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

Барвелл особо выделяет непрерывный износ, выра­ жающийся в удалении металла в виде небольших час­ тиц, уносимых смазкой без порчи поверхности. Этот вид износа может продолжаться в течение длительного вре­ мени, прежде чем его влияние станет ощутимым.

К нежелательному виду износа автор относит задир поверхности, который приводит к невозможности даль­ нейшего использования детали. Причиной задира явля­ ется высокая температура, возникающая в точках не­ посредственного контакта.

Барвеллом в особые группы выделены износ при трении качения, являющийся следствием усталости ме­ талла, и абразивный износ.

Наиболее тяжелой формой разрушения поверхности Барвелл считает «усталостную коррозию», которая ха­ рактеризуется появлением на поверхности осповидных углублений и скоплением окислов. Смесь наклепанного металла окислов, продуктов химических реакций уско­ ряет ухудшение поверхностей и ее износ.

Блок [16] отмечает, что при всем многообразии ви­ дов износа общим для них является перенапряжение поверхностного слоя металла. Поэтому в основу класси­ фикации нужно взять те виды износа, в которых пере­ напряжения проявляются особенно сильно. К первому классу автор отнес односторонний износ (или эрозию), ко второму — двусторонний износ, к последнему — аб­ разивный, адгезионный износ и износ за счет усталост­ ного разрушения поверхности.

Схематическая классификация Блока не дает реко­ мендаций, при каком виде износа поверхность сможет работать, не теряя служебных свойств более длитель­ ное время. Этого недостатка не имеют классификации Б. И. Костецкого и Барвелла.

Некоторые зарубежные ученые считают, что сила трения и износ поверхности возникают вследствие взаимодействия тел, образования мостиков сварки под действием температуры трения и разрушения этих мо­ стиков. Объемное деформирование поверхностных сло­ ев, по их мнению, играет второстепенную роль, что для металлов оно всегда пластическое, а это значит, что коэффициент трения является величиной постоянной и его значение выражается отношением сопротивления на срез к твердости менее прочной составляющей пары

•28

трения. Такая точка зрения противоречит действитель­ ному положению вещей.

II.В. Крагельскин, Б. И. Костецкпй, М. М. Хрущов

идругие ученые придерживаются иной точки зрения: образование мостиков сварки в нормальных условиях трения устраняется применением различных смазок и пленок (окислов). Основную роль при трении и износе играет объемное упругое и пластическое деформирова­

ние мнкроиеровиостей и в результате многократного де­ формирования усталостное разрушение их. Коэффи­ циент трения изменяется для данной пары в зависимо­ сти от давления, размера поверхности, температурного режима, ибо он представляет собой комплексную харак­ теристику свойств тел, режимов скольжения.

Финч [154, 155], изучая явления схватывания в за­ висимости от давления и температуры, сделал вывод, что в этом процессе немаловажную роль играет пласти­ ческая деформация, которая приводит к разрушению окисных адсорбированных пленок, предотвращающих схватывание. Различную склонность к схватыванию раз­ ноименных пар металлов автор объясняет их различ­ ными физическими свойствами, главным образом раз­ личной твердостью и изнашиваемостью окисных пленок.

Финк [152, 153] при исследовании влияния окисле­ ния металлов при трении качения на износ трущихся пар пришел к заключению, что окисление металлов при их износе трением второго рода резко увеличивает ко­ эффициент трения, является промежуточным этапом разрушения трущихся поверхностей, что окислению со­ путствует пластическая деформация поверхностного слоя. На основе экспериментов автор развил свою те­ орию окисления трением.

Б. И. Костецкий, изучая работы Финка, отметил основной недостаток его исследований: они проводились при трении II рода. Трение II рода характеризуется упрочнением поверхностных слоев металла, остаточны­ ми напряжениями I рода и явлениями усталости метал­ ла. Все это вызывает ведущий осповидный износ. Окис­ ление поверхностного слоя — второстепенный вид износа, сопутствующий осповидному — основному.

