1.2.2. Обработка ппд малопластичных материалов

Известно, что помимо обработки ППД пластичных материалов в последнее время широко и успешно применяется ППД весьма малопластичных материалов: сталей, закаленных до HRC 60–62, цементированных с последующей закалкой сталей, сталей после азотирования и цианирования, чугунов, титановых и твердых сплавов и др.

Естественно, возникает вопрос, почему возможен процесс ППД при обработке таких на первый взгляд непластичных или малопластичных материалов, и как он протекает.

Прежде всего необходимо отметить, что закалку и химико-термическую обработку сталей ведут при весьма высоких температурах (800⁰–1000⁰ и более). При этом происходит частичное выгорание углерода в поверхностном слое детали, и последний становится более пластичным. Поэтому сразу после закалки или химико-термической обработки деталей возможно осуществление ППД черных поверхностей.

Далее напомним, что ППД не является формообразующей обработкой. Поэтому после закалки или химико-термической обработки для получения требуемой формы и размеров ответственных поверхностей обычно сначала производится их шлифование. При этом в поверхностных слоях развиваются температуры до 1000⁰–1300⁰С и даже выше. И хотя существование столь высоких температур и их воздействие на структуру поверхностного слоя кратковременно, все же показатели его пластичности повышаются, и становится возможной обработка ППД.

В связи со сказанным при ППД закаленных сталей исходные микронеровности пластически деформируются, и образуется новый микрорельеф с меньшей шероховатостью. Естественно, что с увеличением твердости стали и снижением ее пластичности минимально достижимая высота неровностей увеличивается.

Очевидно, что форма микронеровностей, как и в случае ППД пластичных материалов, характеризуется бóльшими значениями r, r/R_{Z max}.

Известно, что после закалки сталей в их структуре помимо образующегося в процессе закалки мартенсита сохраняется некоторое количество остаточного аустенита, который снижает суммарную твердость заготовки. Чем больше в структуре стали легирующих элементов, тем больше в ней остаточного аустенита, который при комнатной температуре находится в метастабильном (неустойчивом) состоянии.

При ППД в зоне контакта развиваются высокие давления, под действием которых остаточный аустенит частично распадается и превращается в мартенсит. В результате после ППД закаленных сталей в поверхностном слое твердость повышается. Причем прирост твердости может достигать от 1 до 10 единиц HRC.

Так как мартенсит имеет больший удельный объем по сравнению с остаточным аустенитом, поверхностный пластически деформированный слой стремится увеличить свои размеры. Этому препятствуют нижележащие слои металла. Поэтому в поверхностных слоях формируются остаточные напряжения сжатия, а в сердцевине - напряжения растяжения.

Анализируя сказанное, приходим к выводу, что в результате обработки ППД малопластичных материалов в поверхностном слое происходят те же благоприятные изменения, что и при обработке пластичных материалов:

1. уменьшается исходная шероховатость;

2. формируется новый микрорельеф;

3. повышается твердость поверхностного слоя;

4. в поверхностном слое создаются остаточные напряжения сжатия.

Правда, причины повышения твердости в поверхностном слое и формирования в нем остаточных напряжений сжатия иные, чем в случае обработки пластичных материалов, но результаты - аналогичны.

Поэтому в настоящее время широко применяется обработка ППД после объемной закалки, закалки ТВЧ, азотирования, цементации таких деталей, как шестерни, валы, пружины, буровые долота, кольца шарикоподшипников и т.п.