Лекція 12. Технологічні процеси отримання нових матеріалів. Нові технології відновлення деталей машин

В задачі технології входить:

а) отримання матеріалів і заготовки заданих властивостей;

б) виготовлення деталі необхідної форми і належної точності;

в) зміцнення робочих поверхонь деталей;

г) їх складання в агрегати, випробування вузлів і машин.

Шляхи технологічного забезпечення якості поверхневого шару і довговічності деталей машин зміцненням показані на рис. 26.

Рис.26. Шляхи технологічного забезпечення якості поверхневого шару обробкою ППД

Традиційним є підхід, що встановлює зв'язок режиму обробки з експлуатаційними властивостями зміцнюваної деталі (1-5). Недолік такого підходу в тому, що виявлені закономірності не є справедливими для інших умов. Тому при переході до нового виробу виникає необхідність в повторенні трудомістких досліджень.

Більш узагальненим є забезпечення довговічності деталі в дві стадії:

На першій (шлях 1-3) встановлюється зв'язок технологічних чинників з параметрами стану поверхневого шару.

На другій (3-5) - вплив цих параметрів на експлуатаційні характеристики деталей.

Проте обидва підходи мають основний недолік - емпіричний шлях рішення задачі, а відповідно, пов'язані з цим: 1- велику трудомісткість експериментів, 2- обмежене число досліджень параметрів стану поверхневого шару, 3- невисоку точність (в межах точності методу вимірювання) їх визначення.

Емпіричний шлях не дозволяє використовувати ЕОМ для моделювання і технологічного проектування механічної обробки деталей з оптимізацією параметрів стану їх поверхневого шару, що забезпечують задану довговічність.

Більш ефективний підхід до технологічного забезпечення експлуатаційних показників деталей, який базується на внутрішніх закономірностях процесу формування поверхневого шару у вогнищі деформації (шляхи 1-2 і 2-3). Розкриття таких закономірностей дозволить глибше визначити вплив параметрів стану поверхневого шару на процес руйнування деталі (3-4) і експлуатаційні показники (4-5).

Підвищення опору деталі руйнуванню при різних видах експлуатаційного навантаження може бути досягнуте технологічними методами об'ємного або поверхневого зміцнення. Об'ємне зміцнення підвищує статичну міцність деталей, у яких робочі напруги розподілені по перетину більш менш рівномірно. Для таких деталей використовують високоміцні сталі і сплави, композиційні матеріали. Проте більшість деталей працює в умовах, при яких експлуатаційне навантаження (тиск, нагріваюча дія навколишнього середовища і т.п.) сприймається головним чином їх поверхневим шаром. Тому зносостійкість, зародження і розвиток втомної тріщини, виникнення вогнищ корозії залежить від опору поверхневого шару руйнуванню. Для деталей, руйнування яких починається з поверхні, розроблена велика кількість методів поверхневого зміцнення, заснованих на нанесенні покриттів або зміни стану (модифікації) поверхні.

При нанесенні покриттів зміцнення деталей досягається шляхом осадження на неї поверхні матеріалів, які за своїми властивостями відрізняються від основного металу, але якнайповніше відповідають умовам експлуатації (зношення, корозія, хімічна дія і т.п.).

При зміні стану (модифікації) поверхневого шару відбувається фізико-хімічне зношування в металі, що підвищує його опір руйнуванню. Модифікація поверхневого шару може здійснюватися деформаційним зміцненням (ППД), поверхневою термообробкою, дифузійним нанесенням легуючих елементів.

Не існує універсального методу зміцнення деталей, оскільки один і той же метод в одних умовах експлуатації може дати позитивний ефект, а в інших негативний. Тому у ряді випадків застосовують комбіноване зміцнення деталей, засноване на використанні двох або трьох методів зміцнення, кожний з яких дозволяє підсилити ту або іншу експлуатаційну якість.

Крім того, вибір того або іншого методу поверхневого зміцнення визначається економічними міркуваннями.

Класифікація методів обробно-зміцнюючої обробки деталей машин

Всі відомі методи зміцнення поділяються на 6 основних класів:

1. зміцнення з утворенням плівки на поверхні;

2. із зміною хімічного складу поверхневого шару;

3. із зміною структури поверхневого шару;

4. із зміною енергетичного запасу поверхневого шару;

5. із зміною мікрогеометрії поверхні і наклепом;

6. із зміною структури по всьому об'єму матеріалу.

Зміцнення із створенням плівки на поверхні

а) осадження хімічної реакції (оксидування, сульфідує, фосфатування, нанесення зміцнюючого змащувального матеріалу, осадження з газової фази).

б) осадження з пари (термічне випаровування тугоплавких з'єднань, катодно-іонне бомбардування, пряме електронно-променеве випаровування, реактивне електронно-променеве випаровування, електронно-хімічне випаровування).

в) електролітичне осадження (хромування, нікелювання, електрофорез, нікельфосфатувуання, борування, борохромування, хромофосфатування).

