Исследование механических свойств деталей, упрочненных различными способами

№83-1,

Технические науки

Упрочнение деталей позволяет добиться значительного повышения долговечности и износостойкости. Процесс упрочнения может реализовываться различными методами. В данной работе приведены результаты исследований упрочненных деталей механическими способами.

Похожие материалы

Сталь 40Х13 — это хромистая сталь мартенситного класса. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1180°С для полной растворимости карбидов и отпуск в масле для снятия напряжений.

Сталь 12Х18Н10Т — это хромоникелевая коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса. Термическая обработка (закалка) включает нагрев до температуры 1050–1100°С для полной растворимости карбидов и отпуск в воде. Быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора и однородную структуру. Закалка — это смягчающая операция.

Анализ изменения микротвердости в зависимости от метода обработки для детали из стали 12Х18Н10Т показал, что исходная величина микротвердости для деталей, обработанных точением и шлифованием без термической обработки, различается незначительно (290–300 ед. НV). Последующее алмазное выглаживание незначительно повышает величину НV (308 ед. НV). Для этих же деталей, подвергнутых термической обработке, наблюдается существенное увеличение микротвердости НV после алмазного выглаживания до 516 ед. НV.

Термическая обработка и последующее алмазное выглаживание существенно повышает микротвердость НV.

Проведение экспериментов по измерению микротвердости HV поверхности деталей из сталей 45, 40Х13 и 12Х18Н10Т диаметрами 40 мм, упрочненных разными способами, позволило сделать следующие выводы:

  • величина микротвердости HV для деталей из стали 45, имеющих гальваническое покрытие из хрома с ультраалмазами составляет 700 ед. HV для диаметра 40 мм, а после алмазного выглаживания– 1000 ед. HV;
  • величины микротвердости HV из стали 40Х13 после точения и последующего алмазного выглаживания составляют соответственно 275 ед. и 320 ед. HV, а после закалки и последующего алмазного выглаживания, соответственно, 545 и 630 ед. HV;
  • величина микротвердости HV для деталей из стали 12Х18Н10Т после шлифования и последующего алмазного выглаживания составляет, соответственно, 270 и 320 ед. HV, а после закалки и последующего алмазного выглаживания — соответственно 407 и 516 ед. HV;
  • импульсная магнитная обработка увеличивает микротвердость HV поверхностей деталей из сталей 40Х13 и 12Х18Н10Т;
  • величина микротвердости HV для стали 45 с металлизированным покрытием после точения составляет 780 ед., после алмазного выглаживание покрытия — 1100 ед., а после импульсной магнитной обработки деталей с металлизированным покрытием — 1120 ед.

Из этого следует заключение, что по показателю микротвердости HV наиболее предпочтительно применение деталей из стали 45 с металлизированным покрытием и последующими обработками алмазным выглаживанием и импульсным магнитным полем.

Измерение шероховатости производилось на приборе профилометре-профилографе модели АБРИС-ПМ7, запись профилограмм производилась на ЭВМ.

Величина шероховатости Ra после точения и последующего алмазного выглаживания уменьшается с 0,799 мкм до 0,649 мкм, а после нанесения покрытия из хромом с ультраалмазами и последующего алмазного выглаживания — до 0,218 мкм.

Проведенные эксперименты по измерению величины шероховатости Rа поверхностей деталей из стали 45, 40Х13 и 12Х18Н10Т диаметром 40 мм позволили сделать следующие выводы: исходная величина шероховатости Rа после точения составляет у деталей из стали 45–0,799 мкм, стали 12Х18Н10Т — 0,590 мкм, стали 40Х13 — 0,803 мкм и у деталей из стали 45 с гальванопокрытием — 0,529 мкм, с металлизированным покрытием — 0,536 мкм. После алмазного выглаживания величина шероховатости Rа у деталей из стали 45 с металлизированным покрытием составляет 0,305 мкм, с гальванопокрытием — 0,218 мкм, а из стали 12Х18Н10Т — 0,289 мкм.

Это значит, что по показателю величины шероховатости Rа предпочтительнее обработка алмазным выглаживанием гальванопокрытия из хрома с ультраалмазами у деталей из стали 45.

Исследования поверхностного слоя деталей, обработанных различными методами, проводились с помощью микроскопа МИМ-8 и цифровой камеры.

