автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств поверхностных слоев закаленных и отпущенных стальных деталей в условиях обработки резанием

Министерство высшего н среднего специального образования РСФСР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

АЛЬФОНСО БРИНДИС ЭЛЕНО

УДК 020.192.42

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗАКАЛЕННЫХ И ОТПУЩЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ

Специальность: 05.02.01 — Материаловедение в машиностроении

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/ :

Москва — 1990

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте химического машиностроения.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ГОРД ИЕН КО Л. К.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент ФИЛЬКИН в. м.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор АЛЕХИН В. П.; кандидат технических наук, доцент АСЦАТУРОВ А. С.

Ведущее предприятие: Институт машиноведения АН СССР (г. Москва).

Защита состоится « 29 » марта* 1990 г. в час. 00 мин. на заседании специализированного совета К063.44.02 при Московском ордена Трудового Красного Знамени институте химического машиностроения по адресу: 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул. К. Маркса, 21/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «М» мир~&- 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

доцент А. Г. ПАРШИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

"-Актуальность темы. Успешное) выполнение задач, поставленных енадцатым и третьим пятилетними планами народного хозяйства СР и Кубы, соответственно, перед машиностроительной прошшлен-стыо, неразрывно связано с повышением надежности и долговечно-и ыапин. Одним мз путей решения данной задачи является обеспе-нив требуемых показателей качества поверхностного слоя изделий адаииой величины шероховатости, уровня, знака и глубины зале-ния остаточных напряжений), от чего в существенной степени за-зят износостойкость, усталостная прочность, коррозионная стой-зть и другие эксплуатационные свойства.

Проблеме изучения качества поверхности и его влияния на яа-кность и долговечность деталей машин посвящены фундаменталь-? работы И.В.Крагельского, А.А.Каталина, А.В.Подзея, М.М.Хру-за, Б.И.Костецкого, Ы.В.Касъяна, С.С.Силина, В.Ф.Безъязычного других.

Несмотря на эти достижения, указанная проблема требует дальнего решения целого ряда вопросов. В частности, остро стоит [рос исследования качества поверхности при чистовом точении .лай повышенной твердости, широко используемых при изготовле-ответственных деталей типа тел вращения. Решение этих пром невозможно без фундаментальных кагериаловедческих исследо-ий состояния поверхностных слоев обрабатываемых деталей (осо-ностей микроструктуры и дислокационной структуры, напряхенно-состояния и т.п.). Таким образом, проблемы обработки могу"* ь эффективно решены лишь на базе современного материаловедоВ проводимых литературных источниках, в основном данные ка-гся отдельных вопросов формирования этой поверхности путен ^ования стальных деталей взятих в закаленном и отпущенной сошли, или их точения, но в состоянии поставки.

Предложенный в работе метод обработки для обеспечения вцсо-яественных поверхностных слоев исключает их размягчение вслод-1в выделяемой теплоты, образование ожогов, а также коробление ;исленив обрабатыыемых деталей.

Все это ' определяет актуальность данного исследования, ко-|'е является проблемой не только обработки, но и материаловед-ой.

Цель работы. Настоящая работа была поставлена с целью изучения особенностей формирования структуры и показателей качества поверхностного слоя и его влияния на износостойкость среднеугле-родистых и легированных стальных деталей типа тел вращения в закаленном и отпущенном состоянии, после их чистового точения твердосплавным инструментом.

