Материаловедение

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

(см. табл. 8.5) и низкого отпуска, т. е. термической обработки цементуемых деталей. При использовании этих сталей для деталей, от которых не требуется износостойкая поверхность, проводятся однократная закалка I и низкий отпуск.
...
Хромистые стали 15Х, 20Х, а также содержащие дополнительно ванадий (15ХФ) или бор (20ХР), образуют группу дешевых сталей нормальной прочности. Для уменьшения коробления их закаливают не в воде, а в масле. В результате они приобретают структуру троостита или бейнита и упрочняются несколько меньше (см. табл. 8.5). Стали этой группы применяют для небольших деталей (сечением не более 25 мм), работающих при средних нагрузках.
...
К группе сталей повышенной прочности относятся комплексно-легированные, а также экономно-легированные стали с повышенным содержанием углерода (0,25-0,30%).
...
Хромоникелевые стали 12ХНЗА, 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А применяют для крупных деталей ответственного назначения. После закалки в масле эти стали в сечениях до 100 мм имеют структуру низкоуглеродистого мартенсита в смеси с нижним бейнитом, которая обеспечивает сочетание высокой прочности и вязкости.
...
Хромоникельмолибценовая (вольфрамовая) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) наиболее высоколегирована и имеет высокие механические и эксплуатационные свойства.
...
В этой стали отсутствует перлитное превращение, а температурный интервал бейнитного превращения практически сливается с мартенситным, поэтому при любом, даже очень медленном охлаждении получается структура мартенсита (или смеси мартенсита и бейнита). Отжиг для нее неприменим. В качестве смягчающей операции проводят высокий отпуск на сорбит.
...
Сталь 18Х2Н4МА относится к мар-тенситному классу, закаливается на воздухе и прокаливается практически в любом сечении. Ее применяют для крупных деталей особо ответственного назначения. Сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) из-за присутствия молибдена (вольфрама) слабо разупрочняется при отпуске (рис. 8.9). Ее используют также в улучшенном состоянии при больших статических и ударных нагрузках.
...
Недостатками среднелегированных сталей, содержащих 3-4% являются высокая стоимость и усложненный цикл химико-термической обработки. В присутствии легирующих элементов точка Мк для высокоуглеродистого цементованного слоя смещается значительно ниже 0°С, поэтому после закалки в нем сохраняется до 60% остаточного аусте-нита. Стали необходимо обрабатывать холодом для того, чтобы вызвать превращение остаточного аустенита в мартенсит и обеспечить высокую твердость поверхности.
...
Хромомарганцевые стали с титаном (18ХГТ, 30ХГТ) и молибденом (25ХГМ) относятся к экономно-легированным и предназначены для замены хромони-келевых сталей. Вместо никеля они содержат марганец; титан и молибден
...
152 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
введены для измельчения зерна и снижения чувствительности к перегреву. Про-каливаемость сталей составляет 35-60 мм. В таких сечениях по прочности и твердости они превосходят хромони-келевые, но уступают им по вязкости. Эти стали применяют для деталей крупносерийного и массового производства (зубчатых колес автомобилей).
...
Улучшаемые легированные стали применяют для большой группы деталей машин, работающих не только при статических, но и в условиях циклических и ударных нагрузок (валы, штоки, шатуны и др.), концентрации напряжений, а в некоторых случаях и при пониженных температурах. При выборе стали кроме предела текучести, вязкости, чувствительности к надрезу важное значение имеют также величины верхнего ((в) и нижнего (гн) порогов хладноломкости, сопротивление усталости.
...
Высокие механические свойства при улучшении возможны лишь при обеспечении требуемой прокаливаемое™, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе этих сталей. Кроме прокаливаемое™ в сталях важно получить мелкое зерно и не допустить развития отпускной хрупкости.
...
Механические свойства улучшаемых сталей определяются температурой отпуска, так как в зависимости от легирования разупрочнение при отпуске одних сталей идет быстрее, других-медленнее. Однако при обработке на одинаковую прочность (например, полученной подбором температуры отпуска) стандартные механические свойства, определяемые при растяжении, получаются достаточно близкими (табл. 8.6). Различие состоит в параметрах надежности, которые более чувствительны к изменению структуры и состава стали.
...
Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х (см. табл. 8.4) относятся к дешевым конструкционным материалам. С увеличением содержания углерода в них повышается прочность, но снижаются пластичность и вязкость, повышается порог хладноломкости (см. табл. 8.6). Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Стали прокаливаются на глубину 15—25 мм и применяются для деталей небольшого сечения. Причем стали 45Х, 50Х из-за невысокой вязкости рекомендуются для изделий, работаю-
...
Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность
...
ЗОХГСА, 35ХГСА содержат по 1% Сг, Мп и Б1 и называются хромансилями. Это дешевые стали, сочетающие хорошие технологические и механические свойства. Хромансили свариваются всеми видами сварки, хорошо штампуются, удовлетворительно обрабатываются резанием, прокаливаются в сечениях 30— 40 мм. Их широко применяют в автомобилестроении: валы, сварные конструкции, детали рулевого управления.
...
Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН обеспечивают высокий комплекс механических свойств в деталях сечением 40—50 мм. Из-за присутствия никеля эти стали, в отличие от хромистых, имеют более высокий температурный запас вязкости и меньшую склонность к хрупкому разрушению.
...
Хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали 40ХНМА, 38ХНЗМА, 38ХНЗМФА. а также 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) относятся к глубокопрока-ливающимся сталям, предназначенным для деталей с поперечным сечением 100 мм и более. Их комплексное легирование обусловлено тем, что применение чисто хромоникелевых сталей нецелесообразно, так как они имеют сильно выраженную склонность к отпускной хрупкости. Для ее устранения в деталях большого сечения недостаточно быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Поэтому хромоникелевые стали легируют молибденом (вольфрамом).
...
Стали относятся к мартенситному классу, закаливаются на воздухе, обладают малой склонностью к хрупкому разрушению, хорошо работают при динамических нагрузках и в условиях пониженных температур. Кроме того, стали слабо разупрочняются при нагреве и могут применяться при температурах до 300-400 °С. Они предназначены для деталей наиболее ответственного назначения (валы и роторы турбин,
...
Недостатки этой группы сталей: высокая стоимость, пониженная обрабатываемость резанием, склонность к образованию флокенов.
...
Легированные высокопрочные стали. В лучших низко- и среднеуглеродистых сталях после типичной для них термической обработки прочность, оцениваемая временным сопротивлением, ограничивается значениями ниже 1500 МПа. При ав ^ 1500 МПа эти стали имеют высокую чувствительность к концентраторам напряжений и эксплуатационно ненадежны.
...
Развитие техники, стремление к созданию машин наименьшей массы требуют применения высокопрочных сталей, имеющих ав > 1500 МПа. Для предупреждения хрупкого разрушения таким сталям необходим определенный запас вязкости (минимально допустимая величина КСи =
...
Высокопрочное состояние в сочетании с достаточно высоким сопротивлением хрупкому разрушению может быть получено при использовании: 1) средне-углеродистых комплексно-легированных сталей после низкого отпуска или термомеханической обработки; 2) мартен-ситно-стареющих сталей; 3) метаста-бильных аустенитных сталей.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
еле закалки и низкого отпуска уровень прочности стали определяется содержанием углерода и практически не зависит от присутствия легирующих элементов. Увеличение содержания углерода до 0,4% повышает временное сопротивление до 2400 МПа (см. рис. 8.5), но углеродистая сталь имеет полностью хрупкое разрушение. Необходимый запас вязкости при такой или несколько меньшей прочности достигается совокупностью мероприятий (см. п. 7.3), главные из которых направлены на подбор рационального состава стали, получение мелкого зерна, обязательного для высокопрочного состояния, повышение металлургического качества металла.
...
Повышение вязкости достигается прежде всего легированием никелем (1,5-3%). Чем больше его количество, тем ниже порог хладноломкости и больше допустимый уровень прочности. Вместе с ним вводят небольшое количество кремния, молибдена, вольфрама, ванадия. Эти элементы, затрудняя разупрочнение мартенсита при отпуске, позволяют несколько повысить температуру отпуска и тем самым полнее снять закалочные напряжения. Карбидообра-зующие элементы необходимы также для получения мелкого зерна. Хром и марганец вводят для обеспечения нужной прокаливаемости.
...
К распространенным высокопрочным сталям относятся стали ЗОХГСНА, 40ХГСНЗВА,40ХН2СМА, 30Х2ГСН2ВМ, 30Х5МСФА. Характерные механические свойства двух сталей, определенные на образцах с трещиной н без нее, приведены в табл. 8.7. В самолетостроении широко применяют сталь ЗОХГСНА, которая представляет собой хромансиль, улучшенную введением 1,6% №. Ее используют для силовых сварных конструкций, деталей фюзеляжа, шасси и т. п. При временном сопротивлении до 1650 МПа сталь подвергают изотермической закалке, поскольку по сравнению с низкоотпущенным состоянием она обеспечивает меньшую чувствитель-
...
Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность
...
ТМО обоих видов заканчивается низким отпуском при 100-200 °С. При ТМО повышается весь комплекс механических свойств и особенно пластичность и вязкость, что наиболее важно для высокопрочного состояния. По сравнению с обычной обработкой прирост прочности при ТМО составляет 200 — 500 МПа, т. е. 10-20%. Характеристики пластичности и вязкости повышаются в 1,5-2 раза.
