Metod_2542

Вдругих телах, например в алмазе, существуют ковалентные связи, каждая из которых образуется парой общих электронов.

Вмолекулярных решетках органических соединений молекулы удерживаются особыми молекулярными связями.

Для металлов и сплавов характерен металлический вид связи, которая возникает между положительно заряженными ионами металла и полусвободными электронами, заряженными отрицательно.

При образовании кристаллических решеток между частицами возникают силы, удерживающие атомы, ионы в узлах решетки на определенном расстоянии друг от друга. Академик Н.Т. Гудцов назвал эти силы кристаллическими, внешне они проявляются в

свойстве упругости кристаллических тел. Кристаллические силы, выражающие связь между частицами в твердых телах, складываются из сил притяжения и отталкивания. Величина сил зависит от расстояния между атомами или ионами. При сближении атомов путем деформирования возрастают силы отталкивания, при удалении — преобладающими становятся силы притяжения. Этим объясняется свойство упругости кристаллических тел.

При некотором междуатомном расстоянии равнодействующая силы притяжения достигает наибольшего значения, преодолев которое, можно полностью отделить атомы друг от друга. Очевидно, что сила притяжения определяет величину абсолютной прочности кристаллической решетки и материала в целом.

Теоретически вычисленные значения абсолютной прочности металлов и сплавов во много раз превышают действительные значения прочности, найденные опытным путем, что можно объяснить дефектами и несовершенством кристаллического строения реальных материалов.

Растяжение монокристалла можно представить в виде графика (рис. 3.47). На графике имеется область упругих деформаций монокристалла, для которой, согласно закону Гука, до нагрузки Ре сохраняется прямолинейная зависимость между нагрузкой и деформацией. Количественно эта область описывается пределом упругости е и пределом пропорциональности пц.

223

Н.Т. Гудцова, возможен особый вид пластической деформации, состоящий в остаточном искажении кристаллической решетки. В сплавах процесс пластической деформации усложняется. Наряду с деформацией кристаллической решетки возможны изменения концентрации твердых растворов, вызываемые диффузионными процессами.

Рис. 3.50. Плоскости сдвига в кубической решетке

Однако основным процессом при пластическом деформировании металлов и сплавов в холодном состоянии является сдвиг. Строение металла в зоне сдвига резко изменяется. В областях, прилегающих к плоскости сдвига, происходят искажения кристаллической решетки, что приводит к упрочнению материала. Непосредственно в самой зоне сдвига происходят измельчение и дробление зерен металла. Таким образом, пластическое деформирование в холодном состоянии, т.е. при температурах ниже температуры рекристаллизации, приводит к упрочнению материала (наклепу).

Изложенное выше позволяет сделать следующие выводы:

при нагружении монокристалла внешней силой до некото-

рого напряжения е, называемого пределом упругости, материал деформирует только упруго;

упругая деформация выражается в искажении кристаллической решетки;

при нагрузке выше предела упругости наряду с упругой деформацией в материале проявляется остаточная (пластическая) деформация; она преимущественно состоит в образовании сдвигов, но может сопровождаться двойникованием или остаточными искажениями кристаллической решетки;

сдвиги происходят преимущественно по плоскостям, наиболее плотно упакованным атомами;

225

сдвиг по мере развития затормаживается, возникновение нового сдвига в другой плоскости требует большего напряжения;

итогом пластического деформирования является упрочнение материала, объясняемое остаточным искажением кристаллической решетки, образованием сдвигов, полигонизацией и измельчением зерен.

Горячим деформированием (горячей обработкой) называется пластическое деформирование детали, осуществляемое при температурах выше температуры рекристаллизации и не приводящее

кнаклепу материала.

Величину температуры рекристаллизации можно принять равной 0,4 от температуры плавления металла или сплава.

Температура нагрева детали оказывает существенное влияние на пластичность материала. Сопротивление деформированию стали, нагретой до температуры ковки, в 10–15 раз меньше, чем ее сопротивление в холодном состоянии.

Однако нагрев стали до ковочных температур сопровождается окислением железа (образованием окалины), выгоранием углерода из поверхностного слоя и короблением детали. Поэтому, чтобы уменьшить вредное влияние температур нагрева, стремятся достичь температуры, достаточной для деформации детали на требуемую величину: для углеродистых конструкционных сталей температура нагрева лежит в интервале 350–700 °С. Нагрев до 350 °С не повышает пластичность материала.

При горячем деформировании величина зерна не оказывает заметного влияния на пластичность, но существенно влияет на прочность материала. Величина зерна изменяется в зависимости от степени деформирования и температуры рекристаллизации. При определенных температуре и степени деформирования для данной марки стали размер зерна достигает максимального значения. Такую величину деформации называют критической, и ее следует избегать, так как она приводит к разупрочнению материала.

Таким образом, при выборе режима нагрева детали необходимо учитывать степень повышения пластичности материала и возможного разупрочнения его в связи с ростом зерна.

226

3.6.2.Виды деформирования

Взависимости от действующей силы и направления деформации принято различать следующие виды деформирования:

объемное осаждение (осадка);

объемное вдавливание;

объемное дорнование (раздача);

объемное обжатие;

объемное вытягивание (вытяжка).