Научная новизна состоит в следующем:

- комплексно изучены наклеп, остаточные напряжения и плотность заторможенных дислокаций в поверхностном слое, сформированном непосредственно лезвийным инструментом при точении после закалки и отпуска сталей и их воздействие на износостойкость обработанных деталей;

- предложена новая методика обеспечения повышенной износостойкости трущихся деталей исходя из оптимального уровня микротвердости в поверхностных слоях и требуемой структуры для каждых конкретных условий эксплуатации трущейся пары;

- доказывается экономичность получения требуемых параметров качества поверхностного слоя чистовым точением деталей повышенной твердости;

~ впервые .установлены комплексные зависимости износостойкости обработанных деталей, от исходной структуры, показателей качества поверхностного слоя и применяемых режимов в процессе обработки;

- выявлена специфика упрочнения поверхностного слоя по глубине слоя при обработке деталей и его влияние на износостойкость с установлением взаимосвязей между зависимостями "микротвердость-глубина наклепанного слоя" и "остаточные напряжения-глубина наклепанного слоя"; на базе этого определена интегральная зависимость износостойкости от всего комплекса структурных факторов, характеризующих структурное состояние стали, степень наклепа и плотность дислокаций;

- разработаны математические ыоделй, позволяющие в одной системе связать зависимости исследуемых показателей качества поверхностного слоя, долговечности и процесса резания от применяемых режимов обработки;

- установлено значительное преимущество поверхностного слоя,

сформированного при чистовом точении по заданный благоприятным реиимам, над слоем, образованным шлифованием стальных деталей повышенной твердости; это обстоятельство очень четко отражается на эксплуатационных свойствах, так как поверхностные слои обточенных деталей обладают значительно болез высокой износостойкостью, чем шлифованные, при трении качением и скольжениом;

- составлена программа для ЭВМ, позволяющая определить оптимальные режимы резания для обеспечения, требуемых значений основных показателей качества поверхностного слоя и повышенной износостойкости обработанных деталей.

Научная и практическая значимость. Предложенная методика обеспечения повышенной износостойкости трущихся деталей в процессе ремонта или при эксплуатации новой конструкции позволит учитывать все конкретные условия работы труцихся пар, которых нет в аналитических выражениях, применяемых при расчетах показателей износостойкости.

Значительно дополнены представления о сравнительно мало изученном явлении формирования структуры и свойств, поверхностного слоя стальных деталей повышенной твердости непосредственно лезвийным инструментом после термической обработки и его влияния на эксплуатационные свойства; выявлена специфика упрочнения поверхностного слоя по глубине.

Полученные результаты вашга для понимания обдас закономерно- , стей упрочнения и разупрочнения поверхностных слоев стальных деталей повышенной твердости при обработке резанием.

На основе полученных экспериментальных результатов разработаны и внедрены з кубинскую промышленность рекомендации по обеспечению требуемых показателей качества поверхностного слоя при обработке и восстановлении деталей повышенной твердости типа тел вращения. Внедренные рекомендации охватывают также детали с металлическими покрытиями и подвергнутые цементации.

Замена операции шлифования деталей повышенной твердости чи'о-еобьш точением позволяет существенно повысить износостойкость обработанных деталей с одновременным сиинением себестоимости обра-5отки в 1,5...2,4 раза. Только на одном предприятии получен эко-шшческий эффект от внедрения'10 тыс. песо (9 тыс. рублей) в

год на каждое рабочее место. На другом предприятии, предложенные рекомендации позволили начать новый вид производства, которым они не смогли раньше заняться из-за нехватки шлифовальных станков и другого технологического оборудования, обеспечивающего необходимое качество продукции.

Апробация работы. Результаты диссертационной работк-докладывались на Научно-студенческой конференции Педагогического института им.Хуана Маринельо (Матинсас, Куба) в мае 1989 х.

Публикации. По ыатериалам диссертации опубликованы дне работы и принят к печати еще две.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (81 наименование) л приложения, содеряит 199 страниц, в том число Ц4- страниц основного текста и 17 таблиц, 28 рисунков и приложения.

На защиту выносится:

1. Комплексные зависимости исследуемых эксплуатационных показателей от исходной структуры и режимов обработки.

2. Новая методика обеспечения повышенной износостойкости трущихся деталей типа тел вращения.

3. Выявленные особенности упрочнения поверхностного слоя при точении по глубине и его влияние на' износостойкость обработанных деталей.