...
Улучшение комплекса механических свойств обусловлено формированием специфического структурного состояния. Деформация создает в аустените высокую плотность дислокаций, образующих из-за процесса полигонизации устойчивую ячеистую субструктуру, которая наследуется мартенситом при закалке. При этом субграницы тормозят движение дислокаций и локализируют деформацию внутри зерна; в результате' прочность повышается. В то же время субграницы ведут себя как полупроницаемые барьеры. Они допускают прорыв дислокаций, их передачу из мест скоплений в соседние субзерна. Это вызывает пластическую релаксацию локальных напряжений и служит причиной повышенных пластичности и вязкости.
...
Наибольшее упрочнение (ств ^ 2800 МПа) достигается при НТМО. Однако ее проведение технологически более сложно, чем ВТМО. Она требует мощных деформирующих средств, так как для получения высокой прочности необходимы большие степени обжатия (50-90%), а аустенит в области температур 400-600 °С не столь пластичен. Ее
...
можно применять для изделий небольшого сечения и простой формы (лист, лента, прутки). Кроме того, НТМО пригодна для легированных сталей с большой устойчивостью переохлажденного аустенита.
...
ВТМО обеспечивает меньшее упрочнение1 (ств < 2400 МПа), но более высокие пластичность и вязкость. Она уменьшает также чувствительность к трещине (К1с
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
лодной пластической деформацией низ-коотпущенного мартенсита. Небольшая деформация (5-20%) увеличивает временное сопротивление и особенно предел текучести (до 25%) сталей.
...
Наиболее высокая прочность (ав» 3000 МПа) получена сочетанием ВТМО и последующей холодной пластической деформации образцов из низ-коотпущенных среднеуглеродистых сталей.
...
Мартенситно-стареющие стали. Это особый класс высокопрочных материалов, превосходящих по конструкционной прочности и технологичности рассмотренные выше среднеуглеродистые стали.
...
Высокая прочность этих сталей достигается совмещением двух механизмов упрочнения: мартенситного у-> -»а-превращения и старения мартенсита. Небольшой вклад вносит также легирование твердого раствора.
...
Никель стабилизирует у-твердый раствор, сильно снижая температуру у-> -> а-превращения (см. рис. 3.20), которое даже при невысоких скоростях охлаждения протекает по мартенситному механизму.
...
Мартенситно-стареющие стали закаливают от 800-860 °С на воздухе. При нагреве легирующие элементы Тл, Ве, А1, Си, Мо, обладающие ограниченной
...
и переменной растворимостью в Ре„, переходят в у-раствор и при охлаждении не выделяются. Закалка фиксирует пересыщенный железоникелевый мартенсит. Благодаря высокому содержанию никеля, кобальта и малой концентрации углерода дислокации в нем обладают высокой подвижностью. Поэтому железоникелевый мартенсит при прочности ав = 900-М100 МПа имеет высокую пластичность (6 = 18 -н 20%, \|/ = 75о4- 85 %), вязкость (КСи = 2-3
...
Основное упрочнение достигается при старении (480— 520 °С), когда из мартенсита выделяются мелкодисперсные частицы вторичных фаз (№3Т1, №А1, Ре2Мо, №3Мо и др.), когерентно связанные с матрицей. Наибольшее упрочнение при старении вызывают Тт и А1, меньшее-Си и Мо. Для мартенситно-стареющих сталей характерен высокий предел текучести (см. табл. 8.8) и более высокий, чем у лучших пружинных сплавов, предел упругости (а0>002
...
При прочности ав = 2000 МПа и более стали разрушаются вязко, хотя сопротивление распространению трещины у них невелико (КСТ»0,2 МДж/м2). Малая чувствительность к надрезам, высокое сопротивление хрупкому разрушению обеспечивают высокую конструкционную прочность изделий в ши-
...
Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность
...
Они обладают неограниченной про-каливаемостью, хорошо свариваются, до старения легко деформируются и обрабатываются резанием. При термической обработке практически не происходит коробления и исключено обезуглероживание.
...
Стали со стареющим мартенситом, несмотря на высокую стоимость, применяют для наиболее ответственных деталей в авиации, ракетной технике, судостроении и как пружинный материал в приборостроении.
...
Метастабильные аустенитные стали (трипстали) - новый класс высокопрочных материалов повышенной пластичности. Они относятся к высоколегированным сталям. Их состав, который ориентировочно может быть выражен марками 25Н25М4Г, 30Х9Н8М4Г2С2, подобран таким образом, чтобы после закалки от температуры 1000-1100 °С они имели устойчивую аустенитную структуру (Мн лежит ниже 0°С). Аусте-нитная структура обладает высокой вязкостью, но низким пределом текучести. Для упрочнения стали подвергают специальной тепловой обработке-пластической деформации с большими степенями обжатия (50-80%) при температуре 400-600 °С, лежащей ниже температуры рекристаллизации. При этом деформационное упрочнение (наклеп) совмещается с карбидным упрочнением, развивающимся в результате деформационного старения. Насыщенная дислокационная структура, создаваемая пластической деформацией, дополнительно стабилизируется выделяющимися дисперсными частицами карбидов. В результате деформационно-термического упрочнения предел текучести повышается до 1800 МПа. При этом сталям свойственны высокая пластичность (5 > 20%) и трещиностойкость. Значения Ь и К1с
...
Высокая пластичность и вязкость разрушения обусловлены развитием мар-тенситного превращения в процессе деформирования. Дело в том, что при тепловой обработке аустенит обедняется углеродом и легирующими элементами и становится менее устойчивым (ме-тастабильным). Благодаря этому повторная пластическая деформация вызывает превращение метастабильного аустенита в мартенсит деформации. Механизм повышения пластичности и вязкости разрушения связан с «залечиванием»-локальным упрочнением аустенита в участках пластического течения (в том числе и у вершин движущейся трещины). Образующийся в таких участках мартенсит деформации упрочняет их настолько, что они перестают быть слабыми участками, и деформация распространяется на соседние участки.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
В соответствии с закономерностями усталостного разрушения высокая циклическая прочность стали достигается в том случае, если она оказывает высокое сопротивление зарождению трещин усталости и их развитию. Как отмечалось в п. 7.2, трещины усталости зарождаются тем труднее, чем выше сопротивление поверхностного слоя пластической деформации; иначе циклическая пластическая деформация формирует глубокие повреждения поверхности, являющиеся источниками субмикроскопических трещин усталости. Развитие трещин усталости, наоборот, идет тем труднее, чем легче протекает пластическая деформация, и тем самым полнее релаксируют напряжения у вершины трещины. Исходя из этих закономерностей, упрочнение стали повышает сопротивление зарождению трещин усталости, а повышение пластичности — сопротивление их развитию. Высокая пластичность необходима также для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений, которые облегчают зарождение трещин усталости. Таким образом, предел выносливости стали зависит не только от ее статической прочности, но и от пластичности.
...
/ — среднеуглеродистых, упрочненных ТМО; 2 — мартенситно-стареющих; 3 — среднеуглеродистых легированных без ТМО: 4 — метастабильных аусте-ннтных
...
Взаимное расположение высокопрочных сталей различных классов по прочности и пластичности представлено иа рис. 8.12. Из него видно, что наибольшей прочностью обладают сред-неуглеродистые стали после термомеханической обработки, а наибольшей пластичностью при одинаковой прочности -метастабильные
...
Легированные стали с повышенной циклической прочностью. Циклическая прочность стали определяет работоспособность большой группы ответственных деталей машин-валов, осей, шатунов, штоков, валов-шестерен и других. Основой выбора стали для таких деталей служит предел выносливости a_j. Наряду с a_t
...
Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность
...
Снижение пластичности стали и обусловливает замедление роста предела выносливости (см. рис. 8.13) при повышении прочности выше некоторого значения.
...
Для деталей, работающих при циклических нагрузках, преимущественно применяют стали нормальной и повышенной статической прочности. Из них предпочтение отдают улучшаемым сталям: углеродистым БСт5, ВСт5, 35, 40, 45, 50, 55 и низколегированным 40Х, 50Х, 40ХН, 50ХН, 40ХНМА, 35ХГСА, 38ХНЗМА и др., обрабатываемым на структуру сорбита. В отдельных случаях углеродистые стали из-за низкой прокаливаемое™ применяют в нормализованном состоянии с ферритно-перлитной структурой.
...
Характерная особенность улучшаемых сталей-высокая живучесть, обусловленная низкой скоростью роста трещины усталости (СРТУ). Причиной низкой СРТУ, кроме высокой пластичности сталей, является также развитая субструктура ферритной фазы сорбита, которая формируется при высоком отпуске в результате процесса полигониза-пии.
...
Дислокации, выстраиваясь в стенки, образуют в феррите малоподвижные субграницы, которые дополнительно блокируются карбидными частицами. При наличии таких внутренних барьеров трещина вынуждена ветвиться, развиваться зигзагообразно, что увеличивает энергию ее образования и время развития. В результате улучшаемые стали на обобщенной диаграмме усталостного разрушения (см. рис. 7.10) имеют
...
