Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

нению с пальцами, упрочненными высоким отпуском и обкатыванием.

Для упрочнения пальцев траков созданы высокопроизводительные автоматические линии.

На линии проводится нагрев вала до температуры аустенизации, последующая де­ формация кручением с одновременным осе­ вым растяжением и немедленная закалка в масле.

Схема 2 — термомеханическая (ВТМО с деформацией прокаткой или закручиванием) или обычная термическая обработка (закалка на мартенсит) и отпуск, упрочнение обкаты­ ванием роликами и последующий отпуск.

Использование кручения в качестве де­ формации при ВТМО создает направленное упрочнение деталей, эффект от которого на­ блюдается лишь в случае совпадения направ­ ления закручивания деталей при горячей де­ формации и при эксплуатации.

Например, для повыщения циклической долговечности в несколько раз по сравнению с традиционной обработкой закалкой, отпус­ ком и упрочнением обкатыванием, валики из стали 45ХН2МФА-Ш диаметром 35...55 мм, хшиной 1000...2400 мм, обрабатывали по ре­ жиму: сквозной нагрев токами высокой часто­ ты до температуры (920±20) °С, одноразовое закручивание на угол (2160... 1800) ± 90 °С, последеформационная выдержка порядка 1530 с, охлаждение в масле, низкий отпуск, обкатывание и отпуск.

Упрочнение в процессе отпуска после обкатывания роликами стали с мартенситной структурой обусловлено в основном уменьщением локальных микронапряжений вблизи

структурных концентраторов в той зоне слоя, где зарождается очаг усталостного разруше­ ния. Остаточные сжимающие напряжения, твердость в упрочненном обкатыванием слое после отпуска несколько снижаются.

Упрочнение по указанной схеме повы­ шает предел выносливости и офаниченной долговечности деталей, работающих на изгиб. Для осуществления ВТМО кручением валиков создана автоматическая линия.

Схема 3 — закалка на мартенсит, низкий отпуск, деформационное старение мартенсита (ДСМ), упрочнение обкатыванием.

Деформационное старение мартенсита повышает предел текучести на 40-50%. Опти­ мальный эффект от использования ДСМ по­ лучен при степенях деформации 0,4—10%.

Для деформации закаленных и низкоотпущенных валов (51...57НКСэ) диаметром 28...53 мм и длиной 600—2400 мм применен метод холодного продольного раскатывания (А.С. № 55780).

Раскатывание стержня и галтелей вала осуществляется двумя неприводными ролика­ ми с ручьями, охватывающими вал двумя секторами. Цикл раскатывания включает (рис. 2.9.54) проталкивание вала 2 между роликами 7, разведение роликов, поворот вала на за­ данный угол, холостой ход назад. Цикл про­ водят с программой поворотов на угол: 0; 90; 45; 90; 67,5; 90; 45; 90 °.

Оптимальная степень деформации рас­ катыванием валиков из сталей 45ХН2МФА и 45ХН2МФА-Ш составляет 0,4...0,6% (по уд­ линению вала); последеформационный отпуск проводят при температуре 140...160 °С с вы­ держкой 3 ч (рис. 2.9.55).

Упрочнение деталей по указанной выше схеме, включающей ДСМ, обеспечивает по­ вышение упругих свойств: предел пропорцио­ нальности увеличивается с 930 до 1120 МПа, предел текучести с 1260 до 1430 МПа, прак­ тически без изменения пластичности.

6s

^0^2^

(^па,

д)

Степень деформации при заневоливании оценивают коэфициентом заневоливания К, равным отношению угла при пределе пропор­ циональности до упрочнения к углу занево­ ливания.

Упрочнение заневоливанием повышает упругие свойства торсионов на 40—60%; со­ противление усталости повышается на 10— 20%.

Одновременное повышение упругих свойств и сопротивления усталости достигает­ ся комбинированным упрочнением, занево­ ливанием и обкатыванием. Наибольший эф­ фект получается при упрочнении в последова­ тельности: заневоливание, обкатывание, заневоливание (А. с. 1488330). В этом случае в поверхностных слоях одновременно создают­ ся наибольшие по величине остаточные каса­ тельные и сжимающие нормальные напряже­ ния (табл. 2.9.35).

Упрочнение в последовательности: зане­ воливание, обкатывание, заневоливание — увеличивает упругие свойства торсионных валов с 850—900 МПа до 1300—1420 МПа. Ограниченная циклическая долговечность валов составляет 500—800 тыс. циклов при максимальных напряжениях цикла 1300— 1420 МПа.

