Способы упрочнения металлических материалов

Упрочнение пластическим деформированием повышает поверхностную твердость и износостойкость деталей, увеличивает в несколько раз их долговечность, повышает усталостную и коррозийно-усталостную прочность. Понижение предела выносливости с увеличением глубины наклепа объясняется укрупнением блочной структуры. По мере повышения температуры, сопротивление разрушению, как правило, снижается. К параметрам, определяющим упрочнение, относятся глубина слоя, твердость, остаточная напряженность, структура и состав слоя.

Сущность способов накатывания состоит в том, что по обрабатываемой поверхности под определенным давлением катятся шары или ролики и сглаживают микронеровности предшествующей обработки. Шары (ролики) снимают и осаживают выступы и заполняют ими впадины профиля. При этом высота микронеровностей существенно уменьшается и образуется микропрофиль, отличающийся плавностью форм неровностей и их однородностью, сравнительно большим отношением шага к их высоте и большими радиусами скругления выступов и впадин.

Накатыванию подвергаются детали из разного материала, пластически деформированного в холодном состоянии (стали, чугуна, цветных металлов и сплавов). Процессы накатывания в большинстве случаев осуществляются на универсальных металлорежущих станках. Эти процессы уменьшают шероховатость от R_а6,3 мкм до R_a0,1 мкм.

При восстановлении деталей горного оборудования типа "валы" данный способ получил наибольшее применение. Процесс обкатывания изменяет геометрические размеры и свойства поверхностного слоя деталей, повышает предел выносливости и общую долговечность.

Рис.6.1. Классификация способов упрочнения методом ППД

Оборудование и приборы

Описание стенда, техническая характеристика, схема

Вся конструкция стенда выполнена на раме (Р) П - образной формы, на которой крепится двигатель привода суппорта (M₁), сам суппорт крепится непосредственно на валу электродвигателя (С), пусковая аппаратура электродвигателя привода суппорта.

Также на раме крепится механизм подачи (МП), приводимый в действие электродвигателем (М₂), пусковая аппаратура электродвигателя подачи.

Электродвигатель привода суппорта и его пусковая аппаратура закрыты кожухом, наружу вынесены пусковой переключатель, переключатель сети и сигнальная лампа.

Механизм подачи находится с внутренней стороны рамы (рис. 6.2).

Рис. 6.2.Схема установки: 1 - трехкулачковый патрон; 2 - упрочняемая деталь; 3 - задняя бабка; 4 - станина; 5 - реверс; 6 - выключатель сети; 7 - ходовой винт; 8 - передняя бабка; 9 - упрочняющая головка

Все замеры деталей производим с помощью нутромера, либо микрометрического нутромера.

Методика проведения упрочнения

Шариковая раскатка предназначена для обработки внутренних цилиндрических и конических поверхностей.

Раскатка может выполняться на токарных или на станках для глубокого сверления.

В данном случае шариковая раскатка устанавливается в суппорт так называемого токарного станка. Скорость не оказывает заметного влияния на результаты обработки и выбирается с учетом требуемой производительности, конструктивных особенностей детали и оборудования. Обычно скорость составляет 30-150м/мин.

Значение усилия обкатывания выбирают в зависимости от цели обработки. Оптимальное усилие Р_в (Н), соответствующее максимальному пределу выносливости, определяют по формуле:

, (6.1)

где D₀ - диаметр упрочняемой поверхности детали.

При упрочняющей обработке необходимо повысить поверхностную твердость детали на 25-40%. Глубина h_H наклепанного слоя для крупных деталей должна находиться в пределах:

, (6.2)

где R_d - радиус упрочняющей поверхности детали.

Усилие R_н , обеспечивающее получение наклепанного слоя глубиной h_H, определяется по формуле:

, (6.3)

где δ_T- предел текучести материала детали;

m - поправочный коэффициент, учитывающий кривизну контактирую-щих поверхностей.

, (6.4)

где R _пр - профильный радиус шарика;

D_ш- диаметр шарика;

R- радиус профиля детали в осевом сечении; для цилиндрической поверхности R = ∞.

Подачу при обкатывании назначают не более 0,2- 0,6мм/об.

Процесс раскатки характеризуется небольшими натягами и поэтому также сопровождается незначительными изменениями размеров.

Обычно при раскатывании натяг i<0,03÷0,3мм с учетом исходной и требуемой шероховатости. Точности и диаметра обрабатываемой поверхности, а также жесткости раскатки.

При раскатке разномерность шариков не должна быть более 2мкр. Точность обработанной детали будет зависеть от ее конструкции и конструкции инструмента, режимов обработки, а также от точности размеров, формы и качества поверхности детали, полученных при обработке на предшествующем периоде. При раскатке практически достигаются параметры шероховатости обрабатываемой поверхности R_a=0.2-0,8мкрпри исходных значениях этих параметров 0,8-6,Змкр. Степень уменьшения шероховатости поверхности зависит от материала, рабочего усилия натяга, подачи, исходной шероховатости, конструкции инструмента.

Смазывающе-охлаждающей жидкостью при раскатывании служат механическое масло, смесь механического масла с керосином (по 50%).

