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

Термомеханическое упрочнение. Термомеханическая обработка является новым методом упрочнения, позволяющим повысить ме­ ханические свойства стали по сравнению с полученными при обыч­ ной закалке с отпуском. Термомеханическая обработка заключа­ ется в сочетании пластической -деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой и последующим низкотемпературным от­ пуском.

Различают два основных способа термомеханической обработ­

ки (ТМО): высокотемпературная (ВТМО) и низкотемператур­ ная (НТМО).

Время, ми»

В рем я , м и »

температур рекристаллизации

При ВТМО (рис. 78, а) сталь пластически деформируют (нака­ тывают роликом) при высокой температуре (выше точки Лс, ), при которой она имеет устойчивую аустенитную структуру. Сте­ пень деформации 20—30%.

При НТМО (рис. 78, б) сталь пластически деформируют в тем­ пературной зоне существованияпереохлажденного аустенита (ни­ же интервала температур рекристаллизации, но выше точки Л1Н). Степень деформации 75—90%.

Термомеханическая обработка позволяет в некоторых сталях получить высокую прочность при хорошей пластичности и вязко­ сти (ов=220-;-300 кгс/мм2 при 8=6-г8% и ан= 5 ч -6 кгс-м/см2).

Наибольшее упрочнение достигают при деформации переох­ лажденного аустенита, т. е. при НТМО. Деформация в области высоких температур (ВТМО) не приводит к столь высокому повы­ шению предела прочности, однако обеспечивает большой запас пластичности и поэтому лучшую конструкционную прочность. Кро­ ме того, так как здесь деформация протекает при меньших уси­ лиях, то ВТМО является более технологичной операцией.

Повышение прочности при ТМО происходит вследствие измель­ чания блочной структуры и, следовательно, увеличения плотности дислокаций. Размеры блоков (по сравнению с обычной закалкой) уменьшаются в 2—4 раза. Одновременно измельчаются и пласти­ ны (иглы) мартенсита, образующиеся в деформированной зоне аустенита. Их линейные размеры меньше обычных в 2—3 раза.

Повышение пластичности, вероятно, связано с уменьшением на­

пряжений II рода.

Электромеханическое упрочнение. Электромеханическую обра­ ботку применяют для поверхностного упрочнения на глубину до 0,2—0,3 мм. При этом износоустойчивость повышается до И раз, усталостная прочность — в 2—6 раз.

Кроме того, электромеханическая обработка позволяет обрабо­

мер детали на величину до нескольких сотых миллиметра.

Рис. 79. Принципиальная схема установки для электромеханической обработки

Суть электромеханической обработки заключается в следую­ щем (рис. 79).

Обрабатываемую деталь 3 устанавливают на токарно-винто­ резный станок 2, и в зону контакта детали и инструмента 4, осна­ щенного твердосплавной пластиной, при вращении детали и пере­ мещении инструмента подводят электрический ток силой 350— 1300 А, напряжением 2—6 В (от понижающего трансформатора 1 из сети 220/380 В). Вместо резца можно применять сглаживаю­ щий ролик. Инструмент от станка изолируют.

В связи с тем что в месте контакта (из-за малой его площади) возникает большое сопротивление, выделяется значительная те­ пловая энергия, которая мгновенно нагревает зону контакта до высокой температуры (температуры закалки). Поверхность дета­

резца). В связи с тем что объем зоны высокотемпературного на­ грева очень мал по отношению к объему детали, имеет место вы­ сокая скорость охлаждения поверхностного слоя за счет отвода тепла внутрь детали.

В итоге получается эффект поверхностной закалки на глубину 0,2—0,3 мм с одновременным поверхностным наклепом, значитель­

194

но повышающим износоустойчивость и усталостную прочность детали.

Электроискровое упрочнение. Обработка основана на ударном воздействии направленного искрового электрического разряда, вы­ зывающего взрыв металла на обрабатываемой поверхности в точке приложения импульса.

Между электродом из твердого сплава (например, стеллита), закрепленном в приборе-вибраторе, и упрочняемой поверхностью под действием пульсирующего электрического тока возникает иск­ ровой разряд, в результате чего происходит перенос металла с электрода на катод (деталь) и обрабатываемая поверхность де­ тали упрочняется.

§54. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТА ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ПЕРЕНОСА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ

Как показывают исследования, для существования эффекта избирательного переноса необходимо наличие следующих условий:

материал детали не должен наклепываться в процессе работы

идолжен иметь структуру, благоприятную для сдвигообразования.

Впротивном случае поверхностный слой материала будет обла­ дать повышенной прочностью и, вследствие возникновения отрица­ тельного градиента механических свойств, процесс отделения ча­ стиц может перейти к глубинному вырыванию и отделению круп­ ных частиц;

окисные пленки должны отсутствовать, так как при наличии их сцепление уже оторвавшихся частиц с поверхностью будет непроч­ ным и они будут удаляться из зоны трения. Кроме того, окисные пленки, возникающие на поверхности, будут блокировать выход дислокаций, что приведет к наклепу;

частица, отделяющаяся от одной из поверхностей, должна схва­ тываться с сопряженной поверхностью;

величина частиц, отрывающихся от поверхностей, должна быть небольшой, сами частицы должны обладать высокой пластич­ ностью. Большие частицы приводят к порче поверхностей трения и плохо прикрепляются к поверхности, так как имеют большую упругость и малоразвитую поверхность сцепления.

Первое условие позволяет выполнить адсорбционное пониже­ ние прочности поверхности металла, сочетаемое с разрыхлением поверхности при избирательном растворении металла.

