Файл: Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие.pdf

-Gf £r/rm^ L)

Рис. 13.22. Влияние скорости резания на тангенциальные напряжения. ВТ8; ВК8; t X s = 0,5 X 0,25

отделяются от основного материала по всей поверхности сдвига с образованием опережающей трещины, играющей роль свое­ образного барьера против дополнительного воздействия на первичную деформацию. В этом случае, как это было показано ранее, резание металлов сопровождается наведением остаточных напряжений сжатия.

Примером может служить обработка титановых сплавов, об­ ладающих низкими пластическими свойствами: разрушение образ­ цов из титановых сплавов наступает при относительных деформа­ циях, в десятки и сотни раз меньших, чем это имеет место для пластичных материалов. На рис. 13.22 приведены эпюры остаточ­ ных тангенциальных напряжений в поверхностном слое титано­ вого сплава ВТ8 [2]. Видно, что в широком диапазоне скоростей резания в первом горизонте формируются только сжимающие напряжения (в отличие от растягивающих напряжений при то­ чении жаропрочных сплавов). Повышение скорости резания пер­ воначально приводит к росту сжимающих напряжений. После скорости 108 м/мин максимальная величина сжимающих напряже­ ний снижается.

Влияние охлаждения на остаточные напряжения

Общепринято, что для снижения уровня напряженности в поверхностном слое необходимо применять охлаждение.' Вместе с тем роль охлаждающей среды более сложная и зависит от мно­ гих факторов, включая свойства обрабатываемого материала,

285

So,

7

Л?

40

го

о

v = 20 м/мин [2]; 1 — без охлаждения; 2 — с охлаждением!

уровень скоростей резания (величину температуры контакта),, свойства инструментального материала и др.

На рис. 13.23 схематично показано типичное изменение мак­ симальной величины остаточных напряжений и температуры реза­ ния в зависимости от скорости резания. Видно, что в различном температурном диапазоне применение СОЖ может или понизить или повысить остаточные напряжения: при резании на низкой ско­ рости ид охлаждение зоны резания приведет к снижению осевых и тангенциальных растягивающих напряжений; в этом случае возможен также переход растягивающих осевых напряжений в осевые напряжения сжатия. И, как это следует из рис. 13.23, чем эффективнее охлаждение, тем в большей степени вероятнее формирование больших по величине осевых сжимающих напряже­ ний.

v > v0 повышает роль температурного фактора в механизме фор­ мирования напряжений, т. к. снижение температуры в этих усло­ виях приводит к снижению коэффициента трения по задней по­ верхности (как силового фактора).

286

Рис. 13.25. Влияние СОЖ па остаточные тангенциальные напряжения ЭИ437Б; ВК8 ; / X s= 5 X 0,25 ; и — 30 м / м и п \ 1 — без охлаждения; 2 — с охлаждением [2]

Сказанное подтверждается экспериментальными данными. На рис. 13.24 и 13.25 приведено влияние охлаждающей среды (10%- ная эмульсия в смеси с воздухом) на остальные осевые и танген­ циальные напряжения (построчно по данным работы [2]). Из этих данных следует, что применение охлаждения при резании на сравнительно низкой скорости (20 м/мин) приводит к'замет­ ному снижению осевых напряжений. Резание на более высокой скорости (30 м/мин) с охлаждением приводит к возрастанию на­ пряжений по сравнению с резанием без применения СОЖ.

Рассмотренный характер изменения напряжений приемлем для пластических металлов. Для хрупких металлов или материа­ лов с другими специфическими свойствами (например, титановых ■сплавов) механизм влияния СОЖ может быть иным.

Остаточные напряжения при различных видах механической обработки

Различные виды механической обработки в силу специфиче­ ских условий (по температуре контакта, скорости деформации, схеме резания, сечению среза и др.) формируют в поверхностном слое различные по величине, знаку и характеру эпюры остаточ­ ные напряжения. Ниже, в табл. 13.5 приведены типичные зна­ чения напряжений для основных видов механической обработки.

287

Т а б л и ц а 13-5

*Напряжения измерены в направлении оси инструмента.

