Методы упрочнения материалов

Естественным старением называется самопроизвольное повышение прочности и уменьшение пластичности закаленного сплава, происходящее в процессе его выдержки при нормальной температуре.

Нагрев сплава увеличивает подвижность  атомов, что ускоряет процесс. Повышение прочности в процессе выдержки при повышенных температурах называется искусственным старением. Предел прочности, предел текучести и твердость сплава с увеличением продолжительности старения возрастают, достигают максимума и затем снижаются (явление перестаривания)

При естественном старении перестаривания не происходит. С повышением температуры стадия перестаривания достигается раньше.

Если закаленный сплав, имеющий  структуру пересыщенного твердого раствора, подвергнуть пластической деформации, то также ускоряются процессы, протекающие при старении - это деформационное старение.

Старение охватывает все процессы, происходящие в пересыщенном твердом  растворе: процессы, подготавливающие выделение, и сами процессы выделения. Для практики большое значение имеет инкубационный период - время, в течение которого в закаленном сплаве совершаются подготовительные процессы, когда сохраняется высокая пластичность. Это позволяет проводить холодную деформацию после закалки.

Если при старении происходят только процессы выделения, то явление называется дисперсионным твердением.

После    старения    повышается    прочность    и    снижается  пластичность низкоуглеродистых сталей в результате дисперсных выделений  в феррите цементита третичного и нитридов. Старение является основным способом упрочнения алюминиевых и медных сплавов, а также многих жаропрочных сплавов.

1.6 Обработка стали холодом

 

Высокоуглеродистые и многие легированные стали имеют температуру конца  мартенситного превращения (М_к) ниже 0°С. Поэтому в структуре стали после закалки наблюдается значительное количество остаточного аустенита, который снижает твердость изделия, а также ухудшает магнитные характеристики. Для устранения аустенита остаточного проводят дополнительное охлаждение детали в области отрицательных температур, до температуры ниже т. М_к (- 80°С). Обычно для этого используют сухой лед.

Такая обработка называется обработкой стали холодом.

Обработку холодом необходимо проводить  сразу после закалки, чтобы не допустить стабилизации аустенита. Увеличение твердости после обработки  холодом обычно составляет 1.. .4 HRC. После обработки холодом сталь подвергают низкому отпуску, так как обработка холодом не снижает внутренних напряжений.

Обработке холодом подвергают детали шарикоподшипников, точных механизмов, измерительные инструменты[1].

 

2 Местная упрочняющая обработка деталей

 

Местной упрочняющей обработке  пластической деформации подвергаются детали различных форм, размеров и  назначений, изготовленные из различных  конструкционных материалов — сталей, чугунов, алюминиевых и титановых  сплавов и т. п. Особую группу составляют так называемые, «маложесткие детали» — панели, профили, дуги, которые требуют повышенного внимания в процессе упрочнения. Такие детали упрочняют на вибрационных, барабанных или дробеструйных установках с последующим доупрочнением отдельных, особо ответственных или неупрочненных участков средствами местного упрочнения. Силовые детали — цилиндры, балки, коленчатые валы, стойки, рычаги и т. п. — обычно упрочняются поверхностным наклепом как по всем поверхностям, так и по отдельным, заранее определенным участкам. Наиболее часто местному поверхностному упрочнению подвергаются зоны концентрации напряжений (отверстия, шлицы, резьбы, галтели, пазы); а также участки, недоступные при упрочнении в вибрационных, ударно-барабанных, дробеструйных и других подобных установках, а также места деталей, которые после упрочнения поверхности подвергаются последующей механической обработке, приводящей к частичной потере упрочненного слоя.

В настоящее время достаточно широкое  распространение получила классификация  поверхностей по группам сложности, подвергаемых местному поверхностному упрочнению:

• 1 группа — плоскости (сплошные, с вырезами, с выступами).
• 2 группа — отверстия (прямолинейные и криволинейные, цилиндрические, конусные и фасонные); отверстия круглого и произвольного сечения.
• 3 группа — сложные поверхности (поверхности двойной кривизны, несквозные глубокие отверстия, окантовки и ребра жесткости, резьбовые и шлицевые поверхности).
• 4 группа — сопряженные поверхности, пересечения плоских, сложных или цилиндрических поверхностей, пересечения плоской и цилиндрической поверхностей, фаски и скосы.

Как видно из приведенной классификации, поверхности подвергаемые упрочнению, достаточно разнообразны, и поэтому  в качестве параметра, определяющего  способ и технологию поверхностного упрочнения, принято принимать именно форму изделия и тип упрочняемой поверхности. Еще одним фактором, влияющим на выбор способа упрочняющей обработки, являются требования по шероховатости обработанной поверхности. В зависимости от способа упрочнения шероховатость после упрочнения может или уменьшаться (например, раскатка отверстий), или увеличиваться (например, дробеструйная обработка).