Кроме высокой живучести важное достоинство улучшаемых сталей-малая чувствительность к качеству поверхности и случайным ударным нагрузкам. В связи с этим выносливость улучшаемых сталей относительно слабо снижается при наличии на поверхности деталей острых концентраторов напряжений (резьбы, шпоночных канавок, мелких отверстий, галтелей малого радиуса и т. п.).
...
Недостаток улучшаемых сталей— невысокий предел выносливости, величина которого растет по мере увеличения статической прочности стали (см. рис. 8.13). При этом до значений ав^ < 1200 МПа зависимость между гтв и а_! сохраняется линейной, а коэффициент выносливости ^в = о_,/ав максимальный и достигает примерно 0,5.
...
Рассчитывать детали из улучшаемых сталей по величине а_! не всегда целесообразно из-за низких допустимых рабочих напряжений, что определяет слишком большие размеры деталей. Нередко расчет ведут по ограниченному пределу выносливости (ора6>а_1). Это допустимо, так как высокая живучесть улучшаемых сталей позволяет своевременно выявить трещину и заменить деталь без аварийных последствий. Наиболее низкий предел выносливости имеют среднеуглеродистые стали (БСт5, ВСт5, 35, 40, 45, 50, 55, 40Х и др.), применяемые в нормализованном состоянии с ферритно-перлитной структурой (см. рис. 8.13). В таком состоянии эти стали используют при ограничении стоимости деталей или при больших вибрационных нагрузках, когда от материала требуется высокая демпфирующая способность.
...
Стали повышенной прочности (ав = = 1300 1500 МПа) и твердости (ЯКС 40-50) со структурой троостита (см. рис. 8.13) относятся к материалам функционального назначения - рессорно-пру-жинным сталям. Циклические нагрузки
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
в них вызывают слабое деформационное упрочнение поверхности и развитие ее усталостной повреждаемости. Усталостное разрушение в этих сталях, как правило, инициируют поверхностные концентраторы напряжений: риски, царапины, обезуглероженные участки и т. п. Повышенная чувствительность к надрезам служит причиной более заметного разброса значений а _1 (см. рис. 8.13), замедления их роста с увеличением статической прочности и, как следствие, снижения коэффициента выносливости до 0,4. Для того чтобы обеспечить более высокую циклическую прочность этих сталей, необходимо уменьшить их чувствительность к концентраторам напряжений.
...
Твердые (НЯС > 50) высокопрочные стали с мартенситной структурой обладают особо высокой чувствительностью к концентраторам напряжений, что нейтрализует их основное свойство высокое сопротивление образованию трещин усталости. По этой причине увеличение их статической прочности не сопровождается повышением выносливости (см. рис. 8.13). Более того, при сгв > 2000 МПа начинается снижение сг_!, а коэффициент выносливости уменьшается до 0,3 *. Таким образом, потенциальные свойства высокопрочных сталей при циклических нагрузках не реализуются. Особенно сильно это проявляется не в образцах, а в реальных деталях вследствие резкого увеличения эффективного коэффициента концентрации напряжений (КП)[, [см. формулу (7.4)]. Его увеличение связано с интенсивным ростом коэффициента КП по мере повышения статической прочности стали и снижением коэффициентов, характеризующих влияние масштабного фактора еа и шероховатости поверхности (3. Вследствие высоких значений (К„)в несущая способность деталей из
...
Вместо объемно-упрочненных высокопрочных сталей применяют средне-и низкоуглеродистые стали, подвергнутые поверхностному упрочнению. Его проводят следующими технологическими методами: 1) закалкой с индукционного нагрева ТВЧ; 2) химико-термической обработкой цементацией (нитро-цементацией), азотированием; 3) поверхностным пластическим деформированием (ППД): обкаткой роликами, обдувкой дробью и др.; 4) комбинированными методами, включающими химико-термическую обработку и ППД.
...
Благоприятное влияние технологических методов обусловлено действием двух факторов повышением сопротивления пластической деформации поверхностного слоя и созданием в нем остаточных напряжений сжатия.
...
Влияние этих факторов особенно значительно для деталей машин, работающих на изгиб, кручение, т. е. когда напряжения максимальны на поверхности (валы, оси, зубчатые колеса1 и др.). Упрочненный поверхностный слой в виде жесткой оболочки затрудняет выход дислокаций на поверхность и тем самым препятствует развитию на ней повреждений и образованию трещин усталости. Этому же способствуют и остаточные напряжения сжатия. Суммируясь с напряжениями от внешней нагрузки, они уменьшают на поверхности неблагоприятные напряжения растяжения.
...
Степень влияния остаточных напряжений сжатия растет с увеличением предела текучести поверхностного слоя-той предельной величины, которой они могут достигать в нем. При этом растет не только возможный уровень остаточных напряжений, но и их стабильность в процессе циклического
...
Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность 161
...
нагружения. При мартенситной высокопрочной структуре остаточные напряжения достигают в поверхностном слое большой величины, при которой напряжения растяжения от внешней нагрузки уменьшаются настолько, что смещают очаг разрушения в подповерхностный слой, нейтрализуя тем самым поверхностные концентраторы напряжений. Таким образом, формирование высоких остаточных напряжений сжатия-важная составная часть технологии изготовления деталей машин повышенного сопротивления усталости.
...
Эффективность технологических методов количественно оценивается коэффициентом упрочнения Рупр, показывающим, во сколько раз снижается эффективный коэффициент концентрации напряжений (К„)в и увеличивается предел выносливости конкретной детали. Влияние поверхностного упрочнения на Рупр показано в табл. 8.9.
...
Из таблицы видно, что эффективность технологических методов тем значительнее, чем острее концентратор напряжений (выше К„).
...
Выбор метода поверхностного упрочнения детали зависит от условий ее эксплуатации, формы, размеров, марки выбранной стали и других факторов.
...
Закалку с индукционным нагревом ТВЧ широко используют в массовом производстве для повышения долговечности осей, пальцев, валов и других деталей цилиндрической формы. На структуру мелкопластинчатого мартенсита и высокую твердость {НЯС 50-60) обрабатывают слои толщиной 1-3 мм. Вследствие фазовых превращений, вызывающих увеличение удельного объема поверхностного слоя, в нем формируются остаточные напряжения сжатия, которые на поверхности составляют 300-600 МПа. Предел выносливости гладких валов увеличивается в 1,3-1,7 раза (см. табл. 8.9).
...
Обладая высокой производительностью, метод поверхностной закалки в то же время мало эффективен для деталей сложной формы, для которых возможно только местное упрочнение. В местах обрыва закаленного слоя, не охватывающего галтели, выточки и дру-
...
гие концентраторы, возникают высокие остаточные напряжения растяжения, снижающие выносливость. Этого недостатка не наблюдается при химико-термической обработке, обеспечивающей равномерное упрочнение, более высокую выносливость и одновременно износостойкость поверхности. Поверхностные слои приобретают высокую твердость: НV
...
Наиболее напряженные детали (зубчатые колеса, вал-шестерни и др.) подвергают цементации, применяя для их изготовления низкоуглеродистые стали (см. табл. 8.4). После насыщения углеродом, закалки и низкого отпуска эти стали при высокой поверхностной твердости сохраняют вязкую сердцевину, способную воспринимать ударные нагрузки. Достоинство цементации возможность получить упрочненные слои большой толщины (0,8 -2 мм и более), выдерживающие высокие удельные нагрузки. Однако максимальной циклической прочности отвечают слои меньшей толщины (0,4-0,8 мм), когда остаточные напряжения сжатия высоки у поверхности, а очаг разрушения находится неглубоко от нее. С увеличением толщины слоя остаточные напряжения и предел выносливости снижаются, очаг разрушения смещается в глубь слоя-на границу с сердцевиной. По этой причине циклическая прочность цементированных деталей зависит не только от свойств поверхностного слоя, но и от свойств сердцевины, увеличиваясь по мере повышения ее прочности и твердости, достигая максимального значения при сгв =
...
Азотированию подвергают легированные стали 38Х2МЮА, 40Х, 40ХНМА, 18Х2Н4МА и др., для упрочнения сердцевины которых проводят термическое улучшение. Их выносливость определяется режимом азотирования и растет по мере увеличения толщины упрочненного слоя. Вследствие небольшой толщины слоя (0,3-0,6 мм), ограничивающей допустимые нагрузки, а также большой длительности процесса азотирование применяют реже, чем цементацию. Ему отдают предпочтение в тех случаях, когда нежелательна деформация деталей при упрочнении или требуется повышение коррозионной стойкости и высокая износостойкость поверхности.
...
В отличие от азотирования цементация вызывает сильную деформацию деталей, для устранения которой шлифованием приходится удалять слои толщиной 0,10-0,25 мм, т. е. слои с остаточными напряжениями сжатия. В результате остаточные напряжения сжатия снижаются; во многих случаях формируются напряжения растяжения. В связи с этим цементованные детали после шлифования упрочняют обкаткой роликами или обдувкой дробью. Обкатку роликами применяют для поверхностного наклепа деталей цилиндрической формы, обдувку дробью (диаметром 0,6-3,0 мм), отличающуюся большой универсальностью и производительностью, — для деталей любой конфигурации.
...
Комбинированное упрочнение характеризуется высокой эффективностью, поскольку ППД дополнительно увеличивает твердость поверхностных слоев (на 10-20%) и формирует в них высокие остаточные напряжения сжатия. В итоге
...
Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность
...
предел выносливости цементованных деталей увеличивается в 1,5-2 раза. ППД эффективно также и для деталей, закаленных с нагревом ТВЧ, особенно при обрыве упрочненного слоя у концентратора.
...
В коррозионных средах сопротивление усталости рассмотренных выше некоррозионно-стойких сталей резко снижается и не зависит от их статической прочности (рис. 8.14). Такие стали применяют с поверхностным покрытием из цинка, кадмия, хрома или никеля. Широко используют также специальные коррозионно-стойкие стали, которые рассмотрены в гл. 14.
...
Рис. 8.14. Зависимость предела выносливости углеродистых сталей от временного сопротивления разрыву при испытании в различных средах:
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
В этой главе рассмотрены материалы с высокими технологическими свойствами: обрабатываемостью резанием, штам-пуемостью, свариваемостью и пригодностью к изготовлению высококачественных отливок.
...
ком пластичных сталей затруднена вследствие образования сплошной труд-ноломающейся стружки, которая, непрерывно скользя по передней поверхности инструмента, нагревает и интенсивно изнашивает ее. Кроме того, на режущей кромке инструмента из-за налипания металла возникает нарост, в результате чего поверхность получается шероховатой с задирами.
...
Особенно плохой обрабатываемостью отличаются аустенитные стали, которые кроме высокой пластичности и вязкости имеют пониженную теплопроводность. Выделяющаяся при их обработке теплота концентрируется в зоне резания, снижая стойкость инструмента.
...
Повышение обрабатываемости резанием достигается технологическими и металлургическими приемами. К технологическим относятся термическая обработка и наклеп. Заготовки среднеугле-родистых сталей подвергают нормализации, так как она формирует наиболее благоприятную, с точки зрения обрабатываемости, структуру, состоящую из феррита и пластинчатого перлита. Нормализацию проводят с высоких температур нагрева для укрупнения зерна, что несколько увеличивает допустимую скорость резания.
...
Обрабатываемость низкоуглеродистых сталей повышают холодной пластической деформацией, которая, снижая пластичность сталей, способствует получению сыпучей, легкоотделяющейся стружки.
...
Более эффективны металлургические приемы, предусматривающие введение в конструкционную сталь серы, селена, теллура, кальция, изменяющих состав и количество неметаллических включений; свинца, создающего собственные
...
Обработка резанием — основной способ изготовления большинства деталей машин и приборов. С улучшением обрабатываемости стали растет производительность их обработки. Особое значение это имеет для массового производства, где широко применяют автоматические линии.
...
Обрабатываемость оценивается несколькими показателями, главный из которых — интенсивность изнашивания режущего инструмента. Количественная характеристика этого показателя — максимально допустимая скорость резания, соответствующая определенной величине износа или заданной стойкости инструмента. К дополнительным показателям относятся: чистота поверхности резания, форма стружки и легкость ее отвода.
...
Связь между обрабатываемостью и механическими свойствами неоднозначная. Допустимая скорость резания снижается с увеличением твердости и прочности стали, поскольку увеличиваются усилия резания и температура нагрева инструмента, вызывающая разупрочнение его режущей кромки и снижение стойкости. Между тем обработка слиш-
...
Эти добавки и образуемые ими включения создают как бы внутреннюю смазку, которая в зоне резания снижает трение между инструментом и стружкой, а также облегчают ее измельчение.
...
Стали с увеличенным содержанием серы или дополнительно легированные указанными выше элементами относятся к так называемым автоматным сталям. В соответствии с ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой А (автоматная), присутствие свинца обозначает буква С, селена -Е, кальция-Ц1; двухзначная цифра после букв А, АС или АЦ среднее содержание углерода в сотых долях процента.
...
Сера образует большое количество сульфидов марганца, вытянутых в направлении прокатки. Сульфиды оказывают смазывающее действие. Кроме того, нарушая сплошность металла, они вместе с фосфором, повышающим хрупкость феррита, облегчают отделение и измельчение стружки. Отсутствие налипания металла на инструмент способствует получению гладкой блестящей поверхности резания. Вместе с тем повышенное количество серы и фосфора снижает качество стали. Автоматным сернистым сталям свойственна анизотропия механических свойств - пониженные вязкость, пластичность и особенно сопротивление усталости в поперечном направлении прокатки. Это обстоятельство, а также низкая коррозионная стойкость ограничивают их применение для изготовления ответ-
...
ственных деталей машин. Стали АН, А12, А20 используют для крепежных деталей, а также малонагруженных деталей сложной формы, к которым предъявляются требования высокой точности размеров и чистоты поверхности. Стали АЗО, А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие напряжения.
...
Введение свинца повышает скорость резания на 30-40% без снижения стойкости инструмента и в 2-7 раз увеличивает стойкость инструмента при сохранении принятой скорости резания.
...
Свинец не ухудшает прочностных свойств, вызывая некоторую анизотропию пластичности и вязкости. Свинцовосодержащие стали широко применяют на автозаводах для изготовления многих деталей двигателя.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
этому практически не вызывают анизотропию свойств стали. Применение се-леносодержащих сталей позволяет в 2 раза снизить расход инструмента и до 30 % повысить производительность обработки.
...
В отличие от серы селен практически не снижает коррозионных свойств. Его вводят в аустенитную хромоникелевую коррозионно-стойкую сталь. Сталь 12Х18Н10Е (ГОСТ 5632-72) содержит 0,15 — 0,30% 8е и по обрабатываемости приближается к простой углеродистой стали.
...
(0,002-0,008% Са) стали (АЦ20, АЦ30, АЦ40Х, АЦ30ХН и др.) с добавлением свинца и теллура предназначены для изготовления термически упрочненных деталей, обрабатываемых твердосплавным инструментом при высоких (100 м/мин и более) скоростях резания. Необходимость использования высоких скоростей обработки диктуется тем, что тугоплавкие кальцийсодержащие включения, образующиеся в этих сталях, способны размягчаться и проявлять смазывающее действие лишь при высоких температурах в зоне резания.
...
В горячем (аустенитном) состоянии большинство сталей обладают высокой пластичностью, что позволяет получать фасонный прокат и поковки без дефектов (трещин, разрывов и т. п.). Более того, горячей обработкой давлением (в сочетании с последующим отжигом) измельчают микроструктуру, устраняют литейные дефекты и, формируя волокна вдоль контура поковок, создают благоприятно ориентированную макроструктуру. В результате этого горячедефор-
...
Высокий запас технологической пластичности необходим листовым сталям, предназначенным для холодной штамповки. Технологическая пластичность зависит от химического состава стали, ее микроструктуры и контролируется параметрами механических свойств. Способность стали к вытяжке при холодной штамповке определяется концентрацией углерода. Чем она меньше, тем легче идет технологический процесс вытяжки. Для глубокой вытяжки содержание углерода в стали ограничивают 0,1%; при 0,2-0,3% С возможны только гибка и незначительная вытяжка, а при 0,35-0,45% С-изгиб большого радиуса.
...
Микроструктура стали должна состоять из феррита с небольшим количеством перлита. Выделение по границам зерен структурно свободного (третичного) цементита строго ограничивается во избежание разрывов при штамповке. Лучше всего деформируется сталь с мелким зерном, соответствующим 7-8 номеру по ГОСТ 5639-82. При большем размере зерна получается шероховатая поверхность в виде так называемой апельсиновой корки, при меньшем-сталь становится слишком жесткой и упругой. Также нежелательна разнозернистая структура, поскольку она способствует неравномерности деформации и образованию трещин.
...
Контролируемыми параметрами механических свойств стали являются относительное удлинение 5 и отношение с7т/<7в.
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
Широко применяют кипящие стали 05кп, 08кп и 10кп. Способность этих сталей хорошо штамповаться обусловлена низким содержанием углерода и почти полным отсутствием кремния, который сильно упрочняет феррит и затрудняет его деформируемость. Для глубокой вытяжки чаще всего используют сталь 08кп. Из нее штампуют детали кузова автомобиля, корпуса приборов и другие детали сложного профиля.
...
Кипящая сталь из-за повышенной газонасыщенности склонна к деформационному старению. В связи с этим для холодной штамповки используют сталь, микролегированную ванадием 08Фкп (0,02-0,04% V) или алюминием 08Юкп. Ванадий и алюминий связывают примеси внедрения (азот, кислород) в прочные химические соединения и препятствуют развитию деформационного старения. Применяются также полуспокойные и спокойные стали 08пс и 08, которые, несмотря на меньшую пластичность, обладают более высокой стабильностью свойств.
...
Свариваемость - способность получения сварного соединения, равнопрочного с основным металлом. Для образования качественного соединения важно предупредить возникновение в сварном шве различных дефектов: пор, непрова-ров и, главным образом, трещин. Характеристикой свариваемости данного металла служат количество допускаемых способов сварки и простота ее технологии.
...
Свариваемость стали тем выше, чем меньше в ней углерода и легирующих элементов. Влияние углерода является определяющим. Углерод расширяет интервал кристаллизации и увеличивает склонность к образованию горячих трещин, которая тем больше, чем дольше металл шва находится в жидком состоянии. Причина холодных трещин-внутренние напряжения, возникающие при структурных превращениях, особенно
...
