Рис.. 14.3. Влияние скорости резания на степень пластической деформации размер блоков и плотность дислокаций при точении сплава ЭИ437БУ
1— s = 0,08 мм/об; 2— s = 0,2 мм/об
щых значений скоростей резания способствуют те же физические причины, которые приводят к уменьшению глубины и степени наклепа, В частности, исчезновение нароста уменьшает объем металла, подминаемого в сторону задней поверхности, и снижает величину деформации обработанной поверхности. Кроме того, минимум коэффициента трения р/ на оптимальной скорости ре зания Также предопределяет меньшую деформацию поверхностНрго слоя., осуществляемую задней поверхностью.
В поперечном сечении структура поверхностного слоя представ ляет собой вытянутые в направлении движения инструмента зерна твердого раствора. Изменение микроструктуры, происходящее под влиянием механической обработки, распространяется только на
г’ис. 14.4. Изменение плотности дислокаций по глубине поверхностного слоя образцов из сплава ЭИ437БУ;
s = 0,2 мм{об ; t = 1,0 мм
поверхностный слой металла и связано с пластической деформа цией. Глубина распространения пластической деформации в слу чае точения на оптимальной скорости меньше по сравнению с об работкой на других скоростях резания, что объясняется вышерас смотренными причинами.
На рис. 14.2 приведена микроструктура поверхности после точения сплава ЭИ437БУ резцами с различными передними углами. Как видно из приведенных данных, применение отрицательных передних углов повышает пластическую деформацию металла по верхностного слоя и тем интенсивнее, чем больше отрицательный передний угол.
Наименьшая степень пластической деформации s металла поверхностного слоя в случае ведения процесса резания на оп тимальной скорости подтверждается и при исследовании тонкой структуры — размеров блоков и плотности дислокаций (рис. 14.3). Видно, что на оптимальных скоростях резания размеры блоков
•* О
составляют D — 47-1-54 А и являются наибольшими по сравне нию с размерами блоков металла поверхности, обработанной на скоростях выше или ниже У0. Такой характер изменения функ ции D = f (v) может быть объяснен лишь меньшей степенью де формации при резания на У0. Экстремальный характер зависимо сти D — f (v) обусловливает и экстремальность зависимости р =
— f (v) с минимумом плотности дислокаций в металле поверхно сти, обточенной на оптимальной скорости. Например, при точении сплава ЭИ437БУ на V0 = 32 м/мин (s = 0,08 мм/об) плотность
.дислокаций составляет 10 * 1012 см-2; на скорости 18 м/мин плотность дислокаций равна р = 45 - 1012 см-2; на скорости реза-
Характер структуры металла поверхностного .слоя при реза нии сплава на оптимальной скорости занимает промежуточное положение— между состояниями структуры металла при точении на низкой и высокой скоростях резания. В поверхностном слое также наблюдается раздробленность и искаженность упрочняю щей у'-фазы (рис. 14.6 б). Вместе с тем при резании на v0 наблю дается наиболее благоприятное общее состояние структуры. В меньшей степени искажена и пластически деформирована фаза, отсутствуют локальные участки с частичным или полным разру шением или растворением упрочняющей фазы. Такому состоянию структуры могут способствовать минимум коэффициента трения по
задней поверхности, минимальное значение |
касательных сил и |
действие не столь высоких температур, которые имели место |
при |
V = 50 м/мин. Минимальная деформация |
поверхностного |
слоя |
при v = п0 может быть связана также е провалом пластичности, который наблюдается у сплава ЭП220 в зоне температур, близких к оптимальной.
На глубине 154-20 мкм и более характер структурных изме нений для всех образцов независимо от скорости резания иденти чен, с различной лишь глубиной деформированного слоя. В дефор мированных зернах наблюдаются отдельные линии сдвигов, ис кажение закономерного расположения упрочняющей у'-фазы, искажение границ зерен. По мере удаления от поверхности ин тенсивность этих структурных изменений уменьшается.
О взаимосвязи между интенсивностью износа инструмента и основными факторами процесса резания
На рис. 14.7 приведены сводные данные по изменению основ ных факторов, характеризующих процесс резания: интенсивности износа инструмента, коэффициента трения, характеристик каче ства поверхностного слоя, средней температуры.
Из этих данных следует, что между высотой микронеровно стей поверхности, глубиной и степенью наклепа, остаточными на пряжениями, параметрами тонкой структуры металла (размерами блоков и плотностью дислокаций), контактными явлениями в зоне резания и интенсивностью износа инструмента при резании наблюдается тесная взаимосвязь. Зависимости шероховатости поверхности, глубины и степени наклепа, степени пластической деформации металла, остаточных напряжений, размеров блоков и плотности дислокаций в функции от скорости резания имеют характерную точку перегиба или носят экстремальный характер.
|
|
|
|
|
|
|
Экстремальные |
(или |
критические) |
точки кривых |
R z = / (и), |
hc = |
f (v), N = |
f (v), |
в = / (v), |
D 0 = f (и), p = f (v), o,ma4 != |
= f |
(v)i °omax = |
f (v) лежат в области |
оптимальных по |
интенсив |
ности износа значений скоростей |
резания и соответствуют экст |
ремальным точкам кривых hon — f (и). Минимуму интенсивности
Рис. 14.7.
