книги из ГПНТБ / Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом

меняются. У сталей 35 и 45Г2 напряжения наибольшей величины достигают при более высоких усилиях. Замет­ ное увеличение напряжений первого рода у всех сталей наблюдается в диапазоне усилий от нуля до 14,7 кН. Дальнейшее повышение усилия (особенно для сталей 35 и 45) на изменение напряжений влияния почти не ока­ зывает. Наибольшая величина макронапряжений в дета­ лях из среднеуглеродистых сталей достигала 26, а из малоуглеродистых 32 кГ/мм2.

Изменение микронапряжений от усилия обкатывания по уширеншо задних интерференционных линий ß2 и

2

1

Рис. 28. Влияние усилия обкатывания и числа проходов на размер

100

ß3 показывает, что стали 45, 35, 45Г2 за счет напряжении

второго рода получают большее упрочнение, чем сталь 15 (рис. 31). Особенно это заметно на стали 45Г2. У ста­ ли 15 проникновение пластической деформации идет вглубь, при этом напряжения уравновешиваются в боль­ шем объеме. Кроме того, при обкатывании образцов из малоуглеродистой стали замечено поверхностное течение металла, что уменьшает развитие кристаллнтных иска­ жений.

Опыты показали, что более значительные остаточные напряжения первого рода были получены у стали 15.

Рис. 29. Влияние усилия обкатывания и числа проходов на изменение плотности дислокации: а —■по линиям (ПО) и (211); б — по линиям (ПО) и (220). I — зависимость плотности дислокации от усилия об­ катывания при одном проходе; 2 — от числа проходов при усилим обкатывания 9,8 кН

101

У сталей 45, 35 п особенно у 45Г2 наблюдалась тенденция к увеличению остаточных напряжений II рода. Это свиде­ тельствует о необходимости проводить обкатывание де­ талей из малоуглеродистых сталей при усилии в 1,5—2 раза меньшем, чем деталей из среднеуглеродпстых п ле­ гированной сталей. Выполнение этого требования обеспе­ чивает получение необходимой степени упрочнения без нарушения целостности поверхности.

Из приведенных выше зависимостей видно, что вели­ чина макро- и мнкронапряженнй для исследуемых ста­ лей неодинакова. Изменение напряжений от усилия об­ катывания аналогично изменению твердости поверх­ ности. Исследования по определению твердости накле­ панного слоя дают основание считать, что ее изменение связано с развитием кристаллитных п элементарных искажений. О наличии последних свидетельствует не только ушпренпе интерференционных линий, но и падение интенсивности этих линий, что является следствием сме­ щения некоторых атомов со своих положений в решетке.

Металлографические исследования и измерение твер­ дости выявили оптимальные усилия обкатывания и число

6, кГ/мм

Рис. 30. Влияние усилия обкатывания и числа проходов на измене­ ние остаточных напряжений I рода: 1— зависимость напряжении от усилия обкатывания при одном проходе; 2 — от числа проходов при усилии обкатывания 9,8 кН

102

предельного значения. Способность решетки дальше де­ формироваться оказывается исчерпанной. В этом случае -наступает дальнейшее интенсивное дробление блоков, что приводит к возникновению микротрещин и разрушению поверхности.

Увеличение деформирующего усилия или числа про­ ходов выше оптимальных значений приводит к некото­ рому естественному пределу сопротивляемости пластиче­ ской деформации. Вероятно, этот предел определяется

Рис. 32. Величина макро- и мпкронскажешш, размер блоков и плот­ ность дислокаціи"! (усилие обкатывания 9,8 кН при одном проходе):

1— сталь 15; 2 — сталь 35; 3 — сталь 45; 4 — сталь 45Г2

минимальным значением размеров блоков, которые они могут иметь в сильно наклепанном материале, т. е. ІО- 6 см (по Коттреллу). В самом деле, в начальных ста­

диях деформации, пока блоки достаточно крупны, дробле­ ние идет легко, причем на этой стадии процесса микро­ напряжения в блоках еще не принимают своих макси­ мальных значений.

С увеличением давления и числа проходов способность материала сопротивляться внешнему воздействию возрас­ тает, затем наступает равновесие между деформирующим усилием и реакцией материала. При этом устанавливают­ ся некоторые критические значения микронапряжений и размеров блоков. Они, по-видимому, и должны являться критерием при выборе оптимальных режимов упрочнения

.материалов методом холодного пластического деформи­ рования. Сопротивление стали пластическому деформи­ рованию находится в зависимости от величины зерна, структуры и присутствия того или иного компонента.

.104

Глава V

ИЗНОС СТАЛЕЙ, УПРОЧНЕННЫХ НАКЛЕПОМ

Износостойкость-— это сопротивление тела разруше­ нию его поверхности при трении. Ыо на износ наряду с силами трения могут оказывать влияние удары, эрозия, вибрации, деформации и другие сопутствующие факторы. Поэтому, говоря об износе материала в этом сложном процессе, имеют в виду более узкое понятие отделе­ ния частиц материала с поверхности тела, разрушаемого только силами трения, что ведет к изменению его массы и размеров. Износостойкостью материала часто -опреде­ ляется долговечность изделия, в работе которого решаю­ щую роль играет трение. Это особенно относится к под­ шипникам скольжения, подвижным сопряжениям и дру­ гим подобным узлам.