мартенситном, в результате местной закалки (подкалки). Увеличивая объемный эффект мартенситного превращения, углерод способствует также образованию холодных трещин. В связи с этим высокой свариваемостью обладают стали, содержащие до 0,25% С. К ним относятся углеродистые стали (БСтО, БСт1-БСт4, ВСт1-ВСт4; 0,5, 08, 10, 15, 20, 25), а также низколегированные, применяемые для изготовления различных металлоконструкций: стали для трубопроводов, мостостроения, вагоностроения, судостроения 09Г2(Д), 09Г2С, 14Г2, 15ГФ(Д), 16ГС, 17ГС и др.; стали с карбонитридным упрочнением, применяемые для мостов, металлоконструкций цехов, кранов, резервуаров 14Г2АФ(Д|, 15Г2СФ(Д), 16Г2АФ и др. (ГОСТ 19282-73). Эти стали содержат небольшие добавки ванадия в сочетании с повышенным содержанием азота (до 0,025 %). Введение этих элементов способствует образованию дисперсных кар-боннтридных фаз, измельчающих зерно. В результате повышается прочность стали и понижается температура перехода в хрупкое состояние. Это дает возможность применять такие стали в районах с холодным климатом. При добавлении меди (буква Д в марке) стали приобретают повышенную стойкость к атмосферной коррозии.
...
Сварка всех этих сталей при толщинах до 15 мм не вызывает затруднений. Сварка таких же сталей больших толщин и в термически упрочненном состоянии требует подогрева и термической обработки. При сварке углеродистых и низколегированных сталей, содержащих более 0,3% С, возникают затруднения из-за возможности закалки и охрупчивания околошовной зоны. Сварка высокохромистых и хромонике-левых сталей в связи с неизбежными фазовыми превращениями в металле требует специальных технологических приемов-снижения скорости охлаждения, применения защитных атмосфер и последующей термической обработки.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
Литейные свойства сплавов оценивают жидкотекучестью, величиной усадки, а также склонностью к образованию пористости, ликвации, горячих и холодных трещин. От литейных свойств зависит не только возможность получения сложной отливки, но и ее конструкционная прочность, так как многие дефекты литой структуры пористость, ликвационная неоднородность, микротрещины - эффективные конпентраторы напряжений.
...
Литейные свойства сплавов тем выше, чем меньше их температурный интервал кристаллизации. В связи с этим наиболее высокими литейными свойствами обладают сплавы, испытывающие эвтектическое превращение.
...
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2.14% С и затвердевающие с образованием эвтектики. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для производства качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.
...
Разновидности чугунов. В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны1. Высокопрочные чугуны являются разновидностью серых, но из-за повышенных механических свойств их выделяют в особую группу.
...
Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Эти чугуны, фазовые преврашения которых протекают согласно диаграмме состояния
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
Углерод оказывает определяющее влияние на качество чугуна, изменяя количество графита и литейные свойства. Чем выше концентрация углерода, тем больше выделений графита в чугуне и тем ниже его механические свойства. По этой причине его максимальное содержание ограничивается доэвтек-тической концентрацией. В то же время снижение углерода отрицательно сказывается на жидкотекучести и, следовательно, на литейных свойствах. Нижний предел углерода принимают для толстостенных отливок, верхний-для тонкостенных.
...
Кремний обладает сильным графитизи-рующим действием; способствует выделению графита в процессе затвердевания чугуна и разложению выделившегося цементита.
...
Марганец затрудняет графитизацию чугуна, несколько улучшает его механические свойства, особенно в тонкостенных отливках.
...
Сера-вредная примесь. Она ухудшает механические и литейные свойства чугунов: понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и повышает склонность к образованию трещин.
...
Фосфор в количестве до 0,3% растворяется в феррите. При большей концентрации он образует с железом и углеродом тройную «фосфидную» эвтектику. Она имеет низкую температуру плавления (950 °С), что увеличивает жидкотекучесть чугуна, но высокую твердость и хрупкость. Повышенное содержание фосфора допускается в отливках, от которых требуется повышенная износостойкость (до 0,7 Р), а также используемых для художественного литья (до 1 % Р). В нагруженных отливках содержание фосфора ограничивают 0,3%.
...
Таким образом, степень графитизации в чугуне возрастает с увеличением содержания углерода и кремния. Аналогичное, но более слабое влияние оказывают примеси (или легирующие элементы) меди и никеля. Элементами, затрудняющими графитизацию (отбеливающими), являются марганец, сера, хром. Основные элементы, которыми регулируют структуру металлической основы серого чугуна,-углерод и кремний.
...
торых является скорость охлаждения. С уменьшением скорости охлаждения увеличивается количество графита, с увеличением-количество химически связанного углерода. При выборе скорости охлаждения принимают во внимание толщину стенки отливки. Чем больше толщина стенки, тем меньше скорость охлаждения и полнее протекает процесс графитизации.
...
В чугунах с высоким содержанием кремния при медленном охлаждении отливки первичная кристаллизация происходит в соответствии со стабильной диаграммой Ре-С (см. рис. 3.19); в этом случае графит появляется непосредственно из жидкой фазы. С увеличением скорости охлаждения создаются условия для первичной кристаллизации в соответствии с метастабильной диаграммой Ре-Ре3С (см. рис. 3.12); из жидкой
...
Рис. 9.1. Структурная диаграмма чугунов в зависимости от содержания кремния и углерода (а) и толщины стенки отливки (б): /—белый чугун; //- половинчатый чугун; III, Illa, Шб — серый перлитный, ферритно-перлитный н ферритный чугун соответственно
...
фазы выделяется цементит, а графит образуется вследствие его распада при дальнейшем охлаждении. Иногда ледебурит не разлагается и остается в структуре (получается отбел).
...
Вторичная кристаллизация преимущественно протекает в соответствии с ме-тастабильной диаграммой, вторичный цементит и цементит перлита могут сохраниться или графитизироваться в зависимости от содержания кремния и. скорости охлаждения.
...
Наглядное представление о влиянии углерода и кремния на степень графити-зации чугуна и его структуру дают структурные диаграммы (рис 9.1). Структурная диаграмма на рис. 9.1, а справедлива для отливок с толщиной стенки 50 мм. Влияние толщины стенки и состава чугуна (суммарного содержания углерода и кремния) характеризует диаграмма, приведенная на рис. 9.1,6.
...
Поле диаграмм разбито на пять областей. Область 7 соответствует белому чугуну, имеющему структуру перлит + + вторичный цементит + ледебурит. Весь углерод связан в виде цементита. В области 77 находится половинчатый чугун со структурой перлит + + цементит + графит. Количество связанного углерода в нем более 0,8%.
...
Химический состав серых чугунов отвечает областям 777, 777а и 7776. По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида.
...
Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической основы и, главным образом, количества, формы и размеров графитных включений. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по строению аналогична сталям. Решающее влияние графита обусловлено тем, что его пластинки, прочность которых ничтожно мала, действуют как надрезы или трещины, пронизывающие металлическую основу и ослабляющие ее. При растяжении (наиболее жестком виде нагружения) по концам графитных включений легко формируются очаги разрушения. По этой причине серый чугун плохо сопротивляется растяжению, имеет низкие прочность и пластичность. Относительное удлинение при растяжении независимо от структуры основы не превы-
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
шает 0,5%. Чем крупнее и прямолинейнее форма графитных включений, тем ниже сопротивление серого чугуна разрыву. И, наоборот, чем мельче и разобщеннее графитные включения, тем меньше их отрицательное влияние.
...
Значительно меньше влияние графита при изгибе и особенно при сжатии, т. е. «мягких» видах нагружения. Статическая прочность серого чугуна при изгибе примерно в 2 раза, а при сжатии-в 4 раза выше прочности чугуна при растяжении. Прочность при сжатии и твердость чугуна определяются в основном структурой металлической основы. Они близки к свойствам стали с той же структурой и составом, что и металлическая основа чугуна.
...
Более высокая чувствительность чугу-нов к нормальным напряжениям, чем к касательным, сохраняется при циклических нагрузках. При этом сопротивление усталости у них, как и у сталей, растет с увеличением статической прочности. Предел выносливости при круговом изгибе а_1 = (0,45-=-0,58)гтв. Наибольшее его значение имеют чугуны с измельченными графитными включениями и перлитной основой.
...
Для серых чугунов характерно следующее соотношение пределов выносливости (при растяжении, изгибе и кручении) 1р: а_
...
В соответствии с отмеченной особенностью чугун целесообразнее использовать для деталей, работающих на сжатие. Однако в реальных условиях эксплуатации может возникнуть сложное напряженное состояние. В этом случае работоспособность чугуна лимитируется долей растягивающих напряжений. В связи с этим показателем механических свойств серых чугунов, в соответствии с ГОСТ 1412-79, является прочность при статическом растяжении.
...
лей в несколько граммов (например, поршневые кольца двигателей) до отливок в 100 т и более (станины станков). Выбор марки чугунов для конкретных условий работы определяется совокупностью технологических и механических свойств.
...
Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны: жаростойкие (дополнительно содержат Сг, А1), жаропрочные (Сг, N1,
...
Отливки из серого чугуна подвергают термической обработке. Используют низкий отжиг (~560°С) для снятия внутренних напряжений и стабилизации размеров, нормализацию или закалку с отпуском для повышения механических свойств и износостойкости. Для повышения износостойкости гильз цилиндров, распределительных валов и других деталей отдельных двигателей автомобилей перлитные чугуны подвергают азотированию.