Использование термомеханической об­ работки с деформацией кручением вместо обычной закалки и низкого отпуска в указан­ ной схеме упрочнения обеспечивает дополни­ тельное повышение пластичности при круче­ нии деталей на 20...30 % при одновременном увеличении сопротивления усталости (рис. 2.9.56).

Схема 6 — закалка или ТМО (кручением), отпуск, деформационное старе­ ние мартенсита (раскатывание, отпуск), зане­ воливание, обкатывание роликами, заневоли­ вание (А. с. 559973, 1135780, 1355635, 1013501).

Число ииклод до разрушения

Рис. 2.9.56. Усталостные кривые валов, упрочненных по схемам:

закалка, отпуск, обкатывание, заневоливание {1,4), закалка, отпуск, заневоливание, обкатывание, зане­ воливание (J), ТМО кручением, отпуск, заневолива­ ние, обкатывание, заневоливание (2),

сталь 45ХН2МФА-Ш, отпуск 200-220 °С (J, 4, 5), отпуск 470 °С (7)

В указанных схемах упрочнения исполь­ зуется удачное сочетание ориентированности упрочнения горячей деформацией кручением с последующим холодным упрочнением заневоливанием (кручением). Дополнительное упрочнение материала обеспечивается за счет упрочнения при ДСМ. Для предотвращения обезуглероживания деталей при высокотемпе­ ратурном нагреве применен нагрев ТВЧ. По­ вышенная пластичность и упрочняемость материала при ТМО обеспечивается совокуп­ ностью структурных изменений, связанных с протеканием полигонизационных процессов и фрагментацией структуры, дроблением мартенситных пакетов и пластин, уменьшением напряженности структуры за счет перестрой­ ки дислокаций и выделением мелкодисперс­ ных карбидов.

Валы, упрочненные по указанной выше схеме, работают в упругой области до макси­ мальных рабочих напряжений 1480... 1570 МПа, обеспечивая высокую цик­ лическую долговечность (N) при испытании (т,m ax ЧПП1 = 372 МПа) по различным режимам (табл. 2.9-36).

Для упрочнения валов по указанной схеме созданы линии, включающие станки для продольного холодного раскатывания валов при обработке ДСМ, станки для упроч­ нения стержня, галтелей и шлицевых головок, стенд для заневоливания, а также автоматиче­ ская линия для обработки ТМО кручением.

Комбинированное упрочнение нанесением покрытий и ППД. Покрытия, применяемые при комбинированной обработке, можно раз­ делить на следующие группы.

1. Металлические тонкие пленки из мягких материалов: золото, серебро, медь, кадмий, цинк и др., наносимые химическими, гальваническими, электрохимическими спо­ собами.

2.9.36. Долговечность деталей, упрочненньк по схеме 6

2.Покрытия со сложной структурой: ди­ сульфиды, диселениды молибдена, вольфра­ ма, ниобия; тантала и др. Из покрытий этой группы наибольшее применение получил по­ рошок дисульфида молибдена, который нано­ сят на трущиеся поверхности как в чистом виде, так и со связующими.

3.Твердые металлические покрытия (твердость HV 3000 - 9000 МПа): хромовые, никелевые и др., наносимые гальваническим, электрохимическим и гальваномеханическим способами.

4.Тонкие покрытия из металлокерамических сплавов, соединений из тугоплавких металлов и других различных материалов и др., осаждаемые такими методами как элек­ троискровое легирование, конденсация веще­ ства из плазменной фазы в условиях ионной бомбардировки, детонационное и др.

5.Тонкие твердые покрытия на деталях из титановых сплавов, формируемые за счет газонасыщения титана кислородом, азотом и парами воды.

Вместе с тем покрытия, повышая одни служебные свойства, в ряде случаев могут снижать другие, нередко более важные экс­ плуатационные характеристики деталей (снижение предела выносливости, растрески­ вания, наводораживания, образование растя­ гивающих остаточных напряжений и др.)

Наиболее целесообразным методом уст­ ранения указанных недостатков является ал­ мазное выглаживание, которое в зависимости от требований эксплуатации выполняется по следующим схемам:

а) выглаживание + покрытие, вибро­ выглаживание + покрытие;

б) выглаживание + покрытие + выгла­ живание;

в) покрытие + выглаживание + термо­ обработка;

г) покрытие + выглаживание или вибро­ выглаживание;

д) термообработка + выглаживание или вибровыглаживание.

