных характеристик микро­ структуры металл приобретает новые физико-механи­ ческие свойства (табл. 14) [94].

После термической обработки (нормализации) заго­ товок из исследуемых сталей их микроструктура состояла из явно выраженных перлита и феррита (рис. 21). У ста­ ли 15 зерна феррита покрывают большую часть площади видимой части шлифа. С увеличением в стали углерода структура становится более мелкозернистой. У сталей 45 и 35 структурные составляющие распределены равно­ мерно и в равном количестве. Эти марки по величине зерна мало отличаются друг от друга. У стали 45Г2 зер­ на несколько мельче, небольшое количество свободных

Т а б л и ц а 14

Влияние наклепа на механические свойства малоуглеродистой стали (0,06%)