Программа для ЭВМ, позволяющая определить оптимальные ре-Еииы резания для обеспечения требуемых значений основных показателей качества поверхностного слоя и повышенной износостойкости обработанных деталей.

. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность поставленной работы и формулируется ее цель.

Первая глава посвящена изложению современного состояния рас-сиатриваомой дроблены, В данной аспекте дана характеристика поверхностного слоя и его составных, частей; в терцинах теории дислокаций анализируется упрочнение этого слоя как результат конкурирующих процессов упрочнения и разупрочнения. В этой связл рассмотрено вяиюгое наклепа и остаточных напряжений к? ячечлуате .'.'ионные свойства изделий ,

Проанализирована роль термической обработке на формирование оверхностного слоя и обрабатываемость сталей резанием. Особое нимание уделено управлению процессом формирования поверхностных тоев закаленных и отпущенных стальных деталей в условиях чистого точения.

На основе анализа литературных данных сформулированы науч-1е задачи, решение которых обусловливает достижение поставлен->й выше цели исследований:

- обнаружить связи между формированием структуры и покаэа-1леЙ качества поверхностных слоев, режимами резания и применяе->й охлаждающей средой при чистовом точении закаленных и отпу-нных деталей твердосплавным инструментом;

- установить влияние исходной структуры, режимов обработки показателей качества поверхностных слоев на износостойкость альных деталей повышенной твердости при трении качением и тре-и скольжением;

- выявить специфику упрочнения поверхностного слоя по глу-Н8 при обработке деталей и его влияние на износостойкость с ус-иавлением взаимосвязей между зависимостями "ыикротвердость-убина наклепанного слоя11 и "остаточные напряжения-глубина иа-зпанного слоя"; на базе этого определена интегральная зависнуть износостойкости от всего комплекса структурных факторов, >актеризующих структурное состояние стали, степень наклепа и юность дислокаций;

- получить математические модели зависимостей исследуемых :азателей качества поверхностного слоя, износостойкости и проса резания от применяемых режимов обработки;

- составить программу для ЭВМ, позволяющая установить опти-ъные режимы резания с учетом основных показателей качества по-хностного слоя и износостойкости стальних закаленных и отпу-" ных деталей, обработанных чиотовш точением твердосплавным цом;

- внедрить в производство полученные результаты и рекомепда-

Вторая глава посвящена разработке методики проведения экспе-знтальных исследований к ее теоретическому обоснованию.

- б -

В соответствии с поставленной целью настоящей работы, была разработана общая методика исследований, заключающаяся в следующем:

I. Выбор и обоснование исследуемых материалов и проведение их термической обработки, с целью изготовления образцов для различных испытаний.

В качестве исследуемых материалов выбраны среднеуг;..еродис-тая конструкционная сталь парки 45 и низколегированные конструкционные стали марок 40Х и 40ХК2М. Это основано на том, что данные марки стали являются самыми распространенными в кубинской промышленности для изготовления ответственных деталей типа тел вращения. Из каждого используемого прутка отрезался кусск для химического анализа (табл. I). Средняя твердость по Бринеллю этих марок сталей в состоянии поставки следующая: стали 45 - НВ = 183; стали 40Х - НВ = 202 и стали 40ХН21ЛА. - НВ =214.

Таблица I

Результаты химического анализа исследуемых сталей

-..... ........— ~Т----- Марка сталл;Химический состав. с»

I С ! Мп ! 51 ! Р ! 5- • 1 Сг ! N1. ! Мс

45 0,48 0,70 0,24 0,019 0,012 0,17 0,12 0,025

40Х 0,45 0,98 0,24 0,023 0,015 1,14 0,10 0,025

40ХН2МА 0,36 0,98 0,20 0,017 0,010 1,00 1,10 0,125

По размерам и геометрической форме все образцы были разбиты на 2 большие группы: в первую группу входили образцы для проведения испытания по резанию металлов в виде гладкого вала диаметром 100 мы и длиной 500 мм; во вторую группу входили образцы для катериаловедческих исследований в виде колец (р - 52 мм, с!= к 24 мм и & = 16 мм).

