Существующие методы отделочно-упрочняющей обработки, применяемые для повышения износостойкости металлических поверхностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Полетаев Владимир Алексеевич

Анализ работ, посвященных исследованию различных методов упрочняющей и отделочной обработки, показывает, что они позволяют добиваться повышения износостойкости деталей пар трения, работающих в различных условиях. Однако отсутствуют научно обоснованные рекомендации по выбору оптимальных для конкретных пар трения технологических процессов из всех существующих методов упрочнения. Большинство упрочняющих методов позволяют управлять только частью параметров, требуемых для повышения износостойкости. Поэтому они применяются в сочетании с другими финишными методами, и существует необходимость применения комбинированных методов упрочнения или разработки новых способов обработки для конструкционных сталей. Известно много традиционных способов упрочнения поверхностных слоев деталей. К ним относятся методы поверхностной закалки, различные химико-термические способы обработки (цементация, азотирование, борирование и т.д.), наплавки, гальванические методы и т.д.. Возможности этих методов в значительной мере уже исчерпаны.

Одним из эффективнейших методов упрочнения является поверхностное пластическое деформирование, которое существенно изменяет состояние и свойства поверхностных слоев. В последнее время интенсивно расширяется применение новых технологий упрочнения деталей, основанных на воздействии на их поверхность концентрированных потоков высокоэнергетических квантов и более крупных частиц (электронов, ионов, атомов, молекул). К ним относятся лазерные, электронно-лучевые (пучковые), вакуумные, ионно-плазменные и другие технологии. Мощный импульс получили также применение газотермических методов нанесения покрытий в связи с развитием плазменных и детонационных технологий напыления самых различных порошковых материалов.

Одним из прогрессивных методов упрочнения деталей является магнитная обработка. Электромагнитное поле успешно применяют в современной технике и технологии для управления свойствами твердого тела. Магнитную обработку используют в машиностроении для обработки лезвийного режущего инструмента и динамически нагруженных деталей машин для увеличения их стойкости и надежности работы. Незначительная стоимость и высокая производительность устройств и современных установок, применяемых в промышленности, а также простота технологии магнитной обработки позволяют рекомендовать ее для различных областей народного хозяйства страны.

Снижение металлоемкости, повышение надежности и долговечности деталей машин и конструкций тесно связано с проблемой качества металлических сплавов. Низкое качество массовых марок стали в ряде случаев не позволяет удовлетворять требованиям конструкторов при создании принципиально новых машин и конструкций. Поэтому экономически целесообразно не только разрабатывать новые марки стали, но и совершенствовать упрочняющую технологию материалов.

Различные исследования показывают, что при поверхностном упрочнении в тонких поверхностных слоях металлов образуется мелкоблочная структура, происходит разориентировка кристаллов, уменьшение блоков когерентного рассеяния. Структура поверхностного слоя металла характеризуется высокой плотностью заблокированных дислокаций, равномерностью их распределения и наличием мелкодисперсных карбидных выделений. Происходящие явления в поверхностном слое вызывают наклеп его, с изменением механических и физических свойств: повышаются твердость, изменяются удельный вес, магнитные свойства и др. Поверхностный слой деталей машин, формирующийся в процессе их обработки, испытывает максимальное напряжения от основных видов нагрузки (изгиб, кручение и др.), действующих в эксплуатации, поэтому параметры качества его оказывают большое влияние на эксплуатационную надежность и долговечность деталей машин и конструкций в целом. Трудами многих исследователей установлено, что остаточные внутренние напряжения, наклеп поверхностного слоя, величина шероховатости, действуя каждый отдельно, а чаще всего вместе и одновременно, могут повышать или снижать циклическую прочность, износостойкость и другие эксплуатационные свойства деталей.

Влияние остаточных напряжений на усталостную прочность и износостойкость деталей машин неоднократно изучалось различными исследователями и др., которые утверждают, что остаточные сжимающие напряжения, возникающие в поверхностном слое, повышают циклическую прочность деталей, так как они разгружают поверхностный слой от напряжений, вызванных эксплуатационными нагрузками. И наоборот, растягивающие остаточные напряжения уменьшают прочность деталей, вследствие повышения напряженности поверхностного слоя.

