Файл: Стандартизация и качество машин учеб. пособие.pdf

материала в поверхностном слое могут происходить фазовые пре­ вращения, рекристаллизация, отпуск, явления ползучести.

В результате совместного действия пластической деформации и процессов, протекающих при нагреве, в поверхностном слое фор­ мируются растягивающие или сжимающие остаточные напряжения различной величины. Стабильность остаточных напряжений при обычных температурах очень высокая. Считается, что для стали снижение остаточных напряжений, созданных поверхностным на­ клепом, не более чем на 5—8%, может осуществиться только через весьма длительное время.

На рис. 35 схематически показаны характерные кривые распре­ деления остаточных напряжений в поверхностном слое.

Рис. 35. Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое

При обработке деталей резанием, в зависимости от их материа­ ла и параметров технологического процесса, в поверхностном слое мюгут возникать как сжимающие (рис. 35, а), так и растягивающие (рис. 35, б) остаточные напряжения, а их величина может превы­ шать значения предела прочности материала детали.

При эксплуатации остаточные напряжения в поверхностном слое суммируются с рабочими напряжениями, усиливая или ослабляя их. Многими исследованиями установлено, что остаточные напря­ жения сжатия повышают выносливость деталей, а растягивающие остаточные напряжения снижают ее.

Естественно встает вопрос об управлении в процессе производ­ ства величиной и степенью наклепа, величиной и направлением остаточных напряжений в поверхностном слое детали.

Практически создание в поверхностном слое детали необходи­ мого наклепа и сжимающих остаточных напряжений осуществляет­ ся применением различных методов упрочняющей обработки поверх­ ности. Эти методы в первую очередь связаны с пластической де­ формацией поверхностного слоя, приводящей к резкому увеличению в нем плотности дефектов кристаллической решетки. Аналогичный эффект может быть получен при использовании методов химико­ термической обработки или поверхностной закалки. Это наиболее

103

распространенные пути повышения надежности и долговечности де­ талей, работающих при повторно переменном нагружении.

Если поверхность детали подвергается действию повышенных температур, агрессивных сред, то большое значение приобретают и другие физико-химические характеристики поверхностного слоя, например, его химический состав и электродный потенциал. В этом случае надо воздействовать и на эти характеристики поверхност­ ного слоя, изменяя их в благоприятном направлении, для чего сле­ дует изменить химический состав поверхности или создать на по­ верхности защитные металлические или неметаллические слои.

Сложные условия, в которых работают современные машины, привели к созданию большого количества различных методов об­ работки поверхностей деталей и требуют комбинированного приме­ нения этих методов. Ниже приводится классификация методов об­ работки поверхности по технологическому признаку (способу обра­ ботки), предложенная М. А. Елизаветиным и Э. А. Сателем:

пластическое деформирование рабочих поверхностей; поверхностная закалка; химико-термическая обработка; наплавка металла; напыление металла;

нанесение металлических и неметаллических покрытий гальвани­ ческими методами;

нанесение металлических и неметаллических покрытий химиче­ скими методами;

нанесение неметаллических покрытий.

Рассмотрим основные методы придания поверхностям деталей специальных свойств с целью повышения показателей их надеж­ ности, выделив из них методы защиты от коррозии, как имеющие ряд специфических особенностей.

Упрочнение поверхностного слоя деталей пластическим дефор­ мированием. Упрочнение пластическим деформированием осу­ ществляется различными методами: дробеструйным наклепом, об­ каткой и раскаткой, дорнированием, чеканкой, гидроабразивной обработкой, алмазным выглаживанием, а в последнее время — при­ менением взрыва.

Общим для всех этих методов является формирование в поверх­ ностном слое сжимающих остаточных напряжений и, как следствие, повышение долговечности деталей, работающих при циклических нагрузках.

Величина остаточных напряжений, глубина и степень наклепа, а также получаемая чистота поверхностного слоя зависят от мате­ риала обрабатываемой детали, выбранного метода упрочнения и его технологических параметров.