Образцы нагревались в электропечи сопротивления типа СНЗ--6Д2.4/ШШ:ТВ2.

Термообработка образцов заключалась в следующие операции: нормализация, полная закалка и отпуск (каждая группа стали по маркам и назначению была разделена на две подгруппы -.одна под-вергнулась высокому отпуску, а вторая низкому отпуску). В таблице 2 приведены данные по твердости после термообработки.

Таблица 2

Материал ¡'Твердость по Роквелл.у, НЭД

образцов !Закалка+высокий отпуск!3акалка+низкий отпуск

1-я группа образцов по назначению

Сталь 45 ! 32 ! 54

Сталь 40Х ! 30 ! 52

Сталь 40ХН2МА ! 27 ! 48

2-я группа образцов по назначению

Сталь 45 ! 33 ! 58

Сталь 40Х ! 36 ! 53

Сталь 40ХН2МА ! 27 ! 49

2. Описание и обоснование всех средств, применяемых в экспериментальных исследованиях.

В основном применялись универсальные оборудование, установки и инструменты. При этом введены заметные изменения в геометрии применяемого твердосплавного резца из твердого сплава К10 (ВКбМ), с целью повышения пластической деформации в зоне резания и тем самым обеспечить получение высококачественных поверхностных слоев в обработанных деталях. К названный изменениям откосятся передний угол резца- - 10° и угол наклона главной рекущей кройки /I = 10°. Вместе с тем и целью преобладания силового фактора над тепловым во время обработки применился новый охлаждающий водяной раствор (0,5 %К2с<~2-°7 в воде).

3. Математическое планирование эксперимента.

Для определения количества экспериментов (уп ), пр.» кандом опыте, применялся полный факторный план: т = р® , где р -уровни, употребляемые кандой переменной величиной (два уровня); & - независимые переменные величины в каждом опыте.

Составлены экспериментальные матрицы для каидой исследуемой величины,

4. Проведение опытов по резанию металлов с цельк, доказательства эффективности сочетания применяемого охлаждамего водяного раствора, выбранной геометрии твердосплавного резца и определяемых оптимальных режимов резания на формировании высококачественного поверхностного слоя в закаленных и отпущенных сталышх деталях при их чистовом точении. Ппи этом применялись следуювдае

уровни независимых переменных:

HRC сталей

Уровень у (и/с) s{мм/об) t (мм) 45 Ш 40ХН2МА + 1,3353 0,10 0,30 54 52 48

0,6667 0,05 0,15 32 30 2?

где V - скорость резакин; 5- подача; t-- глубина резания.

По полученным в работе результатам и с помощью математического планирования эксперимента окончательно были выбраны и изготовлены кольцевые образцы для проведения материаловедческих исследований, являющихся главными для выполнения цели данной работы.

Шлифованные обрасцы для целей сравнения были обработаны по следующим режимам резания при охлаждении обычной СОЖ: vMp =30 i/c; V^cr а 0,4 м/с; S » 25,2 т/о6 и Ь = 0,02 мм; где Wp-, скорость резания шлифовального круга; Уцрг~ скорость вращения детали.

5. Измерение микротвердости и металлографическое исследование обрабатываемых материалов.

На изготовленных несравненных шлифах измерялась микротвердость поверхностных слоев согласно общей применяемой методике на приборе ПМТ-З. С целью увеличения достоверности результатов измерений на какдом образце были созданы поля измерений состоящие из нескольких рядов отпечатков.

Для химического травленая исследуемых сталей применялся в качестве травящего реактива 3 %-ный спиртовый раствор азотной кислоты - при травлении нормализованных образцов и образцов в .состоянии поставки и 3 $-ный спиртовой раствор азотной и пикриновой кислоты - при травлении закаленных и отпущенных образцов.

