7.3 Повышение надежности деталей машин упрочняющей

поверхностной обработкой

Эффективным средством повышения долговечности является применение технологических методов поверхностного упрочнения, позволяющих существенно (до 1,5-3 раз) повысить пределы выносливости, от 5 до 10 раз и более - долговечность деталей, а при применении ряда методов - и износостойкость.

Для снижения отрицательного влияния концентраторов растягивающих напряжений целесообразно использовать методы поверхностного пластического деформирования, или наклеп, повышающие физико-механические свойства, улучшающие

микрогеометрию и изменяющие абсолютные значения и знак остаточных напряжений. Так остаточные сжимающие напряжения значительно снижают, а в большинстве случаев полностью ликвидируют отрицательное влияние концентраторов напряжений. Среди методов пластического деформирования наиболее распространенными являются: дробеструйная обработка, накатывание роликами или шариками, вибрационное накатывание, поверхностное раскатывание, чеканка, вибро- и гидровиброударная обработка, ультразвуковая упрочняющая обработка, гидрополирование, алмазное выглаживание и др.

Химико-термическая и термическая упрочняющие поверхностные обработки позволяют резко изменить качество поверхности детали и обеспечить требуемые эксплуатационные (износостойкость, усталостную прочность, жаростойкость и др.), поэтому их применение не только эффективно, но в ряде случаев является единственно возможным средством для повышения надежности деталей. Они также изменяют абсолютные значения и знак остаточных напряжений. Расширение области термической обработки стало возможным после усовершенствования технологии процессов поверхностной закалки, цементации, азотирования, цианирования, а также в результате разработки новых процессов диффузионного насыщения поверхности сплавов (алитирование, диффузионное хромирование, борирование, сульфоцианирование и др.).

Износостойкость и коррозионная стойкость могут быть существенно повышены при нанесении на рабочие поверхности деталей металлических и неметаллических покрытий с высокими эксплуатационными свойствами методами электро-, газовой и плазменной металлизации, твердого никелирования, осталивания, глубокого оксидирования и др.

К повышению надежности изделий приводит также использование некоторых новых технологических процессов, например, использование в них вибраций. Однако о влиянии вибрации на качество поверхностного слоя пока мало.

Для обеспечения теплостойкости поверхности деталей, работающих при повышенных температурах, применяют металлы, полученные плазменным напылением, когда соединение двух материалов происходит в результате молекулярной диффузии при температуре в несколько тысяч градусов.

Особенное внимание уделяется наплавке металлических поверхностей высокотеплостойкими материалами, например, вольфрамом, нанесению керамических материалов и др. Некоторые из этих технологических процессов одновременно повышают предел выносливости и обеспечивают повышение физико-химических и механических свойств поверхностного слоя деталей.

Влияние поверхностного упрочнения на прочность нагрузках учитывают с помощью коэффициента

где - пределы выносливости деталей с упрочнением и без упрочнения соответственно.

Значения зависят от свойств материала детали, от режимов упрочнения, от размеров и геометрии детали, от вида нагружения, от внешних воздействий и других факторов. Особенно существенно (в 2 - 3 раза и более) пределы выносливости повышаются для деталей, работающих в условиях коррозии, для сварных деталей.

При неправильной технологии поверхностного упрочнения могут появляться такие дефекты, как обрыв закаленного упрочненного слоя в зоне концентрации напряжений, обезуглероживание поверхности и др. Эти дефекты могут привести не к упрочнению, а к снижению пределов выносливости. Так, при обрыве закаленного слоя в концентрации напряжений остаточные растягивающие выходят на поверхность в зоне высоких рабочих к снижению предела выносливости детали. При обезуглероживании поверхности при термической обработке получается тонкий слой с пониженной твердостью, а следовательно, и пределом выносливости. Трещина усталости, зародившись в этом слое, далее распространяется на все сечение₃ предел выносливости при этом заметно снижается.

При обработке поверхности детали лучом лазера в поверхностном слое могут возникать как растягивающие остаточные (например,

при оплавлении), так и сжимающие. В первом случае выносливости снижаются, во втором - повышаются.

Таким образом, оптимальные режимы упрочнения, обеспечивающие наибольшие значения следует находить на основе изучения влияния режимов упрочнения на эпюры распределения остаточных напряжений и механических свойств по сечению детали, а на основе усталостных испытаний деталей при различных режимах упрочнения.