Отсутствие окисных пленок при трении в восстановительных смазочных средах по отношению к окислам металла позволяет вы­ полнить второе и третье условия (схватывание отделившейся ча­ стицы с поверхностью трения).

Высокая пластичность материала поверхностного слоя и спо­ собность не наклепываться должны определять четвертое условие.

Периодическая система элементов позволяет установить, что наиболее подходящим материалом, способным при некоторых ус­

ловиях не окисляться, не наклепываться, легко восстанавливаться из окислов и, вместе с тем, прочно адсорбировать смазку, явля­ ется медь — полублагородный металл. В ряду напряжений по электродным потенциалам она стоит после водорода. Это значит, что по отношению ко всем металлам, стоящим до водорода, в слу­ чае протекания электрохимических процессов она будет играть роль катода. В то же время медь достаточно активна, чтобы взаи­ модействовать с. молекулами смазки.

Одной из наиболее активных смазок по отношению к окиси и закиси меди является глицерин, который при небольшом нагреве восстанавливает их до чистой меди.

Рассмотрим процесс трения в среде глицерина и связанный с ним процесс избирательного переноса в подвижном сопряжении, детали которого выполнены из стали и бронзы,

Процесс трения стали по бронзе можно разделить на два пе­ риода:

накопление меди на поверхностях трения стали и медного сплава;

установившийся режим безокислительного безызносного трения меди по меди.

В первый период поверхность медного сплава подвергается избирательному растворению. Способность посылать ноны в раст­ вор у различных металлов зависит от энергии кристаллической решетки, энергии сольватации (присоединение растворителя к растворяемому веществу) и работы выхода электрона. Из сплава, имеющего неоднородную, многофазную структуру, или из однород­ ного твердого раствора избирательно растворяются анодные леги­ рующие элементы Zn, Sn, Fe и др. Поверхность трения при этом обогащается медью. Глицерин, действуя как слабая кислота, про­ травливает поверхность медного сплава.

С течением времени скорость растворения фаз снижается вследствие пассивации ранее растворявшихся участков и образо­ вания рельефа на поверхности трения. Медленно растворяющаяся фаза образует как бы возвышающееся плато над уровнем быстро растворяющейся фазы. На выступающую фазу увеличивается дав­ ление, что приводит к повышению скорости ее растворения и'вы ­ равниванию рельефа. Таким образом, на поверхности медного сплава образуется тонкая медная пленка. Ушедшие при раство­ рении в раствор (глицерин) ионы меди осаждаются на поверхно­ сти трения стальной детали, покрывая ее тонкой медной пленкой.

После небольшого начального растворения и образования на поверхности трения очень тонких медных пленок (доли микрона) дальнейшее растворение прекращается, и наступает второй период безокислительного безызносного трения меди по меди при уста­ новившемся режиме избирательного переноса.

Образовавшиеся медные слои как на стали, так и на бронзе все время поддерживаются в активном состоянии, способном к схватыванию при разрушении (десорбции) сольватного слоя гли­ церина. В том случае, если по какой-либо причине на активном

196

слое образовалась окисная пленка, в дальнейшем она восстанав­ ливается до меди, а окисляется глицерин.

Образовавшийся на поверхности трения медный слой не из­ меняет первоначальной шероховатости (класса чистоты) поверх­ ности.

Мягкий медный слой воспринимает все нагрузки и деформа­ ции, происходящие в узле трения, способствуя их равномерному распределению по поверхностям сопряжения и обеспечивая рав­ номерное распределение давления.

Применение эффекта избирательного переноса возможно и в полимерных покрытиях.

Таким образом, при избирательном переносе можно создать безызносные пары трения, применение которых позволит значи­ тельно увеличить долговечность и надежность механизмов.

Эффект избирательного переноса в узлах трения для повыше­ ния их долговечности возможно обеспечить при использовании:

трущихся пар, которые обеспечивают избирательный перенос металла при трении;

в одной из деталей трущейся пары вставки из сплава на мед­ ной основе, которая создает на поверхности сопряженной детали активный слой, улучшающий антифрикционные свойства пары тре­ ния;

трущихся пар с предварительно нанесенным на поверхность одной из деталей активным слоем, улучшающим прирабатываемость деталей и предотвращающим задир поверхностей трения (латунирование, бронзирование, меднение);

смазок, содержащих тонкодисперсные металлические порошки, которые образуют на трущихся поверхностях активный слой, уменьшающий износ.

Лучшей парой трения, обеспечивающей избирательный перенос металла, является пара бронза — сталь. Существование эффекта избирательного переноса в этой паре при соответствующей смазке с восстановительными свойствами зависит от способности образую­ щегося слоя меди пассивировать поверхность медного сплава, удерживаясь на этой поверхности. Если силы адгезии малы и слой плохо удерживается, то растворение продолжается и эффект отсут­ ствует. Например, на бронзе Бр.АЖМц10-3-1,5 (состоящей из твер­ дых растворов) слой удерживается плохо и износ относительно высок.

Наилучший эффект избирательного переноса дают медные сплавы с высоким содержанием меди (до 90% и выше), например Бр.ОФЮ-1 и др. Однако для придания поверхностям стальных де­ талей противозадирных свойств успешно применяют и латунирова­ ние поверхностей.

. Использование явления избирательного переноса для уменьше­ ния износа деталей возможно не только для пары бронза — сталь, но и для пары сталь — сталь. Если одна из трущихся стальных деталей будет иметь бронзовую вставку, создающую при трении на сопряженной поверхности активный слой меди, то в дальнейшей

197