Обработка плоских поверхностей абразивным инструментом.
Упрочняющие методы обработки поверхностей, классификация.
Упрочнение — повышение сопротивления заготовки (детали) разрушению или деформации. В зависимости от условий эксплуатации детали имеют тот или иной вид разрушения, а следовательно, их конструкционная прочность будет определятся различными характеристиками конструкционной прочности материала (КПМ).
Характеристики КПМ можно объединить в две группы: кратковременные и временные. К первой группе относятся временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение при разрыве, ударная вязкость и т.д., которые определяют сопротивление материала действующим нагрузкам при однократном их приложении.
К второй группе относятся длительная прочность, сопротивление усталости, контактная выносливость, износ, термостойкость, коррозия под напряжением и др., которые зависят от продолжительности нагружения. КПМ можно повысить конструктивными, металлургическими, технологическими и эксплуатационными методами.
Современная технология располагает большим количеством методов упрочнения, которые позволяют повысить практически любую характеристику КПМ.
Различают объемные упрочнения, т.е. обеспечивающие примерно одинаковое упрочнение по всему сечению заготовки, и поверхностное, при котором осуществляется упрочнение только поверхностного слоя.
Объемное упрочнение применяется для повышения статической прочности деталей, у которых рабочие напряжения распределены по сечению более или менее равномерно. Объемное упрочнение осуществляется как правило термической объемной обработкой.
|
|
|
Формирование требуемых эксплуатационных свойств деталей при термической обработке достигается правильным выбором материала, скорости и температуры нагрева, времени выдержки, скорости охлаждения, глубины прокаливаемости, а также сочетанием различных методов термообработки. Большинство деталей машин работают в условиях, при которых эксплуатационная нагрузка (давление, нагрев, действие окружающей среды и т.п.) воспринимается главным образом их поверхностным слоем.
Поэтому долговечность таких деталей во многом определяется физико-механическим состоянием поверхностного слоя. Для таких деталей используют методы поверхностного упрочнения. Поверхностное упрочнение деталей может осуществляться двумя путями: изменением (модификацией) состояния поверхностного слоя или нанесением покрытий.
С физической точки зрения упрочнение металла путем модифицирования представляет собой процесс увеличения дефектов кристаллической структуры (вакансии, внедренные атомы, атомы примеси, дислокации, дефекты упаковки, границы зерен, блоков, субзерен, фрагментов и др.). Особую роль отводят механизму дислокационного упрочнения. Увеличение дефектов кристаллической структуры способствует торможению подвижных дислокаций и, как следствие, повышению сопротивления сдвигу.
|
|
|
С другой стороны, чрезмерное увеличение дефектов кристаллической структуры металлов, может явиться источником большой локальной напряженности в металле и появлением в нем поврежденности в виде субмикро-, микро- и макропор и трещин, снижающих КПМ. Поэтому процесс упрочнения металла технологически должен быть управляем.
Упрочнение путем модификации осуществляется термообработкой, насыщением поверхностного слоя легирующими элементами, пластической деформацией или физическими полями. Распространенным методом нагрева деталей под поверхностную термообработку является нагрев токами высокой частоты (ТВЧ), позволяющий получить сочетание высокой твердости поверхности и вязкости сердцевины. Широкие возможности по упрочнению поверхностного слоя обеспечивают методы, основанные на использовании конценприро- ванных потоков (КПЭ) энергии.
Изменение плотности теплового потока позволяет осуществлять термическую обработку, оплавление, аморфизацию, шоковый удар поверхностного слоя, получая при этом уникальные структуры с высокими физико- механическими свойствами, в том числе имеющие нестабильные фазы и пересыщенные твердые растворы, которые не удается получить другими методами.
|
|
|
Используя КПЭ, можно осуществлять модифицирование поверхностного слоя при атмосферном давлении, в вакууме или в контролируемой атмосфере.
Насыщение поверхностного слоя металлами и неметаллами повышает их эксплуатационные свойства за счет увеличения твердости и износостойкости (углерод, азот), жаростойкости (алюминий, хром, кремний) или другие свойства.
Скорость внедрения атомов легирующих элементов в кристаллическую решетку основного металла увеличивается с ростом температуры и давления.
Наряду с традиционными методами химико-термической обработки, осуществляемыми с объемным нагревом деталей, применяются методы лазерного, ионного, электроэрозионного поверхностного легирования, которые позволяют получать специфичные структуры с высокими эксплуатационными свойствами.
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) применяется с целью деформационного упрочнения металла и создания в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений, а также получения благоприятного профиля шероховатости поверхности. ППД весьма эффективно для повышения сопротивления усталости, особенно для деталей, изготовленных из высокопрочных материалов, имеющих повышенную чувствительность к концентраторам напряжения. Наличие в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений снижает скорость распространения усталостных трещин.
|
|
|
Малая шероховатость поверхности, имеющая большой радиус впадин, также способствует снижению концентрации напряжений на поверхности детали. Повышение износостойкости деталей обработкой ППД связано с формированием благоприятного профиля шероховатости, который сочетает хорошую опорную способность с достаточной маслоемкостью поверхности.
Модификация поверхностного слоя физическими полями основана на использовании импульсной магнитной обработки, нейтронного облучения и других физических методов, целенаправленно изменяющих тонкую кристаллическую структуру.
Нанесение покрьггий применяется с целью создания поверхностного слоя, материал которого имеет значительно большую, чем основной материал, износостойкость, коррозионную стойкость, жаростойкость и др. свойства.
Применение покрьггий позволяет технологическими способами управлять эксплуатационными свойствами поверхностного слоя, изготовляя деталь из недорогих и недефицитных материалов. Поскольку покрытия увеличивают размер, они применяются также при ремонте деталей.
Наряду с традиционными методами нанесения покрьггий — химическими и гальваническими (в данной главе не рассматриваются) широкие возможности обеспечивают методы, основанные на использовании КПЭ. При напылении газотермическими методами в атмосфере образуются покрытия толщиной от десятков микрометров до миллиметра и более.
Нанесение покрытий в вакууме осуществляется атомами или ионами материала покрытия, которые при встрече с поверхностью детали или внедряются в нее (ионная имплантация) или осаждаются на ней и, конденсируясь, образуют тонкий слой покрьттия толщиной от долей до нескольких микрометров. Покрытия, обладающие хорошими эксплуатационными свойствами, можно получить методами электроискровой обработки.
Достоинства таких покрьггий заключаются в хорошей адгезии (сцепляемости) с основным металлом и возможности получения сложного по составу покрьттия при сравнительно небольших затратах. Расширение технологических возможностей упрочнения обеспечивают комбинированные технологии, основанные на использовании различных по физической сущности методов упрочнения. К комбинированным относятся методы, сочетающие термическую и механическую обработки, нанесение покрытий и диффузионный отжиг, нанесение покрытий и ППД и др.
Например, электроэрозионное легирование поверхностного слоя позволяет в несколько раз повысить износостойкость деталей. Однако при этом в поверхностном слое возникают растягивающие остаточные напряжения, снижающие сопротивление усталости.
Поэтому для достижения сочетания износостойкости и сопротивления усталости следует деталь дополнительно упрочнить ППД. Выбор того или иного метода упрочнения должен быть обоснован, с одной стороны, эксплуатационными условиями работы детали, а с другой, экономическими соображениями.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 319; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!