Объемное осаждение (рис. 3.51)

детали происходит за счет уменьшения ее высоты, поэтому допускается уменьшение высоты для нагруженных деталей не более 5–8 %, для легконагруженных деталей — не более 15 %. Технологический маршрут восстановления толкателя клапана осадкой включает следующие операции:

отжиг при Т = 800…850 °С;

осаждение до номинального или ремонтного размера;

поверхностная закалка ТВЧ;

шлифование стержня на бесцентрово-шлифовальном станке;

шлифование сферической поверхности;

прогонка резьбы под регулиро-

метрической формы отверстия. Припуск на растачивание рекомендуется 0,1–0,2 мм на диаметр.

Объемное вдавливание. При этом виде деформирования, как и при объемном осаждении, направление деформирующей силы

Рис. 3.54. Приспособление для восстановления зубчатых колес объемным вдавливанием:

1 — пуансон; 2 — ограничительное кольцо; 3 — заготовка; 4 — матрица; 5 — выталкиватель; 6 — центрирующий конический вкладыш;

7 — разрезная втулка

Технологический маршрут восстановления зубчатого колеса объемным вдавливанием состоит из следующих операций:

отжиг деталей (для зубчатых колес, изготовленных из стали

35Х; 45; 40Х, Т 900…950 °С, из стали 18ХГТ; 30ХГТ — Т

1100…1160 °С);

вдавливание;

растачивание или протягивание отверстия;

обтачивание наружного диаметра и фасок (операция выполняется с использованием обработанного отверстия в качестве технологической базы);

228

фрезерование зубьев (технологическая база — то же отверстие); такое построение операции обеспечивает соблюдение принципа постоянства баз;

термическая обработка (объемная закалка с последующим низким отпуском);

шлифование отверстия;

фанишная обработка зубьев: шлифование или притирка. Последний метод отделки зубьев колес следует считать предпочтительным.

Объемное дорнование (раздача) приме-

няется для увеличения изношенного наружного диаметра деталей, имеющих центральное отверстие (рис. 3.55).

Из рис. 3.55 видно, что векторы дефор-

пальца.

Поршневые пальцы изготавливают из стали 20; 20Х; 12ХНЗА, термическая обработка включает в себя следующие операции: цементацию, закалку и низкий отпуск. Твердость наружной поверх-

ности HRC 58–62.

Технологический маршрут восстановления поршневых пальцев методом объемного дорнования включает операции:

229

сортировку деталей по диаметру отверстия с помощью ка- либра-линейки;

отжиг при температуре Т = 1100…1150° С с выдержкой 1,5–

2,0 ч;

раздачу под молотом или прессом (для уменьшения дефор-

мирующего усилия Рд рабочую поверхность пуансона рекомендуется смазывать маслом. Деталь в матрицу устанавливают с зазором, обеспечивающим свободное выталкивание пальца из приспособления после раздачи);

термическую обработку: закалку и низкий отпуск HRC 50;

бесцентровое предварительное и чистовое шлифование;

суперфаниширование.

После раздачи поршневые пальцы контролируются по уменьшению длины детали. Если уменьшение длины достигает 2 мм и более, пальцы выбраковываются.

Объемное обжатие применяется для уменьшения изношенного внутреннего диаметра детали за счет перемещения металла из нерабочих зон (рис. 3.57). Из рисунка видно, что при обжатии направления деформаций и деформирующей силы совпадают.

Рис. 3.58. Приспособление для обжатия втулки: 1 — пуансон; 2 — втулка; 3 — матрица

230

Деформирование втулки осуществляется в приемной части матрицы, имеющей форму конуса с углом = 7…8 . Выходная коническая часть имеет угол = 18…20 .

Калибрующая часть матрицы выполнена в виде цилиндрического пояска. Диаметр калибрующей части принимается из расчета уменьшения внутреннего диаметра на величину износа и припуска на механическую обработку.

После обжатия наружную поверхность втулки наращивают меднением, осталиванием. Отверстие втулки развертывается или растачивается.

Объемное вытягивание (вытяжка) применяется для увеличения длины детали за счет местного уменьшения ее поперечного сечения (рис. 3.59).

К типовым деталям, подлежащим восстановлению объемным вытягиванием, можно отнести тяги, рычаги, толкатели и др.

Восстановление первоначальной формы детали (правка) применяется в тех случаях, когда во время эксплуатации появляются остаточные деформации, нарушающие взаимное расположение рабочих поверхностей деталей: изгиб оси, нарушение соосности шеек, скру-

чивание и т.д. Существует два способа правки: статическая правка и правка объемной чеканкой.

Статическая правка проводится в холодном состоянии или с нагревом (рис. 3.60). Холодная правка достаточно широко применяется в машиностроении и в ремонтном производстве для восстановления прямолинейности осей валов. Однако холодная правка несет опасность повторной деформации, снижения усталостной прочности и несущей способности валов. Возможность повторной деформации

вызвана тем, что при холодной правке возникают неуравновешенные внутренние напряжения, которые с течением времени, уравновешиваясь, приводят к объемной деформации детали.

Усталостная прочность снижается за счет образования в поверхностных слоях металла зон с растягивающими напряжения-

231