Обработку чугуна рекомендуется вести без охлаждения.

Пример расчета параметров упрочнения шариковым инструментом

Дано D₀=110мм

δ _Т для ст.45-36 кг/мм²=333Н/мм²

1) Определяем оптимальное усилие Р_В(Н):

,

.

2) Определяем пределы наклепанного слоя h_Н

,

где R_d=55мм,

.

3) Усилие, обеспечивающее получение наклепанного слоя глубиной 1,3мм определяется по формуле:

,

где m- поправочный коэффициент, учитывающий кривизну контактирующих поверхностей.

, R = ∞,

Тогда

Расчет параметров упрочнения шариковым инструментом следует проводить в соответствии с вариантом (табл.6.1).

Таблица 6.1

Варианты заданий

8.8. Методика определения твердости

Под твердостью понимают способность металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела определенной формы и размеров.

Обозначение твердости и ее размерность для одного и того же металла могут быть различными и зависят примененного метода измерения.

В заводской практике наибольшее распространение получили методы измерения твердости по методу Бринеля, Роквела, по алмазной пирамиде и методу ударного отскока. Реже применяют способ определения твердости по Виккерсу (рис. 6.3). Между показателями твердости и пределом прочности (временным сопротивлением при разрыве) существуют более или менее определенные соотношения. Так, приближенно отношения δ_Вк НВ составляют:

Для сталей............................................................. 0,32-0,35

Стального литья...................................................... 0,3-0,4

Меди …………………………………………………0,34-0,4

Латуни………………………………………………..0,4-0,5

Алюминия……………………………………………0,35-0,4

Дюралюминия………………………………………..0,36-0,37

Способ определения твердости по Виккерсу(рис. 6.3)

Рис.8.3. Способ определения твердости по Виккерсу

По этому способу твердость определяется вдавливании четырехгранной алмазной пирамиды 1 с углом при вершине 136°. Отпечаток 2 имеет форму квадрата. О величине твердости cудят по длине диагонали этого отпечатка (имеются специальные переводные таблице).

Прибор для испытания твердости по этому методу позволяет регулировать величину нагрузки в зависимости от свойства и и толщины испытываемого металла. Этот метод применяется для испытания твердых металлов, деталей весьма малых сечений и тонких наружных слоев – азотированных, цементированных и пр.

Способ определения твердости по Роквеллу (рис. 8.4)

Рис. 6.4. Способ определения твердости по Роквеллу

В этом случае измеряется не поверхность а глубина отпечатка, полученного при вдавливании поверхность испытываемого материала стального закаленного шарика диаметром 1,6 мм ; или алмазного конуса с углом при вершине 120°. Число твердости представляет величину, обратную глубине вдавливания.

Перед испытанием на изделии 3абразивной шкуркой зачитается площадка, затем изделие останавливается на предметный столик 4.и с помощью маховичка подводится к оправке 2с шариком или алмазным конусом. Поворотом рукоятки сообщается давление.

Число твердости по Роквеллу отсчитывается по стрелочному индикатору 1 который имеет три шкалы: А - для определения твердости весьма твердых металлов с помощью алмазного конуса (обозначается HRA); В - для определения твердости мягких металлов с помощью шарика (обозначается HRB);С- дляопределения твердости закаленных сталей и других твердых металлов с помощью алмазного конуса(обозначается HRC)

Способ определения твердости по Шору

Рис. 6.5. Способ определения твердости по Шору

На поверхность испытываемого изделия 1с некоторой высоты падает стальной блок 3с вделанным в него алмазным наконечником. Боек ударяется об изделие и отскакивает от него. О величине твердости судят по высоте отскакивании бойка. Чем выше поднимается боек, тем больше твердость испытываемого материала.

Для отсчета высоты отскакивания боек помещен в стеклянную трубку 2 на наружной поверхности, которой нанесены деления.

Приведенный метод испытания применяется в тех случаях, когда требуется определить твердость закаленного металла без какого-либо следа от замера. Он применяется также для определения твердости закаленных деталей крупных размеров. Перевод значений твердости разными методами представлен в табл. 6.1.

Таблица 8.1.

Перевод значений твердости

После снятия нагрузки на поверхности изделия остается отпечаток от внедрения стального шарика. Чем тверже металл испытываемой детали, тем больше его сопротивление внедрению шарика и тем меньше диаметр отпечатка. Диаметры отпечатков измеряются с помощью пятикратной лупы со шкалой, имеющей деления через каждые 0,05 мм.

Число твердости, обозначаемое НВ, получается делением нагрузки Р(в кГ, или Н ) на величину поверхности отпечатка F мм.

,кГ/мм² или Н/мм² .

Содержание отчета

1. Расчет процесса обкатки деталей.

2. Общие характеристики методов определения твердости и их оценка: достоинства и недостатки.

3. Выводы и заключение о целесообразности и преимуществах поверхностно-пластической деформации.

Лабораторная работа № 9

УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ДРОБЕСТРУЙНЫМ СПОСОБОМ

Цель работы:Изучить оборудование, режимы и методику упрочнения деталей методом дробеструйного наклепа.