Целью металлографического исследования было установление характера микроструктуры после различных режимов термообработки, а такке микроструктур, шткротвердости и глубины наклепанного слоя в исследуешх сталях после чистового точения твердосплавным розцом и после шлифования (сравнительный эксперимент).

6. Определение остаточных'напряжений в поверхностных слоях деталей с помощью ренггекоструктурного анализа (рентгенсзской ;;ц$рак?оиетрш1) ча дифраяяомегре ДРОН-З и. определение плотности

дислокаций 'по полученным величинам остаточных напряжений.

Источником рентгеновского излучения служила молибденовая трубка ( Дкц? 0,071069 им), применялся поглотитель из циркония.

Исследование остаточных напряжений этим методом основано на измерении микродеформации кристаллической решетки материала, вызванных их воздействием.

Составляющая напряжений в направлении в поверхностных ' слоях образцов была определена по двум дафрактограммам и последовательному электролитическому удалению слоев до полной глубины' наклепа. Для удаления слоев применялся хромо-уксусный электролит, состоящий из 20 % хромовой кислоты, 70 % уксусной кислоты и 10 % воды, плотность тока: 120 А/дм2; температура: 20 °С. При этом не было необходимости определять мешгпоскостное расстояние для плоскостей, параллельных поверхности образца в ненапряженном состоянии (до наклепа).

7. Определение износостойкости обработанных деталей при трении качением и трении скольжением.

Степень износа образцов определялась взвешиванием на аналитических весах.

Перед испытанием на износ все образцы были взвешены, а до этого тщательно очищались четырехлористым углеродом.

При трении .качения образцы изнашивались всухую в паре со стальным азотированным кольцом при нагрузке 5 кН и окружной скорости V =1,31 м/с в течение Ю часов.

При трении скольжением образцы изнашивались в паре с неподвижным бронзовым кольцом по схеме вал-вкладьш при непрерывной сыазке. Нагрузка составила 5 кН при 2,09 м/с в течение 50 часов. По окончании каждой эксперимента на образцах определялась микротвердость поверхностного слоя.

Третья глава посвящена результатам экспериментальных исследований их анализу и статистической обработке.

По полученным результатам при экспериментальном исследовании разработанны следующие виды математических моделей:.

Т = Ст\у"тЬХтеУтНР!СХт , мин; (I)

Е-СЕЧ^^ез^тС** , ыВ; (2)

Р* - Ср% &Ур* НЛСХР* , Н; (3)

+-С5 . СО

• 56 (5)

И + + 1Ь , шеи; (б)

+(*5+чНЙС , ипа; (7)

б^Сс^"^*^« , мг; (8)

где Т - период стойкости резца; Ё - термо ЭДС;Рх. - сила резания;}^- микротвердостъ поверхностного слоя; N - степень на-

клепа; Ь - глубина наклепанного слоя; <3^ - остаточные нарряже-ния; - износ трущейся детали по потере веса; гз , х | у , г - показатели степени; А, В, ... и - константы в соответствующих уравнениях.

Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований и анализ полученных 48 математических моделей производились на персональном компьютере РС.1.ТЕ¿./24 (панамо-аиерикан-ского производства) с помощью статистического пакета программ М1СШ>ГАТ (американского производства), записанного на языке Ар1е-Ва5|'с. В приложении диссертации подведены итоги статистической обработки и анализа кахдой из разработанных моделей.

Экспериментально установлено, что в исследуемых диапазонах существенное влияние на микротвердостъ поверхностного слоя и степень наклепа оказывают структура обрабатываемых материалов, скорость резания и подача; влияние нее глубины резания незначительно.

