Файл: Балякин, О. К. Технология и организация судоремонта учеб. пособие.pdf

Для придания поверхностным слоям деталей специальных свойств (повышенной износоустойчивости, окалиностойкости ит. д.) применяют т е р м о х и м и ч е с к и е методы обработки: цемента­ цию (науглероживание) с последующей закалкой, азотирование, цианирование (насыщение углеродом и азотом) с последующей за­ калкой, сульфидирование (насыщение серой), борирование (на­ сыщение бором) и др.

Насыщения производят на глубину 0,3—0,9 мм путем выдержки нагретой детали (в среднем до температуры 500—600° С) в соот­ ветствующей среде в течение определенного времени (нескольких часов).

В последнее время стали успешно применять комплексные тер­ мохимические методы обработки деталей: сульфоцианирование, хромосилицирование (насыщение хромом и кремнием), боросилицирование; карбоборирование (насыщение углеродом и бором), хромоазотирование и др.

Все комплексные покрытия такого рода характеризуются боль­ шой поверхностной твердостью (1000—2000 кгс/мм2) и высо­ кой износоустойчивостью в разнообразных условиях. Комплексные насыщения в различном сочетании и последовательности позволя­ ют создать износостойкую поверхность с высокой окалиностойкостью и коррозионной стойкостью и жаропрочностью.

Заслуживают внимания новые способы термохимической обра­ ботки: ионная и энерговыделяющими пастами.

Из химии известно, что наибольшую активность газы прояв­ ляют в ионизированном состоянии. На этом основан новый уско­ ренный метод термохимической обработки: так называемые ион­ ное азотирование, ионная цементация, ионное хромирование и т. д.

Ионную термохимическую обработку производят в герметиче­ ски закрытой камере в атмосфере тлеющего дугового или искро­ вого разряда.

Например, при ионном азотировании деталь помещают в каме­ ру, из которой затем вакуумным насосом откачивают воздух. Ка­ меру заполняют газообразным аммиаком и производят электриче­ ский разряд. При этом электроды служат анодом, а азотируемая деталь — катодом. Аммиак диссоциирует, распадаясь на ионы азо­ та и водорода. Электрическое поле разгоняет их до 50 эВ, ионы начинают бомбардировать поверхность детали, и азот быстро насыщает поверхностные слои.

При термохимической обработке энерговыделяющими пастами деталь намазывают энерговыделяющей пастой, которую поджига­ ют. При горении пасты деталь сильно разогревается (на поверхно­ сти до 600—800°С), а легирующие элементы, содержащиеся в пас­ те, проникают в верхние слои детали. Через 2—3 мин обгоревшую деталь погружают в воду для охлаждения.

В качестве энерговыделяющих компонентов в пасте используют смеси кислородосодержащих веществ с порошками алюминия, маг­ ния, кальция и других металлов. В пасту вводят также диффузион­ но-активное вещество, которое при нагреве выделяет легирующий

187

элемент. Для получения требуемой консистенции в пасту добав­ ляют связующее вещество.

С помощью энерговыделяющих паст производят алитирование, {зорирование, карбонитрирование и другие виды термохимической обработки, возможные в судовых условиях.

Механическое упрочнение. К механическим методам упрочне­ ния относят: обкатку (раскатку) шариком или роликом, протяж­ ку, дробеструйную обработку, гидроструйную обработку, упрочне­ ние взрывом, объемное пластическое деформирование, упрочнение полиморфической трансформацией висмута и др.

Рис. 72. Трехроликовое приспособление для обкатки деталей

Первые пять перечисленных методов применяют для поверхно­ стного упрочнения деталей, а два остальных — для общего уп­ рочнения.

Обкатке (раскатке) обычно подвергают поверхности вращения деталей (рабочие шейки валов, поверхности втулок цилиндров

188

и др.)- Иногда обкатывают и плоские поверхности. При обкатке одновременно с упрочнением повышается класс чистоты поверхно­ сти (на 1—2 класса).

дольной подаче шарика или ролика 0,2—0,5 мм и скорости нака­ тывания 30—35 м/мин.

Виброобкатывание по сравнению с обычным дает более высо­ кую твердость и большую глубину наклепа. Виброобкатывание производят обычно в центрах 3 (рис. 73) токарно-винторезного станка шариком 2, который совершает дополнительные колеба­ тельные (осциллирующие) движения параллельно оси вращения детали 1 в плоскости, проходящей через ось вращения. При этом число двойных ходов шарика достигает 2600 в минуту, амплитуда колебания — 2 мм.

При виброобкатывании галтелей коленчатых валов применяют инструмент, совершающий колебания в направлении, перпенди­ кулярном к оси вращения детали.

Процесс упрочнения значительно интенсифицируется при нало­ жении на деформирующий элемент (ролик) колебаний ультра­

189

звуковой частоты, направляемых перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Такое ультразвуковое виброобкатывание позволяет при весьма малых статических усилиях обкатывания обеспечить высокую степень упрочнения. Снижению усилия в данном случае способствует высокая температура процесса, достигающая на по­ верхности детали в месте контакта с инструментом (роликом или шариком) 1000—1200° С.

Таким образом, сущность ультразвукового виброобкатывания заключается в термопластическом деформировании материала по­ верхностного слоя детали роликом (или шариком), вибрирующим с частотой 18—25 кГц.

Рис. 75. Упрочнение поверхности отверстий

Для образования колебаний ультразвуковой частоты использу­ ют генератор, который подает импульсы на магнитно-стрикционный вибратор. Вибратор связан с деформирующим элементом посредст­ вом трансформатора амплитуды, позволяющего увеличивать амп­ литуду колебаний.