**Напряжения измерены в направлении продольной подачи инструмента.

***Симметричное фрезерование, напряжения измерены вдоль подачи инструмента.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.М а г а л и н А. А. Технологические методы повышения долговеч­ ности детален машин. Киев, «Техника», 1971.

2. К р а в ч е н к о Б. А., П а п ш е в Д . Д., К о л е с н и к о в Б. И.,

288

№М-57-166/30, М., 1957.

14.Р е з н и к о в А. Н. Теплообмен при резании и охлаждение ин­ струментов. М., Машгиз, 1963.

Ю Заказ 829

ГЛАВА XIV

МИКРОСТРУКТУРА МЕТАЛЛА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

Пластическая деформация поверхностного слоя при механи­ ческой обработке приводит к резкому изменению структуры: фрагментации зерен, возникновению микроискажений, увеличе­ нию плотности дислокаций на несколько порядков [1, 21.

Вопросу исследования геометрических факторов поверхно­ сти, напряженности поверхностного слоя и его наклепа в зави­ симости от различных технологических факторов обработки по­ священо значительное число работ. Однако вопрос о состоянии структуры поверхностного слоя до сего времени в технической литературе освещен недостаточно; в то же время нам известно [31, что структурные концентраторы напряжений более интенсив­ но влияют на предел усталости и износостойкость деталей машин, чем, например, геометрические факторы. При одинаковом струк­ турном состоянии поверхностных слоев металла и разной их мик­ рогеометрии предел усталости металла изменяется сравнительно мало. При одинаковой микрогеометрии, но разном физическом состоянии поверхностного слоя предел усталости металла изме­ няется значительно интенсивнее [3]. Наличие структурных не­ однородностей вызывает появление локальных концентраторов напряжений структурного происхождения.

В связи с этим исследование микроструктуры поверхностного слоя после различных технологических вариантов механической обработки является весьма важным для прогнозирования долго­ вечности деталей машин.

Методика исследования

Микроструктура поверхностного слоя исследуется в попереч­ ном (нормальном) сечении или на наклонных микрошлифах в зависимости от толщины деформированного слоя. Исследуется также непосредственно обработанная поверхность. В этом случае поверхность образца (или детали), предназначенная для просмот­ ра на металлографическом микроскопе, с целью хорошего отраже-

290

пия света подвергается кратковременному полированию (окисью алюминия) или электрополированию.

Для электронномикроскопических исследований выявленная структура копируется на пленку (реплику). Методика приготов­ ления реплик заключается в следующем. Первоначально на трав­

структуру образца. Последующая операция на той же установке — испарение в вакууме угля на поверхность негативного отпечатка,- полученного на алюминии. Уголь, испаряемый в вольтовой дуге

поверхности промежуточного отпечатка. Для отделения углеро­ дистой пленки от алюминия полученная двухслойная пленка «углерод— алюминий» опускается на поверхность концентриро­ ванной азотной кислоты алюминием вниз. Алюминий растворяет­ ся, и в кислоте остается плавать углеродистая пленка вниз от­ печатком структуры. После промывания в воде углеродистая плен­

После этого пленка служит объектом исследования в электронном микроскопе. Несмотря на значительную трудоемкость, указанный метод приготовления реплик является универсальным, применим для любых металлов; кроме того, пленки аморфны, химически инертны и обладают большой прозрачностью для электронов.

Влияние условий обработки на микроструктуру поверхностного слоя

Изменение микроструктуры металла поверхностного слоя применительно к обработке жаропрочного сплава ЭИ437БУ при­ ведено на рис. 14.1 и 14.2. Из приведенных данных видно, что микроструктура обработанной поверхности резко отличается отструктуры исходного металла. На поверхности видно большое ко­ личество линий сдвигов, свидетельствующих о прошедшей пласти­ ческой деформации металла. Такие параметры, характеризующие степень микродеформации поверхности, как размеры линий,рас­ стояние между линиями сдвигов, плотность (частота) сдвигов,, искажение формы зерен и их границ на различных образцах раз­ личны и зависят от условий обработки [41.

При анализе микроструктуры обнаружено, что при точении* на оптимальной скорости резания поверхностный слой деталь, пластически деформируется в-меньшей степени, на меньшую глу-- бину по сравнению с обработкой на других скоростях, резания.. Снижению деформации поверхностного слоя в области оптималь-