- •Технологические методы повышения надёжности деталей машин
- •Общие положения
- •1.1. Пути повышения качества деталей машин
- •1.2. Качество. Надёжность. Основные понятия.
- •2. Виды разрушений деталей машин
- •2.1. Причины разрушений.
- •2.2. Износ
- •2.3. Коррозионное разрушение
- •2.4. Эрозионное разрушение.
- •2.5. Усталостные разрушения.
- •2.6. Пластические деформации и разрушения. Ползучесть. Старение
- •2.7. Классификация деталей машин по признакам надёжности и долговечности
- •3. Показатели качества поверхностного слоя деталей машин
- •3.1. Общие положения
- •3.2. Шероховатость и её влияние на эксплуатационные характеристики деталей машин
- •3.3. Параметры физико-химического состояния поверхностного слоя и их влияние на эксплуатационные характеристики деталей машин
- •3.4. Остаточные напряжения (о.Н.) и их влияние на эксплуатационные характеристики деталей машин
- •4. Технологические методы повышения надёжности деталей машин
- •4.1. Классификация технологических методов повышения
- •Надёжности деталей машин
- •4.2. Поверхностное пластическое деформирование (ппд)
- •4.2.1. Особенности и классификация методов ппд
- •4.2.2. Явления, происходящие в поверхностном слое при ппд.
- •4.2.3. Изменение показателей качества поверхностного слоя в зависимости от
- •4.2.4. Обкатывание и раскатывание шаровым инструментом.
- •4.2.4. Обработка роликовым инструментом.
- •4.2.5. Алмазное выглаживание.
- •4.2.6. Обработка с применением вибраций
- •4.2.7. Дорнование.
- •4.2.8. Виброударная обработка.
- •4.2.9. Дробеструйная обработка.
- •4.2.12. Упрочнение проволочным инструментом
- •4.3. Нанесение покрытий
- •4.3.1. Общие положения
- •4.3.2. Физико-химические методы нанесения покрытий
- •4.3.3. Пиролиз летучих соединений в потоке
- •4.3.4. Химические транспортные реакции (хтр)
- •4.3.7. Наплавка
- •4.3.9. Лакокрасочные покрытия
- •4.3.10. Напыление
- •4.3.11. Упрочнение смазками
- •4.3.12. Окунание
- •4.3.13. Эпиламирование
- •4.3.14. Электронно-лучевое испарение в вакууме
- •4.3.15. Магнетронное распыление
- •4.3.16. Вакуумно-плазменная обработка
- •4.4. Химико-термическая обработка (хто)
- •4.4.1. Цементация
- •4.4.2. Азотирование
- •4.4.3. Цианирование
- •4.4.4. Хромирование
- •4.4.5. Борирование
- •4.4.6. Фосфатирование
- •4.4.7. Алитирование
- •4.4.8. Силицирование
- •4.5. ВысокоэнергЕтические методы.
- •4.5.1. Лазерная обработка.
- •4.5.2. Ионное легирование
- •4.5.3. Упрочнение взрывом
- •4.5.4. Термопластическое упрочнение (тпу)
- •4.6. Обработка свободным абразивом
- •4.6.1. Классификация методов обработки свободным абразивом
- •4.6.2. Полирование
- •4.6.3. Объёмная вибрационная обработка (ово).
- •4.6.4. Магнитно-абразивная обработка (мао).
- •4.6.5. Центробежно-абразивная обработка (цао).
- •4.6.6. Струйная гидроабразивная обработка (сгао) или абразивно-жидкостная отделка (ажо)
- •4.6.7. Ультразвуковая обработка (узо) свободным абразивом
- •4.7. Электрофизические и электрохимические методы обработки
- •4.7.1. Электроэррозионные методы обработки
- •4.7.2. Электрохимические методы
- •4.7.3. Анодно-механическая обработка
4.4.6. Фосфатирование
Сущность процесса фосфатирования - в насыщении поверхностного слоя фосфором с образованием нерастворимых фосфатов. Покрытия с фосфором защищают от коррозии, обладают высоким электросопротивлением (выдерживают напряжения до 300…500 В). Так же применяют в качестве грунта перед нанесением лакокрасочных и пластмассовых покрытий.
4.4.7. Алитирование
Сущность алитирования - в насыщении поверхностного слоя алюминием (Al). Алитирование применяют для повышения жаростойкости деталей (на поверхности образуется плёнка изAl2O3), для повышения коррозионной стойкости в атмосферных условиях. Твёрдость слоя доHV500. Толщина 0,2…1мм. Концентрация поверхностного слоя до 30%. Алитированию подвергают детали газогенераторных машин, разливочных ковшей, термопары, клапаны.