В табл. 8 * приведены некоторые свойства поверхностного слоя,

104

упрочненного различными технологическими методами, сущность которых кратко рассмотрена ниже.

Дробеструйный наклеп получил наибольшее распространение для упрочнения рабочих поверхностей деталей сложной формы. В основе процесса лежит пластическое деформирование поверхност­ ного слоя под действием кинетической энергии потока дроби (рис. 36), в результате чего в слое создаются значительные сжи­ мающие напряжения. Эффективность дробеструйного наклепа за­ висит от глубины наклепанного слоя.

Рис. 36. Схема дробеструйного наклепа дробью:

а — пневматический; б — механический

Дробеструйный наклеп повышает твердость поверхностного слоя и устраняет дефекты предшествующей механической обработки в виде рисок и надрывов.

Наклеп конструкционных сталей целесообразно применять для деталей, которые не подвергаются в дальнейшем нагреву до темпе­ ратур выше 400° С, так как более высокие температуры приводят к явлениям рекристаллизации, снижающим или полностью устра­ няющим эффект упрочнения,

Недостатком дробеструйной обработки является невозможность получения при ее применении чистоты поверхности на мягких мате­ риалах выше 4—5 классов, независимо от величины шероховатости исходной поверхности. Для увеличения класса чистоты поверхности используют жидкость, подаваемую в зону обработки. В таком слу­ чае удар дроби происходит через пленку жидкости, нагрузка рас­ пределяется более равномерно и понижается величина шероховато­ сти поверхности.

105

Дробеструйная обработка выполняется на специальных механи­ ческих или пневматических установках. В пневматических дробе­ струйных установках скорость дроби сообщается струей сжатого воздуха, в механических —• быстровращающимися лопатками рото­ ра или в результате свободного падения дроби с заданной высоты.

Разнообразие деталей машиностроения по видам материалов, конструктивным и эксплуатационным признакам привело к созда­ нию ряда разновидностей метода дробеструйного наклепа: центро­ бежный наклеп, пневмодинамический метод упрочнения и др.

У п р о ч н е н и е о б к а т к о й при­ меняется чаще в тех случаях, когда од­ новременно с повышением усталостной прочности деталей нужно сохранить или повысить чистоту обработки по­ верхности.

Процесс обкатки основан на стати­ ческом вдавливании при качении роли­ ка или шарика в обрабатываемую по­ верхность, которая пластически дефор­ мируется, а микронеровности сглажи­ ваются (рис. 37).

В зависимости от режима обкатки она может быть не только упрочняю­ щей, но и упрочняюще-сглаживающей. Упрочняюще-сглаживающий режим обкатки позволяет повысить исходную чистоту поверхности на 2—3 класса.

Обкатка осуществляется шариками или роликами на токарных, револьверных, строгальных станках, оборудованных 'специальными приспособлениями, или на специализированных станках.

Создание методом обкатки в поверхностном слое значительных и легко регулируемых остаточных напряжений сжатия приводит к увеличению предела выносливости деталей. На рис. 38 приведено влияние полученных обкаткой остаточных напряжений в поверхно­ стном слое образцов и вагонных осей на их предел выносливости.

Обкатка поверхностей широко применяется в машиностроении; она позволила существенно увеличить надежность и долговечность вторичных валов коробок скоростей автомобилей ЗИЛ-150, штоков штамповочных молотов, коленчатых валов, рабочих лопаток турбин реактивных двигателей и многих других деталей.

Разновидностью обкатки является применение пружинящих ша­ риков; в этом случае усилия обкатки регулируются пружинами. Обкатывание пружинящими шариками находит применение при упрочнении деталей, имеющих беговые дорожки и галтели.

Как известно, отверстия в деталях существенно снижают их прочность. Пластическое деформирование материала деталей в рай­ оне отверстий значительно уменьшает их разупрочняющее влияние.

109