Решение задач, стоящих в области изучения износо­ стойкости материалов, связано с большими трудностями из-за особого положения этой проблемы в науке и прак­ тике. Решая вопрос о применении материала или техно­ логических способов его упрочнения, т. е. использования характерных для него свойств, на первой стадии — инже­ нерной оценки, определяют конкретный материал для данного изделия. На второй стадии — инженерного рас­ чета конструируют изделие. В первом и во втором слу­ чаях используются численные характеристики свойств материала. Одиако в большинстве случаев ие принима­ ются во внимание характеристики трения и износа мате­ риалов, хотя чаще всего надежность и долговечность изделий определяется их износостойкостью. Нет даже унифицированного метода общей оценки износостойко­ сти материалов. Это еще раз подтверждает специфич­ ность и сложность проблемы износостойкости материа­ лов. Сейчас четко определилась тенденция к частным

1 0 6

решениям отдельных вопросов трения и износа материа­ лов исходя из конкретных условий эксплуатации изде­ лий, их назначения и применения. Поэтому вполне обо­ снована постановка вопроса об изучении износа и стой­ кости сталей, упрочненных наклепом. В настоящее время указанная проблема еще не разрешена полностью и все­ сторонне.

1. Влияние наклепа на длительность приработки поверхностей трения

С развитием молекулярной физики гидродинамиче­ ского и граничного трения определения «сухое», «полу­ сухое», «жидкостное» и «полужидкостное» трение уже не

конкретизации терминологии. В этой связи заслуживает серьезного внимания определение А. С. Ахматова [7]. Автор подразделяет треине на два вида: «трение идеаль­ но чистых (ювенильных) поверхностей» и «гидродинами­ ческое трение». Между этими предельными состояниями фрикционной системы находятся два промежуточных режима граничного трения, соответствующие переходам от трения несмазанных, «чистых» поверхностей к гранич­ ному и от граничного трения к гидродинамическому. В реальных условиях эксплуатации деталей машин гра­ ничное трение как таковое почти не встречается. Чаще оно проявляется совместно с элементами «сухого» трения (наиболее опасного в данном случае), вызывающими форсированный износ деталей.

Применение новых методов обработки деталей ма­ шин, в том числе и методом поверхностного пластическо­ го деформирования, позволяющего значительно увели­ чить износостойкость, создает предпосылки для более благоприятных условий работы пар трения при гранич­ ной смазке. Этому также способствует то, что между образующимися на поверхностях адсорбированными пленками с ориентированными молекулами силы трения в несколько раз меньше, чем в самом масляном слое. Тонкий слой смазки (до 0,1 мкм и менее), образовавший­ ся па поверхностях трения, не разрушаясь, может выдер­

1 0 7

живать нагрузку, равную тысячам килограммов на квадратный сантиметр. В то же время такая масляная пленка оказывается вполне достаточной, чтобы запол­ нить углубления неровностей, вследствие чего выступы уже не могут входить в зацепление на всю свою высоту из-за несжимаемости жидкости. Толщина масляного слоя значительно превосходит размер двух-трех молекул (радиус действия молекулярных сил), чем препятствует силам молекулярного взаимодействия поверхностей тре­ ния. Силы трепня при граничной смазке проявляются только между адсорбированными пленками, при этом износ деталей, как правило, минимальный. Взаимодейст­ вие поверхностей в присутствии граничного слоя при контакте и трепни характеризуется совокупностью тесно связанных между собой явлений, протекающих в моле­ кулярной структуре граничного слоя, на фазовых поверх­ ностях и в прилежащих слоях металла.

Таким образом, в одном случае граничное трение может способствовать форсированному износу пар тре­ ния, в другом — благоприятно сказываться на их долго­ вечности. Пока встречается чаще первое, для более глу­ бокого познания происходящих процессов нужны даль­ нейшие исследования.

В настоящих исследованиях износ пар трепня подчиня­ ется общей закономерности, он характеризуется тремя основными периодами: приработки, нормальной работы и форсированного (аварийного) износа.

Период приработки характеризовался наиболее ин­ тенсивным износом сталей, период нормальной работы — более стабильным износом. Аварийный износ в экспери­ ментах отсутствовал, так как увеличения зазоров в со­ пряжении при данной методике испытаний не было. Только при чрезмерном разжижении смазки, нарушении масляной пленки возникали условия, характерные для «полусухого» трепня. В этом случае износ был чрезвы­ чайно большой, а качественные показатели иными. Не­ редко отмечались задиры и схватывание поверхностей. Форма, размеры и характер сопряжения образца и контр­ тела приведены на рис. 33. Продолжительность испыта­ ний во всех случаях устанавливалась опытным путем ис­ ходя из величины ощутимого износа. С целью получения возможности применения экспериментальных данных и полученных на их основе выводов к парам трения, имею-

1 0 8

тми иную площадь и путь трения, абсолютный износ об­ разцов отнесен к единице площади и единице пути трения. Удельный износ (/), интенсивность изнашивания (Лг), износостойкость (№) it затраченная работа трения (.4), взятые вместе, дали более полную картину процесса, а также позволили провести сравнение сталей разного хи­ мического состава в зависимости от вида механической обработки поверхности.

На процесс трения и износ деталей оказывают сущест­ венное влияние упругие колебания, которые зависят от

высоты мпкроперовностей, микропрофиля поверхности и других геометрических параметров сопряжения. Источ­ ником колебаний могут быть периодические импульсы, присущие, например, двигателям внутреннего сгорания, или силы инерции движущихся масс. Эксперименты по­ казали, что внешний возбудитель колебаний сопряжения особенно в диапазоне ультразвуковых частот оказывает влияние на изменение момента трения, времени приработ­ ки, износа поверхностей, кавитационные и другие про­ цессы, протекающие в граничных слоях смазки [164]. В исследуемом диапазоне нагрузок под действием высоко­ частотных колебаний момент трения снижается на 40— 45%, а износ поверхности растет. Эта закономерность сохраняется и после периода приработки. При изучении

1 0 9