Вероятно, для глубокого изучения характеристик износа недостаточно исследовать только продукты изно­

29

Глава II

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ

1.Объект исследований, аппаратура

иоборудование

Исследования велись в направлении, позволяющем установить влияние некоторых технологических режи­ мов обкатывания поверхности роликами на ее физикомеханические свойства; влияние степени наклепа на интенсивность изнашивания поверхности в условиях смаз­ ки и при «сухом» трении скольжения. Предусматрива­ лось также изучение вопросов, связанных с целесооб­ разностью применения обкатывания роликами поверх­ ности деталей действующих машин и механизмов. На основании результатов исследования были сделаны со­ ответствующие выводы о возможности получения эффек­ та упрочнения стальной поверхности ППД, о ее эксплу­ атационных свойствах, повышении долговечности и ра­ ботоспособности деталей машин.

Исследовались стали 15, 35, 45, 45Г2, 55ПП. Выбор материалов обусловлен их широким применением во всех отраслях машиностроения. Сталь 45Г2 с повышен­ ным содержанием дешевого легирующего элемента на­ ходит применение в сельскохозяйственном, промышлен­

конструкционных сталей от стали 15Г до стали 70Г. Хи­ мический состав сталей представлен в табл. 2.

Стали, из которых изготовлялись образцы, термиче­ ски обрабатывались по режиму: нагрев и выдержка в течение 1,5 час в электропечи с последующим свобод­ ным охлаждением на воздухе. Этим процессом дости­ галась более упорядоченная равномерная структура, снимались внутренние напряжения и тем самым обеспе­ чивалась стабильность данных при исследованиях.

31

Для обкатывания применялись образцы втулки цилиндрической формы с наружным диаметром 40,2, внутренним— 16, высотой 70 мм, изготовленные при обычных режимах резания (рис. 1). Шероховатость на­ ружной поверхности соответствовала 6-му, а внутрен­ ней — 7-му классам чистоты по ГОСТ 2789-59.

Цилиндрические втулки одевались на оправку и об­ катывались по наружной поверхности с помощью двухроликового и трехролпкоБОго пиевмогидравлического приспособления, закрепленного на направляющих стан­ ка вместо суппорта (рис. 2, 3). Ролики приспособления диаметром 130 мм были изготовлены из стали марки ШХ15, закалены до твердости HRC 62 ед., рабочая по­ верхность их полирована. Профильный радиус упроч­ няющего ролика 10, сглаживающего — 50 мм.

Рис. I. Заготовки образцов: 1— наружная цилиндрическая по­ верхность после точения; 2 —■ поверхность после обкатывания

Геометрия инструмента и его расположение на осно­ ве литературных данных и предварительных опытов выбраны с учетом получения наибольшей глубины упрочнения и минимальной высоты микронеровностеи поверхности без ее искажения. Ролики во время рабо-

32

ты имели возможность самоустанавливаться относитель­ но обрабатываемой детали (плавающая система), при­ чем упрочняющий ролик опережал . сглаживающий на 2—3 мм.

Обкатывание проводилось при обильной смазке ма­

были изготовлены кольца тех же разме-

Рис. 2. Схема обкатывания цилиндрических детален двухролнковым приспособлением на токарно-винторезном станке: / —упрочняющий ролик; 2 — обрабатываемая деталь; 3 — сгла­ живающій“! ролик

ров, с шлифованной наружной поверхностью (8-й класс чистоты). Полученные таким образом образцы являлись объектом исследования при всех экспериментах (рис. 4).

Для металлографического исследования изготавлялись микрошлифы с косым срезом. Металлографические исследования проведены по общепринятой методике на микроскопе МИМ-8М. Электронно-микроскопические исследования выполнены на электронном '- микроскопе ЭМ-3 при увеличении в 5400— 10000 раз:.

Твердость образцов до и после обкатывания измеря­ лась на приборе ТП (по Викерсу). При испытании на износ твердость поверхности трения измерялась на при­ боре микротвердости М. М. Хрущова и Е. С. Берковича ПМТ-3 при нагрузке на индентор 50 г. Оба прибора бы-