Максимальные абсолютные значения сжимающих остаточных напряжений после чистового точения (для стали 45 -524 МПа; для стали 40Х -710 МПа и для стали 40ХН2МА = -631 МПа) выше чем абсолютные значения растягивающих остаточных напряжений после шлифования («з^«* = 457 - для'стали 45;

.=> 383 МПа - для стали 40Х и 304 МПа - для стали

40ХН2МА)« '

Определение плотности дислокаций показало, что она сильно зависит от характера-микроструктуры обрабатываемого материала и от применяемых режимов обработки. В отпущенном мартенсите наблюдается повышенная плотность заторможенных дислокаций вследствие сильного искажения его кристаллической решетки и измельчения блочной структуры за счет фазового наклепа при термообработке,

силивающихся и при чистовом точении, причем сплетения дислока-ий служат барьером для подвижных дислокаций, повышая микро-вердость и уровень остаточных напряжений в поверхностных слоях брабатываемых деталей.

Шлифованные образцы, имеющие менее шероховатые поверхности о сравнению с обточенными образцам!, обладают пониженной изно-остойкостью (таблица 3). Это объясняется малой величиной накле-а в поверхностных слоях шлифованных образцов и, как было пока-ано на повышение износостойкости деталей увеличение физико-меха-ических свойств сказывается сильнее, чем уменьшение шероховатое-и поверхности.

Четвертая глава посвящена выявлению особенностей упрочения оверхностиого слоя при обработке деталей и его влияние на износостойкость.

Таблица 3

[сходная ¡Среднее понижение износостойкости шлифованных об-труктура ;разцов по сравнению с обточенными образцами_

бразца 1 Сталь 45_¡Сталь 40Х__1 Сталь 40ХН2МА

!при тре-!при уреНфи тро-!ири тре-шри тре+при тре-!нии на- !нии !нии ка- !нии 1нии ка-!нии !чениеы !сколь-!чением !скольжс-!чением '.скольже-_ ! - . ! «они ем!- !нием ! !нием .

тпуцеяиый артенсит 34,*7 21,0 38,6 30,3 45,6 34,7

тпутенный орбит 52,0 30,4 40,1 37,5 49,5 35,3

Принято объяснять возникновение остаточных напряжений з по-ерхностных слоях деталей, обрабатываемых резанием на базе из-естной схемы возникновения остаточных термических напряжений ри закалке стали токами высокой частоты, предложенной И.А.Один-ом. При проведении данного исследования воспользовались таким е принципом для совместного рассмотрения и установления возможное сбязсй между зависимостями'"микротвердость ( Н^ )-глубина аклепа (Л )" и "остаточные напряжения ()-глубина наклепа (Ь)" ыди созданы такие условия, при которых обработка производилась ри температурах выше комнатной, но ншхе температуры рекристали-ации по всей глубине поверхностного слоя. При этой процесс уп-очрния эа счет пластической деформации преобладает над процес-

сои разупрочнения вследствие теплового эффекта. Поэтому закономерности изменения имеют вид, показанный на рис. 1а, б.

При шлифовании не образцов проявляются совсем" другие механизмы упрочнения - разупрочнения их поверхностных слоев (рис.Хв), поскольку главную роль здесь играет не наклеп, а тепловой фактор (по данным многих авторов, температура з зоне резания при шлифовании достигает 800-1200 °С). Это приводит к процессу разупрочнения поверхностных слоев, образованию зонн ожогов и структурным изменениям, значительно меняющим физико-механические и эксплуатационные свойства обработанных поверхностей. Обнаружено также неоднородное изменение твердости деталей по глубине: в некоторых случаях шкротвердость поверхностных слоев оказывается ниже микротвердости основного металла (кривая I, рис. 1в), а также были олучаи, когда под наружным слоем повышенной микротвердости'располагался слой высояоотпущенного металла, а нике этого слоя микротвердость постепенно поднималась до значений, близких к ис-

и остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя деталей: а) обточенные со структурой отпущенный мартенсит: о)обточенные со структурой отпущенный сорбит; в) шлифованные. Горизонтальные пунктирные указывают твердость основного металла

ходной (кривая П, рксЛв). Такое явление может быть объяснено тем, что тепло, выделяющееся в зоне шлифования, не успевает отводиться СОЖ и в нижележащие слои детали, а концентрируется в тонком поверхностном слое и разогревает ого до температур, превосходящих критические температуры структурных превращений. Во всех случаях снижение микротвердооти и даже ее повышение.сопро-вокдается появлением растягивающих остаточных напряжений, которые либо не меняют свой знак, либо изменяют его на значительной глубине.