Выглаживание твердых покрытий фор­ мирует густую сетку коротких микротрещин, имеющих перекрытие по толщине покрытия, что препятствует проникновению корроди­ рующих веществ через каналы покрытия к основному металлу. При ППД покрытий по­ вышается на 10—50 % микротвердость покры­ тия и основы; увеличивается в 2-4 раза прочносги сцепления покрытия с основой; фор­ мируются сжимающие остаточные напряже­ ния, снижается в 2-8 раз шероховатость по­ верхности, сглаживаются различные выступы, в частности, капельная фаза покрытий, осаж­ даемых в вакууме; вскрываются пороки пред-

шествующей обработки, раковины, углубле­ ния и др. (табл. 2.9-37).

Резервом повышения прочности и дру­ гих характеристик поверхностных слоев явля­ ется многослойное легирование. Наиболее прочные слои получаются при нанесении электроэрозионным методом многослойных композиций легирующими электродами, об­ разующими с подложкой и между собой сис­ темы с неограниченной растворимостью, а также системы с карбидным упрочнением, в которых промежуточным электродом является

металлокерамика или карбиды переходных металлов. Выглаживание таких покрытий по­ зволяет снижать шероховатость после легиро­ вания в 5-9 раз. Чем ниже твердость наноси­ мого слоя и выше твердость подложки, тем ниже шероховатость поверхности после вы­ глаживания. При выглаживании твердых по­ крытий, нанесенньгх на мягкую подложку, возможно вдавливание частиц покрытия в металл, в ряде случаев наблюдается снижение твердости покрытий (табл. 2.9.38).

Алмазное выглаживание повышает прочность сцепления покрытия с основой (табл. 2.9.39).

Для расширения технологаческих воз­ можностей процесса алмазного выглаживания находят применение его различные кинема­ тические разновидности (рис. 2.9.57).

В отличие от сглаживающей обработки скользящим ицдентором поверхность в этом случае формируется в виде системы микрока­ навок разной конфигурации, или чередую­ щихся лунок. Варьирование форм, размеров и расположения микровыступов и микровпа­ дин достигается изменением частоты враще­ ния детали л, подачи инструмента 5, ампли­ туды и частоты его колебаний /, силы выгла­ живания Ру ,размеров и формы рабочей части выглаживателя.

Форма канавок и их относительное рас­ положение, виды рисунков могут быть опре­ делены на основе кинематического анализа взаимного перемещения обрабатываемой де­ тали и инструмента.

Рис. 2.9.57. Схемы вибровыглаживания и виды рельефа поверхности

Одним из важных элементов рельефа наряду с глубиной Л^, шириной канавок b и шага между ними t является размер наплывов и их высота Л„ (рис. 2.9.58). Регулируя пара­ метр Л„ можно в определенных пределах из­ менять размер деталей, а также воздейство­ вать на некоторые такие эксплуатационные свойства сопряжений, как стабильность ко­ эффициента трения, гидроплотность, износо­ стойкость и повреждаемость в условиях виб­ рационного проскальзывания.

Параметры микрорельефа, наносимого на рабочие поверхности деталей из высоко­ прочных материалов с покрытиями, имеют

/^сф = 0,5 мм, нагрузка Р = 300...400 Н).

Электроконтактное припекание покрытий.

Процесс припекания обеспечивается совмест­ ным действием на порошковый слой высокой температуры (0,9—0,95 температуры плавле­ ния порошка) и давления (до 100 МПа). В кинетике образования металлического покры­ тия принимают участие как бездиффузионные явления схватывания, так и диффузионные процессы спекания и сварки в твердой фазе. Электронагрев металлического порошка, за­ сыпаемого между деталью и электродом, про­ исходит за счет тепловой энергии, вьщеляемой электрическим током на активном сопро­ тивлении.

Нанесенные электроконтактным мето­ дом покрытия обладают достаточно высокой прочностью сцепления с основой и низкой пористостью, причем наличие окисных пле­ нок на поверхности порошка или детали практически не сказывается на прочности сцепления, так как пленка имеет наиболее высокое электрическое сопротивление и ин­ тенсивно нагревается импульсами тока с по­ следующим удалением из зоны соединения. По сравнению с другими методами нанесения порошковых покрытий процессы электрокон­ тактного упрочнения имеют ряд преимуществ: высокую производительность и низкую элек­ троемкость, минимальную зону термического влияния, возможность получения необходи­ мой геометрической формы детали без после­ дующей механической обработки. Они обес­ печивают лучшие санитарно-гигиенические условия труда ввиду отсутствия светового из­ лучения и газовьщеления и являются пред­ почтительными с экономической точки зре­ ния.

Интенсивное силовое воздействие и вы­ сокая скорость нагрева порошкового слоя при электроконтактном припекании позволяют отказаться от применения химических актива­ торов и снизить необходимое время для осу­ ществления процесса приблизительно на 2 порядка по сравнению, например с индукци­ онным способом нанесения покрытий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. М.: Машиностроение. 1974.134 с.