...
Высокопрочные чугуны. Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02-0,08%. Ввиду того, что модифицирование чугунов чистым магнием сопровождается сильным пироэф-фектом, чистый магний заменяют лигатурами (например, сплавом магния и никеля).
...
Чугун после модифицирования имеет следующий химический состав: 3,0-3,6% С; 1,1-2,9% й; 0,3-0,7% Мп; до 0,02 % Б и до 0,1 % Р. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным или перлитным. Ферритный чугун в основном состоит из феррита и шаровидного графита. В нем допускается до 20% перлита. Структура перлитного чугуна: со-рбитообразный или пластинчатый перлит и шаровидный графит. В ней допускается до 20% феррита (рис. 9.3).
...
Шаровидный графит-менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый графит, и потому меньше снижает механические свойства металлической основы. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Маркируют высокопрочные чугуны по пределу прочности и относительному удлинению (см. табл. 9.1).
...
Материалы с особыми технологическими свойствами 173
...
Ковкие чугуны. Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. По этой причине графит ковких чугунов называют углеродом отжига. Такой графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкий чугун по сравнению с серым обладает более высокой прочностью и пластичностью.
...
Отливки из белого чугуна, подвергаемые отжигу на ковкий чугун, изготовляют тонкостенными. Они не должны иметь сечение более 50 мм, иначе в сердцевине при кристаллизации выделяется пластинчатый графит, чугун становится непригодным для отжига. По этой же причине исходные белые чугуны имеют пониженное содержание углерода и кремния. Их химический состав находится в пределах: 2,4-2,9% С; 1,0-1,6% &; 0,2-1,0% Мп до 0,2% Б и до 0,18% Р.
...
По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными (рис. 9.4). Отжиг на фер-ритные чугуны проводят по режиму 1 (рис. 9.5), обеспечивающему графити-зацию всех видов цементита белого чу-
...
тивно заменяя сталь во многих изделиях и конструкциях. Из них изготовляют оборудование прокатных станов (прокатные валки массой до 12 т), куз-нечно-прессовое оборудование (траверса пресса, шабот ковочного молота), в турбостроении - корпус паровой турбины, лопатки направляющего аппарата, в дизеле-, тракторо- и автомобилестроении-коленчатые валы, поршни и многие другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.
...
В некоторых случаях для улучшения механических свойств применяют термическую обработку отливок; для повышения прочности-закалку и отпуск
...
после которой проводят непрерывное охлаждение отливок до температуры 20 °С. Поскольку графитизация цементита перлита практически не происходит, чугун приобретает структуру, состоящую из перлита и углерода отжига. Отсутствие литейных напряжений, которые полностью снимаются во время отжига, компактная форма и изолированность графитных включений обусловливают высокие механические свойства ковких чугунов. Принцип их маркировки тот же, что и высокопрочных чугунов: КЧ ав — 8 (см. табл. 9.1). Из таблицы видно, что ферритные чугуны имеют более высокую пластичность, а перлитные — более высокие прочность и твердость.
...
Ковкие чугуны нашли широкое применение в сельскохозяйственном, автомобильном и текстильном машиностроении, в судо-, котло-, вагоно-и дизелестроении. Из них изготовляют детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок ковкого чугуна позволяет изготовлять детали водо- и газопроводных установок; хорошие литейные свойства исходного белого чугуна отливки сложной формы.
...
Свойства меди. Медь-металл красновато-розового цвета; кристаллическая ГЦК решетка с периодом а
...
Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается.
...
гуна. Отливки из такого чугуна загружают в специальные ящики и засыпают песком или стальными стружками для защиты от окисления и медленно (20-25 ч) нагревают до температуры несколько ниже эвтектической — 950— 1000 °С. В процессе продолжительной (10-15 ч) выдержки при такой температуре происходит первая стадия графитизации. Она состоит в распаде эвтектического и избыточного вторичного цементита (имеющегося в небольшом количестве при этой температуре). К концу первой стадии графитизации чугун состоит из аустенита и включений углерода отжига. Затем температуру медленно снижают. При этом происходит промежуточная стадия графитизации распад выделяющегося вторичного цементита. Вторая стадия графитизации протекает или при весьма медленном охлаждении в эвтектоидном интервале температур, или при длительной выдержке (25-30 ч) несколько ниже температуры эвтектоидного превращения (720-740 °С). В процессе этой выдержки распадается цементит перлита. В результате такого отжига продолжительностью 70-80 ч весь углерод выделяется в свободном состоянии и формируется структура, состоящая из феррита и углерода отжига.
...
Перлитный ковкий чугун получают отжигом, который проводят в окислительной среде по режиму 2 (см. рис. 9.5). В этом случае увеличивают продолжительность первой стадии графитизации,
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
Примеси снижают все эти свойства. По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: МОО (99,99% Си), МО (99,97% Си), М1 (99,9% Си), М2 (99,7% Си), МЗ (99,5% Си). Наиболее часто встречающиеся в меди примеси подразделяют на три группы.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
Общая характеристика и классификация медных сплавов. Сохраняя положительные качества меди (высокие теплопроводность и электропроводимость, коррозионную стойкость и др.), медные сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами (см. гл. 10).
...
По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные; по способности упрочняться с помощью термической обработки — на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.
...
томпаком (Л96), при 80—85 % Си — полутомпаком (Л80). В марках легированных латуней кроме цифры, показывающей содержание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах легирующих элементов. Алюминий в медных сплавах обозначают буквой А, никель-Н, олово-О, свинец-С, фосфор-Ф, железо-Ж, кремний-К, марганец-Мц, бериллий-Б, цинк-Ц. Например, ЛАН59-3-2 содержит 59% Си, 3% А1, 2% №. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его название. Например, ЛЦ40МцЗА содержит 40% Та,
...
Латуни. Медь с цинком образует твердый раствор с предельной концентрацией цинка 39% (рис. 9.7, а). При большем содержании цинка образуется электронное соединение Си2п
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
и хрупкости. В отличие от равновесного состоиния р'-фаза появляется в структуре латуней при содержании цинка около 30%. В соответствии с изменением структуры меняются механические свойства латуней (рис. 9.7,6). Когда латунь имеет структуру а-твердого раствора, увеличение содержания цинка вызывает повышение ее прочности и пластичности. Появление р'-фазы сопровождается резким снижением пластичности, прочность продолжает повышаться при увеличении цинка до 45%, пока латунь находится в двухфазном состоянии.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
В связи с высокой пластичностью однофазные латуни хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость. Рекристаллиза-ционный отжиг проводится при 600-700 °С.
...
Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость, которые составляют 20-50% от характеристик меди.
...
Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней. Особенно неблагоприятно действуют свинец и висмут, которые в однофазных латунях вызывают красноломкость. Поэтому однофазные латуни в основном выпускают в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготовляют детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, силь-фоны, трубопроводы), а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).
...
В двухфазных латунях вследствие а<=* Р-превращения легкоплавкие эвтектические фазы находятся не по границам, а внутри зерен твердого раствора и не влияют на их способность к горячей пластической деформации. Иногда добавляют свинец для улучшения обрабатываемости резанием и повышения антифрикционных свойств. Ввиду малой пластичности при низких температурах эти латуни выпускают в виде горячекатаного полуфабриката: листов, прутков, труб, штамповок. Из них изготовляют втулки, гайки, тройники, штуцеры, токо-проводящие детали электрооборудования и др.
...
Вследствие небольшого температурного интервала кристаллизации двойные латуни обладают низкой склонностью к дендритной ликвации, высокой жидкотекучестью, малой рассеянной усадочной пористостью и хорошей герметичностью. Но, несмотря на это, они практически не применяются для фасонных отливок, так как имеют довольно большую концентрированную усадочную раковину. Этот недостаток в меньшей степени присущ легированным латуням.
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
Помимо свинца для легирования ла-туней используют А1, Ре, №, Бп, Эти элементы повышают коррозионную стойкость латуней. Поэтому легированные латуни широко применяют в речном и морском судостроении (конденсаторные и манометрические трубки и другие детали). Оловянные латуни (ЛО70-1) называют морскими.
...
Алюминий повышает прочность, твердость латуней. Практическое применение находят высокомедистые латуни с добавлением алюминия до 4% (ЛА77-2), которые благодаря однофазной структуре хорошо обрабатываются давлением. Алюминиевые латуни дополнительно легируют никелем, железом, марганцем, кремнием, обладающими переменной растворимостью в а-твердом растворе, что позволяет упрочнять эти латуни с помощью закалки и старения. Временное сопротивление после такой обработки достигает 700 МПа. Хорошая пластичность в закаленном состоянии позволяет дополнительно упрочнять сплавы с помощью пластической деформации (перед старе-
...
нием). Обработка по схеме «закалка + + пластическая деформация + старение» обеспечивает повышение временного сопротивления до 1000 МПа.
...
Кремний улучшает жидкотекучесть, свариваемость и способность к горячей и холодной пластической деформации латуней. Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью, пластичностью, вязкостью не только при 20-25 °С, но и при низких температурах (до —183 °С). При легировании латуни для получения однофазной структуры используют небольшие добавки кремния (ЛК80-3). Эти латуни применяют для изготовления арматуры, деталей приборов, в судо- и общем машиностроении.