Графики на рис. 2 показывают, что между износостойкостью при трении скольжением обточенных деталей, плотностью затормокон-ных дислокаций в поверхностных слоях имеется определенная зависите

1.ЙГ .

кСталь 4-5 о- Сталь 4ОХ л-Сталь 40ХН2МА

lux- Структура отпущенный сороит шчш--Структура отпущенный rí й pTQM CWT

S>.iQ'

л см"

Рис. 2. Зависимость износа при трении скольяониеы стальных • деталей в закаленном и отпущенном состоянии от их исходной структуры, плотности дислокаций в,поверхностных слоях и режимов обработки (1-16)

ыость, обусловленная их исходной структурой и применяемыми режимами обработки. Пунктирная кривая показывает общим характер зависимости износостойкости в функции всего комплекса структурных факторов (структурное состояние стали и плотность дислокаций).

В процессе износа при трении во всех испытанных образцах наблюдается возрастание микротвердости на поверхности. При этом микротвердость стремится достигнуть определенного значения, которое зависит, в основном от марки стали и условий проведения испытаний на износостойкость. О существовании оптимальной мккротвер-дости приведены сведения в других работах. Нужно, чтобы в процессе механической обработки деталей в их поверхностных слоях создавалась близкая к оптимальной величина микротвердости (для данных условии трения), тогде. износ оказывается наименьшим, а г..ш:ротвер-дость трущихся деталей в процессе износа изменяется незначительно

В настоящем исследовании показано, что для достижения, данной -- цели при чистовом точении стальных деталей в закаленном и отпущенном состоянии необходимо учитывать: структуру, полученную в результате термообработки; характер трущихся поверхностей (при трении качением или скольжением) и наличие смазочного материала. Такой учет позволяет затем управлять процессы резания (выбрать оптимальные режимы резания). Если значение исходной микротвердости поверхностного слоя детали далеко от оптимального, то износ происходит очень интенсивно и продолжался бы до тех пор, пока наклеп названного слоя не привел бы к повышению его т.шкротвердости до оптимального значения, но до этого либо деталь выходит из строя из-за недопустимо большого износа, либо степень пластической деформации поверхностного слоя превышает допустимое значение для данных условий (перенаклеп), что ускоряет процесс изнашивания. Это обстоятельство более четко проявляется в случае шлифовальных образцов, имеющих попиленную ишротвердость по сравнению с обточенными образцами, что и является причиной их пониженной износостойкости, несмотря на то, что они менее шероховаты.

Пятая глава посвящена обсундению возможных направлений практической реализации полученных результатов и описанию результатов внедрения. В итоге проведенных исследований'выделены две основных области применения предложенного процесса формирования высококачественного поверхйостного слоя стальных деталей повышенной твердости: I) обработка заналеншос и отпущенных деталей типа

(Начало )

Данные для расчета ог-

/Ш

и!

раничении на подачу

I-г

/Даиныо 7 / термо ЭДС/

7

|Расчет | / ¿гскоррокт./

да

[ .Уопт—-5е

/ ¿1

Данные дня расчета vг

| Расчет Уе |

/Данные для расчета /од

'ограничений на VE

;чет ограничений по

( У<?лт —У1г 1

"Бопт- ^Зо^Т

(конец )

з. 3. Блок-схема-алгоритма программы

тел вращения по 7-му нвалитету точности при обеспечении шероховатости поверхности по = = 1,25-2,5 мкм; 2) восстановление изношенных деталей типа тел вращения повышенной твердости, при предварительной и окончательной обработках.

