21. Поверхностное упрочнение деталей машин наклепом.
Под упрочнением понимается повышение сопротивляемости материала или заготовки разрушению или остаточной деформации.
Поверхностный наклеп – уплотнение поверхностных слоев кристаллической решетки материала механическим путем и является эффективным средством повышения усталостной прочности деталей, работающих в условиях циклических нагрузок. Наклеп может осуществляться различными способами пластической деформации поверхностного слоя: дробеструйным и центробежным способами, обкатыванием роликами, чеканкой ударниками и т. д.
В частности, при дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большей скоростью направляют поток твердой дроби из белого чугуна диаметром 0,4...2 мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию металла на глубину 0,2...0,4 мм. При обработке роликами деформация осуществляется давлением ролика из твердого металла на поверхность обрабатываемого изделия. При усилиях на ролик, превосходящих предел текучести обрабатываемого материала, происходит наклеп на нужную глубину. Создание в поверхностном слое изделия остаточных напряжений сжатия повышает предел усталости и долговечность изделий при работе (pис. 1).
Благоприятное действие поверхностного наклепа неоднократно проверялось прямыми испытаниями образцов на усталостную прочность при различных способах циклического нагружения. Предел выносливости образцов, не имеющих конструктивных концентраторов напряжений (гладких), повышается в результате поверхностного наклепа на 25—40%.
Для деталей, имеющих конструктивные концентраторы напряжений в виде прессовых посадок, галтелей, выточек и т. п., поверхностный наклеп особенно полезен. Так, например, наличие напрессованной втулки снижает усталостную прочность образцов примерно вдвое. Обкатыванием удается значительно повысить усталостную прочность, а зачастую и полностью устранить вредное влияние напрессовки. В результате поверхностного наклепа на 60% повышается предел выносливости образцов с кольцевым надрезом, на 50% —образцов с поперечным отверстием, на 30—100%—ступенчатых образцов с галтелями малого радиуса.
Высокая эффективность поверхностного наклепа для образцов с концентраторами напряжений объясняется благоприятной ролью остаточных напряжений сжатия, возникающих при пластической деформации поверхностного слоя. Они позволяют в большой мере или даже полностью устранить вредное влияние концентраторов на прочность.
Большинство известных количественных характеристик эффективности поверхностного упрочнения получено при усталостных испытаниях образцов диаметром менее 100 мм. В последние годы, однако, проведен ряд экспериментальных работ, убедительно показавших высокую эффективность поверхностного наклепа и для образцов относительно крупных размеров.
Высокая эффективность поверхностного наклепа для крупных деталей подтверждается и данными, полученными непосредственно при эксплуатации упрочненных деталей. Эти данные важны ввиду ограниченного количества лабораторных средств для испытаний крупных образцов на усталость, большой длительности и высокой стоимости таких испытаний.
Особенно наглядно упрочняющий эффект проявляется для деталей, работающих в условиях ограниченной долговечности при напряжениях, превосходящих предел выносливости. Xapaктерный пример такого рода деталей — штоки штамповочных молотов.
Многократное увеличение долговечности получено при эксплуатации таких упрочненных деталей, как клапанные пружины, рессоры, торсионные валы, железнодорожные оси и т. п.
Однако данных, характеризующих эффективность поверхностного наклепа деталей диаметром более 2000—2500 мм, известно очень мало. В то же время в тяжелом машиностроении часто возникает необходимость упрочнения крупных деталей. Суждение об эффективности поверхностного упрочнения для деталей, имеющих диаметр 500 мм и более, может быть высказано на основании исследований пластической деформации поверхностного слоя и остаточной напряженности металла крупных деталей.
В настоящее время признается возможность эффективного упрочнения деталей практически любых размеров. Это утверждение основано, с одной стороны, на том, что современные методы обработки позволяют создать значительный по абсолютной величине наклепанный поверхностный слой металла, измеряемый десятками миллиметров, и, с другой—на возможности упрочнения деталей за счет относительно тонкого наклепанного слоя, составляющего по глубине 0,02—0,05 радиуса упрочняемой детали.
Сущность поверхностного упрочнения сводится к повышению плотности и дислокаций, так как чем выше плотность дислокации, тем выше напряжение.
Разобранные виды упрочняющей обработки деталей машин являются основой для создания деталей, обладающих требуемой конструкционной прочностью. Рациональное использование упрочняющей обработки позволяет экономить материал за счет более полного использования ресурсов свойств, которыми обладает данный материал.
- Подготовка к экзамену по матведу. Оглавление
- 1.Атомно-кристаллическая структура металлов. Анизотропия. Полиморфизм.
- 2.Идеальное и реальное строение кристаллов. Дефекты кристаллического строения. Теоретическая и реальная прочность металлов. Пути повышения прочности металлов.
- 3.Сплавы:твердые растворы, механические смеси, химические соединения. Алгоритм расшифровки диаграмм состояния двойных сплавов. Основные типы диаграмм состояния двойных сплавов и их расшифровка.
- 6.Предварительная термическая обработка углеродистых сталей. Нормализация, отжиг стали. Виды брака. Перегрев, пережег : влияние на механические свойства стали. Способы устранения брака.
- 7.Диаграмма изотермического распада аустенита.(с-образная кривая).Критическая скорость закалки. Структуры, образующиеся в стали при охлаждении со скоростью, меньше критической.
- 8. Виды отпуска углеродистых сталей, их назначение и образующиеся структуры. Сравнение образовавшихся структур.
- 9.Термическая обработка углеродистых конструкционных сталей(изделия типа вал, шестерня).
- 10.Термическая обработка углеродистых инструментальных сталей.
- 11.Термические и структурные напряжения, возникающие в изделии при термической обработке. Способы их предотвращения или устранения. Способы закалки стали.
- 12.Влияние содержания углерода на свойства стали в отожженном и закаленном состояниях.
- 13. Основной эффект легирования сталей и сплавов металлическими элементами.
- 14.Маркировка легированных сталей и сплавов.
- 15.Прокаливаемость сталей и сплавов. Критический диаметр. Влияние легирования на Dкр.
- 16.Классификация легированных сталей по структуре. Классы легированных сталей.
- 17. Конструкционные легированные стали. Термическая обработка низколегированных конструкционных сталей(вал, пружина).
- 18. Дефекты легированных сталей перлитного класса.
- 19. Защита сталей и сплавов от коррозии легированием. Межкристаллическая коррозия и способы борьбы с ней.
- 20. Влияние пластической деформации на механические свойства сталей. Наклеп и рекристаллизация. Критическая степень наклепа.
- 21. Поверхностное упрочнение деталей машин наклепом.
- 22. Поверхностное упрочнение деталей машин закалкой с разогревом поверхности токами высокой частоты. Интервал возможной твердости.
- 25. Азотирование сталей. Предельная получаемая твердость. Особенности поверхностного слоя.
- 26.Подшипниковые сплавы. Стали для подшипников качения. Маркировка. Термообработка. Сплавы для подшипников скольжения. Строение, свойства, применение.
- 27.Твердые сплавы.
- 28. Теплостойкость инструментальных сталей и сплавов.
- 29. Усталость металлов. Особенности усталостного разрушения. Предел усталости( выносливости). Способы повышения усталостной прочности.
- 30. Алюминевые сплавы литейные и деформируемые. Особенности термической обработки деформируемых сплавов.
- 31. Чугуны. Влияние строения чугунов на свойства (серые, ковкие, высокопрочные). Маркировка чугунов. Область применения.