Процесс ведут в следующих средах:
а) в расплавах солей; б) в паровой фазе; в) в газовой; г) в порошках.
4.4.8. Силицирование
Сущность силицирования в насыщении поверхностного слоя кремнием (Si). Силицированный слой придаёт сталям стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и несколько повышает износостойкость. Силицированный слой обладает повышенной пористостью, твёрдость егоHV200…300. Толщину слоя назначают от 0,3 до 1 мм. Если этот слой пропитать маслом при 170…200 °С, его износостойкость повышается в несколько раз. Силицированию подвергают детали химической, бумажной и нефтяной промышленностях. Процесс ведут либо в порошках, либо в газовой атмосфере.
4.5. ВысокоэнергЕтические методы.
4.5.1. Лазерная обработка.
В зависимости от агрегатного состояния активной среды различают твердотельные и газовые лазеры; а так же на импульсные и непрерывного действия.
Для технологических целей важны следующие параметры лазерного излучения:
-монохромность и когерентность;
-интенсивность (плотность тока или энергия ипульса);
-длина волны;
-угловая расходимость ≤ 0.01…0.1˚
-время воздействия на металл: 10-9…10 с в импульсном режиме, в неперерывном: τ ≈Dп/Vcк, гдеDп – диаметр пучка,Vск - скорость сканирования пучка по образцу.
В зависимости от интенсивности и времени воздействия лазерную обработку используют для различных целей.
Лазерная обработка дает возможность локальной обработки заданных участков поверхности заготовки и достижения очень высоких скоростей нагрева и охлаждения ( ≥ 104 К/с), что позволяет получать различные метастабильные структуры, включая и аморфную.
Лазерная обработка без оплавления применяют для изменения структурно- фазового состава поверхностного слоя металла, в котором протекают фазовые превращения. Лазерная закалка углеродистых сталей позволяет получить более твердый поверхностный слой и повысить износостойкость. Так же повышается сопротивление усталости на 70-80% по сравнению с обычной закалкой, но ударная вязкость при этом снижается.
Глубина термоупроченного слоя составляет 0,1…1мм. Под упрочненным поверхностным слоем располагается разупрочненный (отпуск). Лазерная обработка без оплавления не изменяет шероховатости поверхности и практически не меняет распределения легирующих элементов в поверхностном слое. После лазерной обработки в поверхностном слое образуются высокие макронапряжения.
Лазерная обработка с оплавление приводит к более значительным изменениям физико-химического состава поверхностного слоя металла. На поверхности возникает слой расплава, который может достигать 1 мм. Под ним находится зона термического влияния металла в твердом состоянии.
Если металлу не свойственны фазовые превращения, то после лазерной обработки наблюдается измельчение зерен (поликристаллический слой) и рост плотности дефектов.
Некоторые металлы и стали при лазерной обработке образуют в поверхностном слое мартенситную структуру, что ведет к повышению микротвердости и усталостной прочности (~ 30 % ).
В ряде случаев лазерная обработка и быстрое охлаждение позволяют получать поверхностный слой с аморфной структурой (сплавы на основе Al,Cu,Fe). В тех случая, когда этого достичь не удаётся, на поверхность заготовки предварительно наносят слой материала, склонного к образованию аморфных структур и производят оплавление поверхностного слоя. Легирующий элемент наносится в виде порошка или пасты или вводится в зону обработки в газообразном состоянии. В результате этого происходит легирование поверхностного слоя нужными элементами и одновременное образование аморфной структуры в поверхностном слое. Аморфный слой резко повышает коррозионную стойкость и твёрдость поверхностного слоя детали.
Лазерной обработкой упрочняют инструментальные стали, в результате чего снижается их склонность к межкрисаллической коррозии и повышается сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением.
С помощью лазерной обработки можно производить легирование поверхностного слоя необходимыми для эксплуатации элементами. Легирующий элемент наносится в виде порошка или пасты или вводится в зону обработки в газообразном состоянии. Затем производят нгревание с олпавлением лазерным лучом. В результате этого происходит легирование поверхностного слоя нужными элементами.
С помощью лазерной обработки можно также реализовать метод термопластического упрочнения (см. ниже).
Основные недостатки лазерной обработки: при оплавлении повышается шероховатость поверхности детали; высокие термонапряжения могут вызвать термодеформации деталей; температура в центре луча (пучка) значительно выше, чем на периферии, что приводит к неравномерности обработки (в центре – закалка, по периферии – отпуск); неравномерность физико-механических свойств по поверхности.