Эти подходы реализованы в промышленных условиях при обработке и восстановлении деталей типа тел вращения: валов,осей и пальцев,среди последних -цементованные и с металлическими покрытиями.

На основании полученных результатов при проведении комплексных исследований,рекомендована методика для обеспечения повышенной износостойкости трущихся деталей,управляя их процессом обработки. Помимо предложенной методики вподрены рекомендации по режимам обработки и программу для расчета оптимальных режимов оезапя (см. рис. 3).

Только на одном предприятии при Гаванском Центре Металлургических Исследований днетодно получается экономический эффект 10 тыс,песо (9 тыс.руб.) на каждое рабочее место от внедрения результатов настоящего исследования; а в механическом цехе им. 13 марта (г.Матансас) предложенные рекомендации позволили начать новый вид производства, с который они не смогли рань-

ше заняться из-за нехватки шлифовальных станков и другого технологического оборудования, обеспечивающего процесс шлифования.

ВЫВОДЫ

1. Структура, обрабатываемых в закаленном и отпущенном состоянии сталей и применяемые при обработке режимы резания оказывают существенное влияние на процесс формирования наклепа и остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей.

2. Скимакэде остаточные напряжения, сформированные в поверхностных- слоях стальных деталей повышенной твердости при чистовом точении, положительно влияют на износостойкость обработанных деталей при их эксплуатации.

3. Установлены комплексные взаимосвязи между структурой обработанных деталей, показателями качества их поверхностных слоев, их износостойкостью и применяемыми режимами обработки.

4. Выявлены и изучены особенности упрочнения поверхностного слоя и его влияние на износостойкость обработанных деталей.

5. Создание уровня цикротвердости в пределах оптимальных значений в результате чистового точения стальных деталей в закаленном и отпущенном состоянии повышает износостойкость обработанных деталей при их эксплуатации.

6. Предложена новая методика обеспечения повышенной износостойкости трущихся деталей за счет управления технологическим процессом обработки.

7. Предложено чистовое точение как технологическая операция, позволяющая экономично получить высококачественный поверхностный сдой в стальных изделиях повышенной твердости. При этом исключается из технологического процесса операция шлифования и другие виды поверхностного упрочнения.

8. Рекомендован водяной охлаждающий раствор (0,5 % КгСг^су в воде) ддя обеспечения процесса упрочнения (наклепа) за счет преобладания силового фактора над тепловым в зоне резания при чистовом точении стальных деталей повышенной твердости.

9. Чистовое точение стальных деталей в закаленном и-отпущенном состоянии обеспечивает более высокие и стабильные по сравнению со шлифованием показатели качества поверхностного слоя обработанных деталей и тем самым повышает их износостойкость при эксплуатации. Этот факт подтверждает, что обеспечение необходимых физико-механических свойств поверхностных слоев обработанных деталей имеет первостепенное значение.

10. Внедрены в промышленность рекомендации по обработке различных деталей повышенной твердости, несущие юльшой экономической эффект для Народного хозяйства Субы.

11. Составлена программа для ЭВМ, позволяющая опре-.елпть оптимальные режимы резания с учетом основных оказателен качества поверхностного слоя и износостойкости Сработанных деталей.

По теме диссертации опублнковапы следующие работы:

1. Gordienko L. К., Alfonso Е.( Aguila J. R. Peculiaridades el torneado de acabado del acero templado //Construcción e Maguinaria. 1988. № 3. P. 25—33.

2. Gordienko L. K-, Alfonso E. Determinación experimental el coeficiente de contracción de la viruta //Construcción e Maguinaria. 1989. № 4. P. 4—7.

Подп. к печати 28.02.90 г. Объем 1 п. л. Тир. 100. Зак. 2532.

Типография МИХМ. Ул. К. Маркса, 21/4