Влияние скорости резания на
основные
характеристики процесса резания.
ЭИ437БУ; ВК6М; f = 1 , 0 мм
1 —s=0,08 мм/об-,
2— s = 0,2 мм/об
износа инструмента соответствуют минимумы коэффициента тре ния по задней поверхности, глубины и степени наклепа, степени: пластической деформации металла поверхностного слоя, плотно сти дислокаций и стабилизация высоты неровностей [7]. Рассмот ренные экстремальные (или критические) точки для всех подачнаблюдаются при одной и той же температуре, удовлетворительно' совпадающей с оптимальной по интенсивности износа температурой контакта.
Главным фактором, определяющим величину коэффициента' трения по задней поверхности резца, параметры наклепанногослоя, остаточные напряжения, параметры тонкой структуры металла поверхности и интенсивность износа инструмента, яв ляется средняя температура контакта, а скорость резания и тол щина срезаемого слоя выступают в основном как температурные факторы. Этим и объясняется сложный характер зависимостей
К п = / (s). V-' = f (s)> Ac = f (s), N = f (s), omax = f (s), опре деляемых уровнем скорости (температуры) резания. Любое из
менение режима резания, приближающее значение температуры, резания к оптимальной величине, способствует уменьшению ин тенсивности износа и уменьшению степени деформации металла, поверхностного слоя.
|
Л И Т Е Р А Т У Р А |
|
1. Ф р и д е л ь Ж - Наклеп и распространение трещин. В |
сб.: «Атом |
ный механизм разрушения», Металлургиздат, 1963. |
|
2. К а р п е н к о Г. В., Б а б е й Ю. И., К а р п е н к о И. В., Г у т- |
м а н Э. М. Упрочнение стали механической обработкой. Киев, |
«Наукова. |
думка», |
1966. |
эксплуата |
3. Г р о з и н Б. Д ., Д р а й г е р Д . А. и др. Повышение |
ционной |
надежности деталей машин. Москва—Киев, Машгиз, |
I960. |
4.М а к а р о в А. Д ., М у х и н В. С. Особенности обработки сплава ЭИ437БУ. «Станки и инструмент», 1970, № 12.
5.М а к а р о в А. Д., М у х и н В. С. Прочностные свойства и струк турное состояние поверхностного слоя сплава ЭИ437БУ после механиче ской обработки и длительных испытаний. В сб.: «Вопросы оптимального-
резания металлов», труды УАИ, вып. 34, Уфа, 1972.
6. М а к а р о в А. Д ., М у х и н В. С., К и ш у р о в В. М. Влияниережимов резания на микроструктуру поверхностного слоя жаропрочных
сплавов. В сб.: «Вопросы оптимального резания |
металлов», |
труды УАИ,. |
вып. 34, Уфа, 1972. |
Д. Износ и стойкость |
режущих |
инструментов- |
7. М а к а р о в А. |
М., «Машиностроение», |
1966. |
|
|
ГЛАВА XV
ВЛИЯНИЕ НАКЛЕПА И ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛА
ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Исследования показывают, что поверхностный слой деталей, прошедших длительную эксплуатацию в условиях высоких температур и напряжений, претерпевает существенные измене ния: в поверхностном слое наблюдаются рекристаллизация, па дение твердости, прочности, жаропрочности; в результате диффу зионных явлений, окисления, выгорания и испарения легирую щих элементов изменяется химический и фазовый состав. Изме нение химического и фазового состава, окисление, достаривание и частично рекристаллизация являются по своей природе процес сами диффузионными. Известно, что в исходном металле диффузия протекает почти исключительно по границам зерен, а после плас тической деформации, вследствие изменения формы, размеров, дробления зерен, разрыхления и уменьшения плотности металла, увеличения удельной поверхности границ зерен, диффузия проте кает во всем объеме. При этом диффузионная подвижность атомов повышается в десятки раз. Так, например, коэффициент самодиффузии никеля в поверхностном слое электрополированного образца из сплава ЭИ437Б при Т = 800°С равен D = 9,6 ■ 1013 см?1сек, а в образцах, подвергнутых пескоструйной обработке, D = 120 ■
• Ю1* см?/сек (по данным С. 3. Бокштейна, С. Т. Кишнина и др.). Таким образом, состояние поверхностного слоя (степень и глубина наклепа, остаточные напряжения и др.), определяемое условиями обработки, должно оказывать существенное влияние на характер и интенсивность протекания процесса разупрочнения поверхности, от которого в конечном счете зависит общая прочность детали. Можно предположить, что для деталей, работающих в условиях высоких температур, когда последние приводят к релаксации ос таточных напряжений, главным фактором, определяющим процесс разупрочнения поверхностного слоя, а следовательно, и прочность детали в целом, является глубина и степень наклепа.