Особенно эффективно ультразвуковое виброобкатывание при упрочнении закаленных сталей и чугунов, так как использование в этих случаях обычных методов упрочняющего обкатывания связа­ но с созданием высоких контактных давлений. А у чугунов при этом контактное давление необходимо выдерживать в весьма узких пределах.

Обкатывать поверхности можно также шариками, закреплен­ ными с небольшим зазором в гнездах вращающегося диска (рис. 74). Диск с помощью суппорта, на котором закреплено при­ способление для обкатывания, подводят с небольшим зазором к детали. При вращении диска шарики под действием центробеж­ ной силы отбрасываются в свое крайнее положение и поочередно ударяют по детали.

При упрочнении поверхностей небольших отверстий (рис. 75) применяют дорны, протяжки (а) и шарики (б). Зубья у дорнов и протяжек выполняют с подъемом 0,003—0,005 мм при обработке твердых материалов и до 0,02 мм — при обработке мягких мате­ риалов. При упрочнении шариками последние выполняют с разни­ цей в диаметре 0,01—0,02 мм.

190

Дробеструйная обработка заключается в том, что на предвари­ тельно механически и термически обработанную поверхность де­ тали с большой скоростью направляют поток стальной или чугун­ ной дроби диаметром 0,5—1,5 мм. При выборе размера дроби учи­ тывают, что с уменьшением ее диаметра улучшается чистота по­ верхности, а с увеличением диаметра увеличивается глубина уп­ рочненного слоя. Дробь направляется на упрочненную поверхность сжатым воздухом либо отбрасывается лопатками вращающегося колеса.

При гидроструйной обработке на упрочняемую поверхность по­ дается через сопло под большим давлением (4000—6000 кгс/см2)

13 —

струя воды. Гидроструйной обработке подвергают детали, прошед­ шие окончательную механическую обработку. Водяная струя по­ зволяет упрочнять поверхности сложной конфигурации с пазами, отверстиями, внутренними полостями и т. д.

Упрочнение взрывом осуществляют двумя способами:

ударом твердого тела (пластины), движущегося под воздейст­ вием взрывной волны;

контактным упрочнением, которое достигается воздействием взрывной ударной волны на поверхности детали.

Ударом твердого тела упрочняют плоские поверхности.

Под воздействием взрывной ударной волны (рис. 76) пласти­ на 2 с большой скоростью ударяет по поверхности детали 3, тем самым упрочняя ее.

В качестве взрывчатых веществ 1 в данном случае применяют порошкообразные насыпные бризантные вещества (аммонит, гек­ соген и др.).

При контактном упрочнении (рис. 77) заряд взрывчатого ве­ щества 1 помещают непосредственно на упрочняемую поверхность. Иногда между зарядом и упрочняемой поверхностью размещают защитные прокладки 2 из резины, картона, металла и других ма­ териалов. Прокладки служат для предотвращения возможных по-

191

вреждений упрочняемой поверхности детали продуктами взрыва. Заряд взрывчатого вещества может располагаться и на некотором расстоянии от упрочняемой поверхности с образованием между за­ рядом и поверхностью, например, воздушной или водяной подушки.

При контактном упрочнении применяют порошкообразные и пластичные взрывчатые вещества (последние для упрочнения де­ талей сложной конфигурации). Для детонации взрывчатого веще­ ства служит запал 5.

Для обеспечения безопасности практикуют помещение упроч­ няемой детали 4 с зарядом в воду 6. В этом случае заряд поме­ щают дополнительно в полиэтиленовую оболочку 3.

Объемное пластическое деформирование производят обычно скручиванием заготовки на небольшой угол (как перед термиче­ ской обработкой, так и после нее). Этот метод упрочнения исполь­ зуют для повышения механических свойств таких деталей, как пружины, карданные и торсионные валы, ответственные болты, шпильки и др. Причем, прочностные характеристики материала не снижаются и тогда, когда на детали вытачивают поперечные канавки, нарезают резьбу, прострагивают пазы и т. д.

Упрочнение полиморфической трансформацией висмута отно­ сится, по существу, тоже к объемным методам упрочнения. Суть этого способа заключается в обжатии детали большим давлением, в силу чего упрочнение.происходит по всему объему. При этом зна­ чительно возрастает предел усталости, уменьшается ползучесть металла при высоких нагрузках и температурах.

Упрочнение производят следующим образом.

Деталь укладывают в металлический ящик и заливают легко­ плавким висмутовым сплавом. Ящик устанавливают в камеру гнд-

трансформацию, мгновенно уменьшаясь в объеме почти на 0,1. Так как при высоком давлении висмут ведет себя как жидкость, то его усадка — это сильный гидравлический удар, сопровождающийся резким скачком давления до 125000 кгс/см2.

Деталь под действием такого давления равномерно обжимает­ ся, упрочняясь и почти не меняя своих размеров.

Интересно отметить, что перестройка кристаллической решет­ ки висмута при трансформации — эффект обратимый. Стоит дав­ ление снять, как атомы снова занимают свое прежнее положение.

Вместо висмута можно для этой цели использовать церий, ко­ торый трансформируется уже при 7600 кгс/см2.

Достоинством этого способа является то, что им можно упроч­ нять детали из хрупких материалов (чугуна, бронзы) и детали сложной конфигурации с различными выступами, отростками и т. д. Кроме того, под большим давлением деталь можно выдер­ живать очень долго (сутками, если необходимо), в то время как при других методах упрочнения деталь под воздействием повы­ шенных усилий может находиться в течение лишь нескольких се­ кунд.

192