При упрочнении металла пластическим деформированием происходит упругопластическая деформация его тонких поверхностных слоев, распространяющаяся на некоторую глубину под обработанным слоем. По современным представлениям механизм пластической деформации может осуществляться путем скольжения, двойникования и межкристаллической деформации. При этом происходит изменение форм зерен, изменение ориентировки зерен, развитие внутрикристаллитных и межкристаллитных нарушений, нарушений цело стности зерен. Указанные явления вызывают наклеп поверхностного слоя, в результате этого происходит изменение его механических и физических свойств. Работ по изучению влияния поверхностного наклепа на циклическую прочность и износостойкость много. Однако, единой точки зрения о влиянии поверхностного наклепа на износостойкость металла не существует. Одни исследователи, например, считают, что повышение выносливости стали происходит, в основном, за счет наклепа поверхности и частично за счет улучшения микрорельефа. Другие утверждают, что повышение циклической прочности деталей обусловлено только возникновением остаточных напряжений сжатия, а сущность всех видов поверхностного упрочнения сводится к получению в поверхностном слое благоприятных остаточных напряжений сжатия. Особенно большой эффект от наклепа достигается при наличии концентрации напряжений. Это объясняется тем, что в этом случае проявляется влияние двух факторов: наклепа и остаточных напряжений.

В последнее время все большее признание получает мнение, что на износостойкость деталей оказывает влияние весь комплекс параметров качества поверхности: величина шероховатости, наклеп, остаточные напряжения. Причем, в зависимости от свойств материала и условий эксплуатации роль и доля участия каждого из них будет различна, особое значение может приобретать какой-либо из параметров качества поверхности. Рассмотренные работы подтверждают противоречивость имеющихся в литературе данных. Поэтому изучение качества поверхностного слоя для установления относительной роли влияния его параметров на эксплуатационные свойства деталей машин в зависимости от физико-механических свойств материалов требует дальнейших исследований для накопления опыта, особенно применительно к деталям электронасосов, работающих в условиях больших нагрузок.

В работе приведен обзор применения металлических покрытий, причем наибольшее внимание уделено наиболее важным из них, а также наиболее широко используемым металлам. К основным методам нанесения покрытий относятся: электролитическое осаждение, электролиз, электрофорез, горячее погружение, напыление, плакирование, вакуумно-паровое, вакуумная диссоциация, цементация и диффузия, наплавка, роликовая (алмазная) накатка (выглаживание), химическое преобразование. Однако только четыре из них обеспечивают надежную коррозионную защиту стали: электролитическое осаждение, горячее погружение, напыление, плакирование. По показателям стоимости и трудоемкости процессов нанесения покрытий наибольшее применение нашли электролитическое осаждение и напыление.

Число металлов, которые можно использовать в качестве покрытий, весьма велико, но на практике оно весьма существенно ограничено их стоимостью. Наиболее часто используют цинк, магний, никель, хром, кадмий. Но и применение этих металлов определяется толщиной покрытий и трудоемкостью процесса нанесения покрытия. По этим показателям наиболее используемым на практике является хром.

упрочняющий отделочный трение деталь

Список литературы

1. Насосы: Каталог-справочник 3-е изд. испр / Д.Н. Азарх, Н.В. Попова, Л.П. Монахова. - ВНИИгидромашиностроение. - Л..: - Машгиз (Ленингр. отд-ние), 1960. - 552 с.

2. Насосы: Справочное пособие / К. Бадене, А. Градевальд [и др.] пер. с нем. В.В. Малюшенко, М.К. Бобка. - М.: Машиностроение, 1979. - 502 с.

3. Насосы и компрессоры. /М.: Недра. - 1974. - 296 с.

4. Котов, О.К. Поверхностное упрочнение деталей химико-термическими методами / О.К. Котов. - М.: Машиностроение, 1969. - 344 с.

5. Абрамов, В.В. Напряжения и деформация при термической обработке стали /В.В. Абрамов. - Киев.: Вища шк., 1985. - 135 с.

6. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А.Г.Бойцов [и др.] - М.: Машиностроение, 1991. - 144 с.

7. Балтер, М.А. Упрочнение деталей машин /М.А. Балтер. - М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.

8. Васильева, А.Г. Деформационное упрочнение закаленных конструкционных сталей /А.Г. Васильева. - М.: Машиностроение, 1981. - 231 с.

Размещено на Allbest.ru