2.1 Классификация способов поверхностного  упрочнения

 

Способы поверхностного упрочнения могут  быть классифицированы по ряду признаков:

• по скорости деформирования (статические, динамические и комбинированные); по виду трения в контакте инструмента с деталью (контактное вдавливание, трение скольжения, трение качения, трение качения с проскальзыванием);
• по условиям трения в контакте с обрабатываемой поверхностью (сухое и со смазкой); по форме деформирующих тел (шарики, ролики, тела произвольной формы);
• по связи деформирующих тел с источниками энергии и движения (с жесткой связью, с упругой связью, с эластичной связью, с отсутствием связи); по способу передачи энергии деформируемым телам (механический, пневматический, гидравлический, электромагнитный, взрывной, комбинированный).

Предложенная классификация способов местного поверхностного упрочнения соответствует требованиям ГОСТ 18296–92 и практически полностью охватывает все способы поверхностного упрочнения деталей.

2.2 Выбор метода поверхностного  упрочнения деталей

 

Целесообразность выбора того или  иного способа поверхностного упрочнения зависит от ряда факторов формы и геометрических размеров обрабатываемых поверхностей, наличия на предприятии того или иного типа оборудования. Интересные результаты дал метод экспертных оценок (метод анкетирования), результаты которого приведены в работах Б.П. Рыковского и др. На основании анкетирования и применения метода экспертных оценок авторами была предложена схема приоритетности применения того или иного метода для обработки деталей различных групп сложности. Всего ими было проанализировано до 30 % от всех типов деталей, подвергающихся поверхностному упрочнению в отечественной промышленности. Предлагаемые методы расположены по порядку, по степени снижения приоритетности для каждой из групп деталей :

• 1 группа — плоскости — обработка дробью (дробеструйная обработка и пневмодинамическая обработка), накатывание, выглаживание, центробежная обработка, обработка механическими щетками;
• 2 группа — отверстия — раскатывание, дорнование, выглаживание, чеканка, обработка дробью, центробежная обработка;
• 3 группа — сложные поверхности — обработка дробью, накатывание, выглаживание, обработка механическими щетками, чеканка;
• 4 группа — обработка дробью, накатывание, выглаживание, обработка механическими щетками, чеканка.

Интенсивность поверхностной упрочняющей  обработки контролируют по изменению физико-механических свойств и состояния поверхностных слоев образцов-свидетелей, изготовленных из тех же материалов, что и обрабатываемый материал. Форма и размеры таких образцов могут быть различны и зависят, в основном, от метода поверхностного упрочнения. Так например, для самого распространенного метода поверхностного упрочнения — обработки дробью используются плоские пластины, а в качестве параметра, определяющего интенсивность поверхностного упрочнения, принимается величина прогиба обработанной с одной стороны пластины.

Выбор метода упрочнения поверхности  деталей также зависит от технологической  схемы обработки. При этом необходимо проанализировать данные о химическом составе и физико-механических свойствах  обрабатываемого материала, требования по точности и шероховатости, предъявляемые к детали, наличия и вида покрытия, необходимой степени поверхностного упрочнения.

Поверхностное упрочнение выполняется  в качестве заключительной операции на деталях, прошедших механическую и термическую обработку[3].

 

Заключение

В данном реферате мной были рассмотрены  различные методы упрочнения материалов и деталей и сделаны следующие выводы:

• Упрочнение в технологии металлов – это повышение сопротивляемости материала заготовки или изделия разрушению или остаточной деформации.
• Упрочнение материала заготовок и изделий достигается механическими, термическими, химическими и др. воздействиями, а также комбинированными способами (химико-термическими, термомеханическими и др.).
• Наиболее распространённый вид упрочняющей обработки – поверхностное пластическое деформирование (ППД) – простой и эффективный способ повышения несущей способности и долговечности деталей машин и частей сооружений, в особенности работающих в условиях знакопеременных нагрузок (оси, валы, зубчатые колёса, подшипники, поршни, цилиндры, сварные конструкции, инструменты и т.п.).
• ППД, кроме упрочнения, значительно уменьшает шероховатость поверхности, повышает износостойкость деталей, улучшает их внешний вид (упрочняюще-отделочная обработка). 
• Упрочняющая обработка может быть поверхностной (например, пластическое деформирование с возникновением поверхностного наклёпа), объёмной (например, изотермическая закалка) и комбинированной (например, термическая обработка с последующим ППД). Объёмная и поверхностная упрочняющая обработки могут вестись последовательно несколькими методами.

 

Литература:

1. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.М.Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под ред. А.М.Дальского. – 5-е изд., исправленное. – М.: Машиностроение, 2004. - с.295-441

2.  Схиртладзе А.Г. Технологические процессы в машиностроении: учебник . – 2-е издание, перераб. и доп. – Старый Оскол: ТНТ, 2008. – с. 289-298

3 http://www.osipyun.ru

4 http://www.mashin.ru/jurnal/aboute.php?id=15