Файл: Похмурский, В. И. Коррозионно-усталостная прочность сталей и методы ее повышения.pdf

слой»), известного под названием полосок Крауз - Тарнавского . Возникновение белых слоев является следствием импульсного на­ грева локальных объемов до температур выше критических, их деформации резцом и резким охлаждением (закалка) за счет от­ вода тепла, главным образом, вглубь обрабатываемой детали. Режимы получения белого слоя существенно зависят от состояния и свойств обрабатываемого металла (твердость, теплопроводность,

рые изложены в монографии [69] и являются предметом дальнейшего усовершенствования, рассмотрим кратко влия ­ ние такой обработки на усталостную и коррозионно-усталостную прочность некоторых сталей. Установлено, что при наличии на поверхности образца из стали ШХ15 сплошного белого слоя тол­

эффект получен на стали 40Х. Определение усталостной прочности

ной и особенно коррозионно-усталостной прочности образцов с бе­ лым слоем объясняется [69 | высокой прочностью этого слоя, его более положительным электродным потенциалом по отношению к основному металлу, а также действием значительных но величи­ не (иногда превышающих 500 кГ /мм2) остаточных сжимающих на­ пряжения, Возможность появления столь высоких остаточных на­ пряжений объясняется объемностью напряженного состояния. По­ лученные данные позволяют заключить, что такой вид обработки может быть эффективным методом повышения усталостной и осо­ бенно коррозионно-усталостной прочности деталей из восприни­ мающих закалку сталей.

Эффективным оказался метод повышения коррозионно-устало­ стной прочности сталей с помощью электромеханического упроч­ нения [9, 69]. Сущность этого метода сводится к нагреву поверх­ ности деталей электрическим током и силовому воздействию на разогретый металл инструмента, т. е. к, своего рода, термомеха­ нической обработке. С помощью электромеханического упрочне­ ния удалось в три раза повысить условный предел коррозионноусталостной прочности бурильных труб диаметром 114 мм в бу­ ровом растворе и полностью устранить поломки по резьбе [83].

Нанесение V-образных концентраторов напряжений с помощью обкатки роликами с последующим термическим воздействием (ста­ рением) или нолигонизацией (механотермической обработкой) по­ зволило повысить коррозионно-усталостную прочность образцов из стали 1Х18Н9Т примерно в два раза по сравнению с образцами, на которых концентраторы (глубина 4 мм, радиус при вершине 0,05—0,08 мм) изготовляли с помощью шлифовки [210]. Харак ­ терно, что изменение давления на ролик при обработке в интервале 76—228 кГ не оказало существенного влияния на коррозионно-

3. Поверхностный наклеп

В настоящее время установлено, что при всех видах циклического нагружения, за исключением осесимметричного рас­ тяжения — сжатия, разрушение детали начинается в основном с ее поверхности, где сосредоточено наибольшее количество де­ фектов и действуют максимальные напряжения от внешних нагрузок. Поверхностный наклеп (обкатка роликами, обдувка дро­ бью, виброгалтовка, гидродробеструйная обработка, инерционнодинамическое упрочнение и т. д.) — один из наиболее часто встре­ чающихся и хорошо зарекомендовавших себя на практике методов поверхностного упрочнения деталей машин.

100

усталостной прочности небольших образцов из углеродистых и

ше. Более эффективной является обкатка для деталей, работаю­ щих на циклический изгиб и растяжение — сжатие, и менее эф­ фективной — для деталей, подвергнутых циклическому кручению. Использование вибрирующего ролика позволяет увеличить глу­

выносливости при 535° С для гладких образцов на 10—25%, а дл я образцов с концентраторами напряжения — на 40—90%. Д л я стали 1Х18Н9Т вследствие ее высокой стабильности при повышен­ ных температурах повышение усталостной прочности в результате наклепа сохраняется и при 600—700° С [101].

В последнее время в химической, авиационной и других отра­ слях промышленности широко применяются высоколегированные нержавеющие стали мартенситного класса, которые, как было показано выше, нуждаются в дополнительном упрочнении. В связи с этим исследовалась эффективность поверхностного наклепа об­ каткой роликами для повышения усталостной и коррозионно-уста­ лостной прочности различных нержавеющих сталей (1Х12Н2ВМФ

няющей обработки — основной технологический параметр, с чьей помощью можно управлять усталостной прочностью детали. Об­ разцы перед обкаткой подвергались термической обработке по оптимальным режимам, обеспечивающим хорошее сочетание уста­ лостной и коррозионно-усталостной прочности. Д л я получения требуемой точности и геометрической формы образцы после точе­ ния подвергались шлифованию. Обкатка образцов производилась

101

в два прохода при продольной подаче 0,07 мм/об и скорости вра ­ щения образца 125 об/мин. Давление (усилие) на ролик измеря­ лось в процессе обкатки прибором ИСД-3 с помощью специального динамометра и тензометрических датчиков сопротивления ПКП-20-200. Динамометр тарировали статически и строили тарировочную кривую. Усилие обкатки назначалось с точностью до од­ ного килограмма. В качестве смазки применялось машинное масло. Д л я получения сопоставимых результатов обкатка производилась при изменении только усилия в пределах от 40 до 200 кГ на ролик при неизменных остальных параметрах. С учетом того что обкатка изменяет микрогеометрию поверхности, во многом определяющую выносливость стали, после обкатки с различным усилием измеря­

са . Это объясняется тем, что с возрастанием усилия обкатки уве­ личивается зона пластического смещения и микропрофиль иска­ жается в большей степени, т. е. поверхность приобретает волни­ стый профиль. Если шлифованная поверхность имеет острые и глубокие надрезы, которые являются эффективными концентратора­ ми напряжений при циклических нагрузках, обкатка значительно уменьшаем глубину и увеличивает радиус скругления острых над­ резов и рисок. Повышение усилия до 120 кГ при обкатке образ­ цов из сталей, термически обработанных на сравнительно н и з к у ю исходную твердость (НВ 285—311), привело к образованию на поверхности образцов небольших рванин, а при повышении уси­ л и я до 200 кГ — к полному разрушению поверхностного слоя пу­ тем трещиннообразования и шелушения . Д л я сталей с большей исходной твердостью (НВ 352—375) начало разрушения упрочнен­ ного слоя смещается в сторону больших усилий обкатки, что свя­ зано с увеличением предела текучести стали. Д л я сталей с боль­ шей исходной твердостью (НВ 363—375) (табл. 19) повышение усилия обкатки от 40 до 80 кГ вызывает повышение микротвер­ дости поверхностных слоев до 30%. Стали с меньшей исходной твердостью (НВ 285—310) более восприимчивы к поверхностному наклепу, и при тех же параметрах обкатки степень наклепа со­ ставляет 25 —40%. Стали с низшей исходной твердостью имеют несколько большую глубину наклепа, чем стали с высшей исход­ ной твердостью.

Можно предположить, что основным фактором поверхностного упрочнения сталей является изменение тонкой структуры, так как фазовых превращений в процессе обкатки рентгеноструктурным анализом в нашем случае не обнаружено. Из данных табл. 19 видно, что не всегда имеется корреляция между степенью и глу-

102