Обработка точением и алмазным выглаживанием проводилась на токарном станке типа 16К20 при следующих режимах: точение: n = 800 об/мин; S = 0,15 мм/об; алмазное выглаживание: n = 200 об/мин; S = 0,015 мм/об; сила выглаживания — 200 Н для неупрочненных деталей и 300 Н для деталей после термообработки.

Исследования поверхностного слоя детали из сталей 40Х13, 12Х18Н10Т показали, что на поверхности видны глубокие борозды — следы резца после точения, а после алмазного выглаживания глубоких борозд нет — поверхность выглажена, что соответствует уменьшению величины шероховатости.

Исследования поверхностного слоя деталей из стали 45 с гальванопокрытием из хрома с ультраалмазами показали, что на поверхности покрытия видны выступы — включения ультраалмазов. После алмазного выглаживания эти выступы не наблюдаются — они вдавлены в поверхность покрытия. При этом увеличивается микротвердость HV покрытия и уменьшается величина шероховатости Rа, что приводит к повышению качества поверхностного слоя деталей. Далее были проведены исследования поверхности деталей из стали 45, упрочненных нанесением металлизированного покрытия. Металлизация распылением является одним из способов нанесения покрытий. Принцип этого метода упрочнения основан на непрерывном плавлении металла в виде проволоки или порошков при помощи металлизационных аппаратов и распыления его на специально подготовленную поверхность. Источником плавления материалов в современных металлизационных аппаратах служит электрическая дуга.

Явления, которые происходят при образовании металлизированных покрытий, вследствие многообразия факторов, влияющих на металлизацию, имеют сложный характер. Мельчайшие частицы расплавленного металла или сплава увлекаются воздушной струей со скоростью до 200 м/сек. Вследствие большой скорости полета эти частицы достигают поверхности покрываемой детали в жидком или пластическом состоянии. Попадая на металлизируемую поверхность, частицы деформируются и принимают форму чешуек, которые нагромождаются друг на друга, образуют покрытие слоистого строения. Электродуговое покрытие производилось с применением электродугового металлизатора ЭДМ-5М (рис. 2.5).

В качестве наплавочного материала использовалась порошковая проволока диаметром 2 мм марки 40Х13. С целью обеспечения прочности сцепления напылительного материала с поверхностью ротора на последней нарезалась «рваная» резьба глубиной 3 мм и шагом 1,5 мм. После этого осуществлялось нанесение покрытия на металлизаторе ЭДМ-5М. Металлизированные поверхности деталей обрабатывались точением с последующим шлифованием или алмазным выглаживанием до номинального размера.

Поскольку в процессе металлизации имеют место плавление и диспергирование металла, а образование покрытия происходит путем следующих друг за другом ударов частиц с сильным их деформированием, строение напыленных покрытий является весьма своеобразным.

Летящие в металло-воздушной струе частицы металла в момент удара их о поверхность расплющиваются, и их размеры в направлении, перпендикулярном к направлению полета, сильно увеличиваются, а в направлении, совпадающем с направлением полета, уменьшаются. В результате покрытие складывается как бы из чешуек, перекрывающих друг друга.

Анализ микрофотографий продольного разреза поверхности покрытия показывает, что поры в основном располагаются параллельно поверхности, и после точения структура поверхностного слоя не изменяется. После шлифования высота пор уменьшается незначительно, а после алмазного выглаживания поры в поверхностном слое уменьшаются. Поры хорошо удерживают масло при работе деталей в узлах трения с применением смазки. Однако при работе поверхностей трения в условиях контакта с жидкой средой эти поры не нужны, так как покрытие будет разрушаться из-за возможного расклинивающего эффекта жидкости. Поры необходимо закрыть, и это возможно при помощи алмазного выглаживания.

Список литературы

  1. Сонин, В.И. Газотермическое напыление материалов в машиностроении / В.И. Сонин. – М.: Машиностроение, 1978. – 152 с.
  2. Полетаев В.А., Басыров И.З., Самок Г.С. Влияние импульсной магнитной обработки на физико-механические свойства углеродистой стали. /В.А. Полетаев, И.З. Басыров, Г.С. Самок // Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов: материалы межд. конф. – Воронеж: ВГТУ, 2003. – с.134–136.
  3. Самок, Г.С., Полетаев В.А. Упрочнение поверхностей деталей электронасосов комбинированным способом /Г.С. Самок, В.А. Полетаев // Прогрессивные технологии в Машино– и приборостроении: сб. статей. – Нижний Новгород – Арзамас: НГТУ – АФНГТУ. – С.121–124.
  4. 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.