2.Бабичев А.П., Рысева Т.Н., Самадуров В.А, Тамаркин М.А. Наладка и эксплуатация станков для вибрационной обработки. М.: Машиностроение. 1988.65 с.

3.Балтер М.А. Упрочнение деталей ма­ шин. М.: Машиностроение. 1978. 184 с.

4.Беринг Р. Распыление тел ионной бомбардировкой. М.: Мир, 1984. 184 с.

5.Бернштейн МЛ., Зайковский В.А., Капуткина М.Л. Термомеханическая обработка стали. М.: Металлургия. 1983. 480 с.

6.Бойцов А.Г., Машков В.Н., Смоленцев В.А., Хворостухин Л.А. Упрочнение поверхно­ стей деталей комбинированными способами. М.: Машиностроение. 1991. 144 с.

7.Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. М.: Машино­ строение, 1975. 160 с.

8.Броцдз Л. Д. Технология и обеспече­ ние ресурса самолетов. М.: Машиностроение. 1986. 184 с.

9.Васильев А.С. Ламповые генераторы для высокочастотного нагрева. Л.: Машино­ строение. 1979. 87 с.

10.Власов В.М. Работоспособность уп­ рочненных трущихся поверхностей. М.: Ма­ шиностроение, 1987. 304 с.

11.Григорьянц А.Г. Основы лазерной об­ работки материалов. М.: Машиностроение: 1989. 304с.

12.Гринченко И.Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1971. 120 с.

13.Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана: Справочник термиста /Л.Е.Попова, А.А. По­ пов. 3-е изд. М.: Металлургия. 1991. 503 с.

14.Дигам М.С., Шалай А.Н., Попченко Ю.А. Перспективы применения электроис­ крового легирования для повышения долго­ вечности деталей ДВС, изготовленных из алюминиевых сплавов // Двигателестроение. 1988. № 10.С.19-23.

15.Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин И.Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М.: Энергоатомиздат. 1987. 184 с.

16.Другов П.Н., Яковлев СИ., Кравецкий г.А. Микродуговой электролиз на угле­ родных материалах: Обзорная информация

ЦНИИЦВЕТМЕТ экономики и информации.

М.1991. 12 с.

17.Заваров А.С., Баскаков А.П., Грачев СВ. Химико-термическая обработка в кипя­ щем слое. М.: Машиностроение, 1985. 159 с.

18.Кальнер В.Д., Юрасов СА. Совре­ менные методы цементации и нитроцементации. М.: Машиностроение. 1987. 65 с.

19.Коваленко B.C., Верхотуров А.Д., Го­ ловко Л.Ф., Подчерняева И.И. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. М.: Наука. 1986. 276 с.

20.Коваленко B.C. Технология и обору­ дование электрофизических и электрохимиче­ ских методов обработки материалов. К.: Вища школа. Головное изд-во, 1983. 176 с.

21.Колмогоров ВЛ . Механика обработки металлов давлением: Учебник для вузов. М.: Металлургия. 1986. 688 с.

22.Конструкционные материалы: Спра­ вочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение. 1990. 688с.

23.Костржицкий А.И., Лебединский О.В.

Многокомпонентные вакуумные покрьггия. М.: Машиностроение. 1987. 208 с.

24.Кудрявцев И.В. Поверхностный на­ клеп для повышения прочности и долговеч­ ности деталей машин. М.: Машиностроение. 1969. 100 с.

25.Кудрявцев И.В., Наумченко Н.Е., Саввина Н.М. Усталость крупных деталей машин. М.: Машиностроение. 1981. 237с.

26.Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И., Волков В.И. Технологические методы повышения надежности деталей машин: Справочник. М.: Машиностроение. 1992. 304 с.

27.Кургузов Ю.И., Папшев Д.Д. Техно­ логическое обеспечение качества поверхности при упрочнении механическими щетками // Вестник машиностроения. 1986. №4. С. 54-58.

28.Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Хими­ ко-термическая обработка металлов. М.: Ме­ таллургия, 1985, 236 с.

29.Малыгин Б.В. Магнитное упрочне­ ние инструмента и деталей машин. М.: Ма­ шиностроение, 1989. 112с.

30.Митин Б.С Порошковая металлургия

инапыленные покрытия. М.: Металлургия. 1987. 792 с.

31.Модифицирование и легирование по­ верхности лазерными, ионными и электрон­ ными пучками./ Под общей редакцией Дж.М. Поута и др.; Под ред. Углова А.А. М.: Маши­ ностроение. 1987.424с.