...
Никель повышает растворимость цинка в меди и улучшает механические свойства латуней. Никелевые латуни (например, ЛН65-5) хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях.
...
Бронзы. Оловянные бронзы. Из диаграммы состояния Си-Бп следует, что предельная растворимость олова в меди соответствует 15,8% (рис. 9.9, а). Сплавы этой системы характеризует склонность к неравновесной кристаллизации, в ре-Рис. 9.9. Диаграмма состояния Си — Бп (а) и влияние олова на механические свойства меди (б)
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
зультате чего в реальных условиях охлаждения значительно сужается область а-твердого раствора, его концентрация практически не меняется с понижением температуры, не происходит эвтектоид-ного превращения 5-фазы (см. штриховые линии диаграммы) и при содержании олова более 5-8% в структуре сплавов присутствует эвтектоид (а + 5), где 5-фаза-электронное соединение Си318п8 со сложной кубической решеткой (рис. 9.10,6). Оно обладает высокой твердостью и хрупкостью. Появление 5-фазы в структуре бронз вызывает резкое снижение их вязкости и пластичности (рис. 9.9,6). Поэтому, несмотря на повышение прочности при дальнейшем увеличении количества олова до 25%, практическое значение имеют бронзы, содержащие только до 10% Б п. Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги. Широкий температурный интервал кристаллизации обусловливает у них большую склонность к дендритной ликвации, низкую жидкотекучесть, рассеянную усадочную пористость и поэтому невысокую герметичность отливок.
...
ностью растворяется в а-твердом растворе, что способствует повышению механических свойств. Уменьшая интервал кристаллизации оловянных бронз, цинк улучшает их жидкотекучесть, плотность отливок, способность к сварке и пайке. Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием оловянных бронз. Фосфор, являясь раскислителем оловянных бронз, повышает их жидкотекучесть, износостойкость улучшается благодаря появлению твердых включений фосфида меди Си3Р. Кроме того, он повышает временное сопротивление, предел упругости и выносливость бронз. Никель способствует измельчению структуры и повышению механических свойств.
...
Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8% при литье в землю и 1,4% при литье в металлическую форму), поэтому они используются для получения сложных фасонных отливок. Двойные низколегированные литейные бронзы содержат 10% Бп. Для удешевления оловянных бронз содержание олова в некоторых стандартизованных литейных бронзах снижено до 3-6%. Большое количество Хп
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
их жидкотекучесть, улучшает плотность отливок, антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием. Структура оловянных бронз (БрОЗЦ12С5, Бр04Ц4С17, БрО10Ц2 и др.) полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к структуре антифрикционных сплавов (см. п. 10.4). Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, пресной и морской воде способствует широкому применению литейных бронз для пароводяной арматуры, работающей под давлением. Рассеянная пористость не мешает этому, поскольку у поверхности отливок имеется зона с мелкозернистой структурой, обладающая высокой плотностью. При усовершенствовании технологии получают отливки, выдерживающие давление до 30 МПа.
...
Деформируемые бронзы содержат до 6-8% Бп (табл. 9.4). В равновесном состоянии они имеют однофазную структуру а-твердого раствора (см. рис. 9.10, а). В условиях неравновесной кристаллизации наряду с твердым раствором может образоваться небольшое количество б-фазы. Для устранения дендритной ликвации и выравнивания химического состава, а также улучшения
...
обрабатываемости давлением применяют диффузионный отжиг, который проводят при 700-750 "С. При холодной пластической деформации бронзы подвергают промежуточным отжигам при 550-700 "С. Деформируемые бронзы характеризуются хорошей пластичностью и более высокой прочностью, чем литейные.
...
Наряду с хорошей электрической проводимостью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности.
...
Алюминиевые бронзы. Они отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. К преимуществам перед оловянными бронзами относятся меньшая стоимость, более высокие механические и некоторые технологические свойства Например, небольшой интервал кристаллизации обеспечивает алюминиевым бронзам высокую жидкотекучесть, концентрированную усадку и хо-
...
фасонных отливок. При наличии большого количества эвтектоида бронзы подвергают не холодной, а горячей обработке давлением. Двухфазные бронзы отличаются высокой прочностью (ст„ = 600 МПа) и твердостью (НВ
...
К недостаткам двойных алюминиевых бронз помимо большой усадки относятся склонность к газонасыщению и окис-ляемости во время плавки, образование крупнокристаллической столбчатой структуры, трудность пайки. Эти недостатки существенно устраняются при легировании алюминиевых бронз железом, никелем, марганцем.
...
В ос-фазе алюминиевой бронзы растворяется до 4% железа, при большем содержании образуются включения А13Ре. Дополнительное легирование сплавов никелем и марганцем способствует появлению этих включений при меньшем содержании железа. Железо оказывает модифицирующее действие на структуру алюминиевых бронз, повышает их прочность, твердость и антифрикционные свойства, уменьшает склонность к охрупчиванию двухфазных бронз из-за замедления эвтектоидного распада р-фазы и измельчения у2-фазы, образующейся в результате этого распада. Наилучшей пластичностью алюми-ниево-железные бронзы (например,
...
рошую герметичность, малую склонность к дендритной ликвации. Вместе с тем из-за большой усадки иногда трудно получить сложную фасонную отливку.
...
Материалы с особыми технологическими свойствами
...
БрАЖ9-4) обладают после термической обработки, частично или полностью подавляющей эвтектоидное превращение р-фазы (нормализация при 600-700 °С или закалка от 950 °С). Отпуск закаленной бронзы при 250-300 °С приводит к распаду Р-фазы с образованием тонкодисперсного эвтектоида (а + у2) и повышению твердости (НВ
...
Никель улучшает технологичность и механические свойства алюминиево-железных бронз при обычных и повышенных температурах. Кроме того, он способствует резкому сужению области a-твердого раствора при понижении температуры. Это вызывает у бронз, легированных железом и никелем (БрАЖН 10-4-4), способность к дополнительному упрочнению после закалки вследствие старения. Например, в отожженном (мягком) состоянии БрАЖН 10-4-4 имеет следующие механические свойства: ан
...
Кремнистые бронзы содержат до 3% Si. Согласно диаграмме состояния Cu-Si (рис. 9.12), двойные кремнистые бронзы имеют однофазную структуру a-твердого раствора кремния в меди. При увеличении содержания кремния более 3 % в структуре сплавов появляется твердая и хрупкая у-фаза. Одно-
...
фазная структура твердого раствора обеспечивает кремнистым бронзам высокую пластичность и хорошую обрабатываемость давлением. Они хорошо свариваются и паяются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз и латуней.
...
Легирование цинком способствует улучшению литейных свойств этих бронз вследствие уменьшения интервала кристаллизации. Добавки марганца и никеля повышают прочность, твердость кремнистых бронз. Марганец повышает их предел упругости. Никель, обладая переменной растворимостью в а-фазе, позволяет упрочнять никель-кремнистые бронзы путем закалки и старения. После закалки от 800 °С и старения при 500 °С эти бронзы имеют ав>700 МПа, 8«8%. Свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием.
...
Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков, проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей (БрКН1-3), (БрКМцЗ-1), а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.
...
184 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
Работоспособность материалов в условиях трения зависит от трех групп факторов: 1) внутренних, определяемых свойствами материалов; 2) внешних, характеризующих вид трения (скольжение, качение) и режим работы (скорость относительного перемещения, нагрузка, характер ее приложения, температура); 3) рабочей среды и смазочного материала. Совокупность этих факторов обусловливает различные виды изнашивания, классификация которых по ГОСТ 23.002-78 приведена в табл. 10.1.
...
Детали, подвергающиеся изнашиванию, подразделяют на две группы: 1) детали, образующие пары трения (подшипники скольжения и качения, зубчатые передачи и т. п.); 2) детали, изнашивание которых вызывает рабочая среда (жидкость, газ и т. п.).
...
Характерные виды изнашивания деталей первой группы-абразивное (твердыми частицами, попадающими в' зону контакта), адгезионное, окислительное, усталостное, фреттинг-процесс (фреттинг-коррозия). Для деталей второй группы типично абразивное изнашивание (например, истирание почвой),
...
гидро- и газоабразивное (твердыми частицами, перемещаемыми жидкостью или газом), эрозионное, гидро- и газоэрозионное (потоком жидкости или газа), кавиташюнное (от гидравлических ударов жидкости).
...
Причина изнашивания сопряженных деталей работа сил трения. Под действием этих сил происходит многократное деформирование участков контактной поверхности, их упрочнение и разупрочнение, выделение теплоты, изменение структуры, развитие процессов усталости, окисления и др.
...
Сложность процессов, протекающих в зоне контакта, обусловила возникновение различных теорий внешнего трения. Наиболее полно силовое взаимодействие твердых тел объясняет мо-лекулярно-механическая (адгезионно-деформационная) теория трения.
...
Эта теория исходит из дискретности контакта трущихся поверхностей. Из-за шероховатостей соприкосновение поверхностей возникает в отдельных пятнах касания, образующихся от взаимного внедрения микро-неровносгей или их пластического смятия. Взаимодействие скользящих поверхностей в этих пятнах смласно теории имеет двойственную природу - деформационную и адгезионную. Деформационное взаимодействие обусловлено многократным деформированием микрообъемов поверхностного слоя внедрившимися неровностями. Сопротивление этому деформированию называют деформационной составляющей силы трения
...