г) напилення зносостійких з'єднань (плазмове напилення порошкових матеріалів, детонаційне напилення, напилення електродуги, лазерне напилення, вихрове напилення, індукційне припікання порошкових матеріалів).

Зміцнення із зміною хімічного складу поверхневого шару металу

а) дифузійне насичення (борування, ціанування, азотизація, нітроцементація і т.д.)

б) хімічна і фізико-хімічна дія (хімічна обробка, іонна імплантація, електроіскрова обробка і т.д.).

Зміцнення із зміною структури поверхневого шару

а) фізико-термічна обробка (лазерне гартування, плазмове гартування);

б) електрофізична обробка (електроконтакт, електроерозійна, магнітна обробка);

в) механічна (зміцнення вібрацією, фрикційно-зміцнююча обробка, дробоструменева, обробка вибухом, термомеханічна, електромеханічна);

г) наплавлення легованим елементом (газовим полум'ям, електричною дугою, плазмою, лазерним променем, пучком іонів і т.д.).

Зміцнення із зміною енергетичного запасу поверхневого шару

а) обробка в магнітному полі (термомагнитная обробка, імпульсним магнітним полем, магнітним полем);

б) обробка в електричному полі.

Зміцнення із зміною мікрогеометрії поверхні і наклепом

а) обробка різанням (точіння, шліфування, надшвидкісне різання);

б) пластична деформація (накатування, обкачування, розкочування, вигладжування, вібронакатування, вібровиглажування, калібрування, відцентрово-ударне зміцнення і т.д.);

в) комбіновані методи (анодно-механічна, поверхневе легування з вигладжуванням, різання з дією ультразвукових коливань, магнітно-абразивна обробка і т.д.).

Зміцнення із зміною структури всього об'єму металу

а) термообробка при позитивних температурах (гартування, відпуск, поліпшення, гартування ТВЧ, нормалізація, термомагнітна обробка);

б) кріогенна обробка (гартування з обробкою холодом, термоциклування).

Рекомендована література

1. Лазерна техніка і технологія: Навчальн. посібник для вузів: У 7 кн./ Під ред. А.Г. Грігорьянца. - М.: Висш. шк., 1988.

2. Плазменное поверхностное упрочнение/Л.К. Лещинский, С.С. Cамотугин, И.И. Пирч, В.И. Комар: - К.: Техника, 1990. – 109 с.

3.Самотугин С.С., Лещинский Л.К., Соляник Н.Х. Структура и характер разрушения сварных соединений, наплавленных и упроченных материалов. – Мариуполь: ПГТУ, 1996. – 179 с.

4.Донской А.В., Клубникин В.С. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. – Л.: Машиностроение, 1979. – 221 с.

5. Бабичев А. П. Виброабразивная, абразивна обробка деталей. - М.: Машиностроение, 1975. - 230 с.

6. Разків М.І., Товстою І.Л. Довідник майстра наплавлювальної ділянки. – М.: Машинобудування, 1966. -200 с.

7. Шехтер Див., Шварцср Л.Я. Наплавка деталей металургійного устаткуванні. - М.: Металургія, 1981.—160 с.

8. Уманский Б.В., Костенко Л А,, Худик Ю.Т. Зміцнення деталей металургійного устаткування. - М.: Металургія, 1991.- 176 с.

9. Кравцов Т.Г. Наплавлення електродуги електродною стрічкою. - М.: Машинобудування, 1978. – 168 с.

10. Медиков В.В. Багатоелектродне наплавлення. - М.: Машиностроение, 1988. - 144 с.

11. Хасуї А., Морігаки О. Наплавлення і напилення/Пер. з японського. - М.: Машинобудування, 1985. – 240 с.

12. Електроерозійна і електрохімічна обробка. Розрахунок проектування, виготовлення і зстосування електродів-інструментів. Частина 1. Електроерозійна обробка /Под ред. А.Л.Лившица і А.Роша - НИИмаш, 1980 -224 с.

13. Байсупов И. А. Электрохимическая обработка метал лов. Науч. учеб. - И.: Высш. шк., 1968 - 184 с.

14. Фатеев Н.К. Технологія електроерозійної обробки. - К.: Машинобудування, 1980 - 184 с. ид. - (Б-ка технолога).

15. Марков А.И. Ультразвукова обробка матеріалів. - М.: Машинобудування, 1980. -237 с.

16. Рыкалин Н.Н. і ін. Лазерна обробка матеріалів. - М.: Машинобудування, 1975. - 296 с.

17. Крилов К. І. і ін. Застосування лазерів в машинобудуванні і приладобудуванні. - К.: Машинобудування, 1978. - 336 с.

18. Рикалін Н. Н. і ін. Основи електронно-променевої обробки матеріалів. - М.: Машинобудування, 1978. - 239 с.

19. Башенко В.В. Электроннолучевые установки. - Л.: Машиностроение, 1972. - 168с.

20. Ивановский Г.Ф., Петров В. И. Ионно-плазменная обробка материалов. - М.: Радио и связь, 1986. - 232 с.

[2] Термін скрайбування походить від англійського слова «to scribe» - царапати.