186 Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
да из-за большого тепловыделения и сваривание. Разрушение поверхностей трения при схватывании (заедании) называют адгезионным изнашиванием. Это наиболее опасный и быстротечный вид изнашивания, который служит главной причиной отказа в работе многих узлов трения.
...
Молекулярно-механическая теория трения определяет два основных пути повышения износостойкости материала: 1) увеличение твердости трущейся поверхности; 2) снижение прочности адгезионной связи.
...
Повышение твердости направлено на то, чтобы затруднить пластическую деформацию и исключить микрорезание поверхностей трения, обеспечив по возможности упругое деформирование участков контакта.
...
Снижение прочности адгезионной связи необходимо для предупреждения схватывания металлических поверхностей. Наиболее эффективно эта цель достигается разделением поверхностей трения жидким, твердым (иногда газовым) смазочным материалом. При использовании жидкостной смазки, когда поверхности деталей разделены несущим гидродинамическим слоем, коэффициент трения минимален (0,005-0,01), а износ практически отсутствует.
...
Твердая смазка обеспечивает более высокий коэффициент трения (0,02-0,15). Она незаменима для узлов трения, способных работать в вакууме, при высоких температурах и других экстремальных условиях. Из твердых смазочных материалов наиболее широко применяют графит и дисульфид молибдена (Мо82), имеющих слоистое строение.
...
Использование смазочных материалов, однако, не гарантирует от схватывания. Твердые смазочные материалы постепенно изнашиваются. Условия жидкостной смазки нарушаются из-за неблагоприятных режимов работы механизмов. К ним относятся периоды приработки, а также пуска и остановок машин. В этих случаях возникает гра-
...
ничное трение, при котором поверхности разделяются лишь тонкой масляной пленкой. Контактные напряжения и нагрев способны разрушать эту пленку и вызывать схватывание. В этих условиях решающее значение приобретает обеспечение совместимости трущейся пары. Под совместимостью понимают свойство материалов предотвращать схватывание при работе без смазочного материала или в условиях нарушения сплошности масляного слоя. Совместимость достигается несколькими способами.
...
1. Использованием защитных свойств оксидных пленок. Защитные свойства оксидных пленок зависят от их состава, толщины, а также от свойств металлической подложки, увеличиваясь с ростом ее твердости. Если оксид тверд и прочен, а нижележащий металл мягок, то пленка легко разрушается, и схватывание развивается при малой нагрузке.
...
Примером этому служат алюминий, свинец (рис. 10.2) и большинство пластичных металлов, в том числе и титан. Аномально высокие коэффипиент трения и износ титана обусловлены не только разрушением пленки, но и ее способностью растворяться в металле. Если титан подвергнуть азотированию, то оксидная пленка формируется на твердой основе, которая препятствует ее
...
Тонкие прочные пленки, способные деформироваться вместе с металлом при большой нагрузке, образуют хром, сталь, а также медь, хотя допустимая нагрузка (./V < Л^кр) для нее и ее сплавов меньше, чем у первых двух металлов (см. рис. 10.2).
...
Стойкость к схватыванию закаленных сталей значительно выше, чем нормализованных и отожженных. По этой причине закаленные стали и стали, упрочненные химико-термической обработкой — основной материал для одной из сопряженных деталей пары трения. Стойкость к схватыванию таких сталей повышают сульфидированием и фосфа-тированием. После этих процессов формируется пленка, которая в начальный момент, легко разрушаясь, улучшает прирабатываемость и снижает коэффициент трения, а в тяжелых условиях трения способна изменяться, образовывать вторичные структуры сложного состава и повышенной износостойкости.
...
В условиях теплового схватывания защитные свойства оксидных пленок зависят от способности подложки сохранять высокую твердость при нагреве. В таких случаях следует применять теплостойкие материалы.
...
2. Подбором материалов пары трения. Схватывание особо опасно для контакта из двух твердых материалов. В случае разрушения защитных оксидных пленок оно приводит к значительному повреждению обеих поверхностей трения. При сочетании твердого и мягкого материалов схватывание проявляется в менее опасной форме.
...
Для сталей и чугунов в условиях трения скольжения лучшим материалом сопряженной детали служат те цветные металлы и сплавы, которые имеют в структуре мягкую или легкоплавкую составляющую, способную проявлять защитную реакцию и предупреждать повреждение сопряженной поверхности. При усилении трения такая структурная
...
составляющая допускает на отдельных участках контакта легкое пластическое течение либо размягчение, в результате чего снижаются местные давления и температура и тем самым исключается схватывание.
...
Сплавы с мягкой структурной составляющей применяют для червячных передач и подшипников скольжения. Для червячных передач характерны высокие скорости скольжения и неблагоприятные условия гидродинамической смазки. Для предупреждения схватывания червяк выполняют из стали с высокой твердостью поверхности (ЯДС 45-60), а червячное колесо-из оловяни-стой бронзы, имеющей в структуре мягкую составляющую.
...
Мягкой структурной составляющей в подшипниковых сплавах могут служить включения олова или свинца. Эти металлы схватываются со сталью, но адгезионные связи разрушаются по менее прочным цветным металлам, которые тонким (1-3 мкм) слоем «намазываются» на стальную поверхность, не повреждая ее. Тонкая пленка мягкого металла не только уменьшает силовое воздействие в местах контакта, но при тяжелых режимах трения из-за сильного размягчения может служить твердым смазочным материалом или плавиться и на некоторое время выполнять роль жидкого смазочного материала.
...
Благодаря таким свойствам олово, свинец, а также медь используют в качестве тонкослойных покрытий одной из поверхностей трения. Их создают и в сопряжениях сталь-сталь, сталь-чугун, добавляя в жидкий смазочный материал присадки в виде порошков этих металлов или их солей. При определенных условиях трения присадки формируют на стальной поверхности пленку мягкого металла, которая защищает сталь от износа.
...
Материалы, применяемые в машино- и приборостроении
...
низкой адгезией к металлам. Кроме того, под влиянием теплоты трения полимеры способны переходить в низкомолекулярное состояние и образовывать пленку с низким сопротивлением сдвигу. В силу этих особенностей полимеры имеют низкий коэффициент трения, слабо изменяющийся при применении смазочного материала.
...
Работоспособность многих узлов трения зависит от скорости развития поверхностного усталостного выкрашивания (питтинга).
...
Поверхностное выкрашивание характерно для материалов, используемых в узлах трения качения (зубчатые передачи, шарико- и роликоподшипники), которые подвержены высоким циклическим контактным нагрузкам. Эти нагрузки, действующие на малых участках поверхности, обусловливают процессы зарождения в приповерхностном слое усталостных трещин, их развитие в глубь слоя и отделение частиц с образованием ямок выкрашивания (рис. 10.3).
...
Сопротивление материала поверхностному выкрашиванию называют контактной выносливостью. Она характеризуется пределом контактной выносливости аЛ, который, как и при объемной усталости, определяется экспериментально (ГОСТ 25.501-78) по кривой усталости.1
...
1 Предел контактной выносливости поверхностного слоя зубьев колес, соответствующий базовому числу циклов напряжений, обозначают (ГОСТ 21354-75) оИЯтЛ
...
Повышение контактной выносливости, как и при объемной усталости, основано на увеличении сопротивления поверхностного слоя деталей развитию пластической деформации.
...
Места сопряжения деталей, находящиеся в очень малом относительном перемещении, подвержены особому виду изнашивания, называемому фрет-тинг-процессом или фреттинг-корро-зией. Этот вид изнашивания развивается на поверхности валов в местах насадки шестерен, подшипников качения, а также в шлицевых, шпоночных и шарнирных соединениях, в проушинах и на поверхности рессор. Повреждения поверхности имеют вид ямок и язв, которые, как и питтинг, опасны тем, что существенно снижают сопротивление усталости деталей.
...
Единой теории, объясняющей механизм этого вида изнашивания, нет. Согласно одной теории определяющим служит механическое взаимодействие контактирующих поверхностей. Предполагают, что оно вызывает разрушение оксидных пленок, частицы которых не удаляются за пределы контакта и действуют как абразив. По другой теории ведущим считают адгезионное взаимодействие в сочетании с коррозией. Вследствие адгезии частицы металла сначала отделяются от поверхности, затем окисляются кислородом среды и превращаются в абразив. Сторонники этой теории называют такой процесс фреттинг -коррозией.
...
Основные методы защиты от этого вида изнашивания-повышение твердости контактирующих поверхностей (цементацией, азотированием), применение смазочных материалов, лаков, пленочных покрытий из полимеров, затрудняющих металлический контакт поверхностей трения и доступ к нему кислорода.
...
В зависимости от механических и фрикционных свойств износостойкие материалы подразделяют на три группы: 1) материалы с высокой твер-
...
Рис. 10.3. Схема образования поверхностного выкрашивания (питгинга) на рабочей дорожке подшипника качения: А —
...

Азотирование и карбонитрирование
Оcновы сварки судовых конструкций
Материаловедение
Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
Металловедение для сварщиков (сварка сталей)
Машиностроение. Энциклопедия Оборудование для сварки

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Материаловедение