Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1 Методы пластического деформирования поверхностного слоя 10
1.2 Анализ существующих способов термохимического упрочнения сталей на основе борирования 17
1.3 Термомеханическая обработка сталей 25
1.4 Влияние предварительной пластической деформации на структуру и механические, эксплуатационные свойства поверхностного слоя деталей машин упрочненного химико- термической обработкой 30
Глава 2. Методы и средства исследований 34
2.1 Методика модельного эксперимента по диффузионному насыщению пластически деформированных микрообразцов 35
2.2 Методика изготовления и пластического деформирования микрообразцов 37
2.3 Методика промежуточного отпуска 40
2.4 Методика борирования 40
2.5 Методика окончательного отпуска 44
2.6 Методика исследования прочностных свойств микрообразцов, упрочненных МХТО 45
2.7 Методика структурных исследований 48
2.8 Металлографические исследования 48
2.9 Электронномикроскопические исследования 48
2.10 Методика получения в поверхностном слое детали заданной степени пластической деформации осадкой 51
2.11.Методика исследования износостойкости упрочненного поверхностного слоя в условиях контактного трения
Глава 3. Исследование влияния пластической деформации на процесс диффузионного насыщения 65
3.1. Результаты испытаний микрообразцов на разрыв 65
3.2. Структурные исследования 80
3.2.1 Предварительная пластическая деформация 80
3.2.2 Промежуточный отпуск 88
3.2.3 Влияние ХТО (борирование) 89
Глава 4. Исследование пластической деформации в поверхностном слое детали
4.1. Методика расчета скорости установившегося пластического течения при малых искажениях линий тока 105
4.2. Напряженно деформированное состояние при редуцировании инструментом с малым углом конусности 116
Глава 5. Исследование эксплуатационных свойств упрочненного поверхностного слоя. применение полученных результатов для решения технологических задач 121
5.1. Износостойкость в условиях контактного трения 121
5.2. Износостойкость в условиях малоцикловой усталости 126
5.3. Практическое использование полученных результатов для решения технологических задач 135
Основные выводы 141
Литература 143
Приложения ^1
- Анализ существующих способов термохимического упрочнения сталей на основе борирования
- Методика получения в поверхностном слое детали заданной степени пластической деформации осадкой
- Структурные исследования
- Напряженно деформированное состояние при редуцировании инструментом с малым углом конусности
Введение к работе
размеров и увеличенным эксплуатационным ресурсом - современное
требование машиностроения. Удовлетворение этого требования во многом
определяется состоянием поверхностного слоя и его прочности.
Одним из перспективных направлений регулирования состояние
поверхностного слоя и его прочности является совмещение
термомеханической обработки (ТМО) с химико-термической обработкой
(ХТО), причем в качестве ХТО можно использовать различные её виды (в
зависимости от требуемых свойств поверхности).
Перспективным вариантом комбинирования ТМО и ХТО является
механико-химико-термическая обработка (МХТО) при упрочнении
борированием в обмазках с использованием индукционного нагрева.
Поэтому исследование и разработка метода МХТО с целью повышения
эксплуатационных свойств боридного покрытия является актуальной
технической задачей.
Целью работы является повышение эксплуатационных свойств
диффузионного боридного слоя, работающего в условиях абразивного износа
и малоцикловой усталости, на основе совершенствования режимов МХТО.
В работе поставлены и решены следующие задачи:
Разработана методика исследования деформированного состояния при поверхностном пластическом деформировании (ППД) инструментом с малым углом передней рабочей поверхности. Выявлены закономерности влияния технологических параметров процесса ППД на степень деформационного упрочнения.
Выявлено влияние степени предварительной пластической деформации на скорость диффузии бора в среднеуглеродистой стали.
Определена оптимальная степень ППД в структуре цикла МХТО.
Выявлено влияние промежуточного отпуска на качество и свойства боридного слоя.
Оптимизированы режимы МХТО на основе борирования среднеуглеродистой стали 40Х в обмазках с использованием индукционного нагрева.
Исследованы механические свойства диффузионного боридного слоя, полученного после МХТО, работающего в условиях контактного трения и малоцикловой усталости.
Внедрены в производство усовершенствованные технологические режимы МХТО при обработке деталей.
Объектом исследования являлась среднеуглеродистая
конструкционная сталь 40Х, для которой были оптимизированы режимы МХТО при упрочнении борированием в обмазках ТВЧ- нагревом.
Методы исследования. В работе использовались основные положения теории обработки металлов давлением и механики ППД, МХТО, сопротивления материалов, теоретической механики, математической статистики.
Измерение микротвердости проводилось на приборе ПМТ-3.
Микроструктурные исследования выполнялись на микроскопе МИМ-8. Структура диффузионного слоя и контактирующих с ним зон материала основы изучалась на поперечных шлифах.
Электронномикроскопические исследования производились с помощью электронного микроскопа с высокой разрешающей способностью УЭМВ-100К.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Установлен механизм формирования диффузионного боридного
слоя, получаемого МХТО при упрочнении борированием в обмазках ТВЧ-
нагревом.
2. Обоснованы условия получения структуры диффузионного
боридного покрытия, состоящего из сплошного поверхностного слоя борида
Fe2B и переходной игольчато-зернистой зоны, обеспечивающей высокую
адгезию с материалом основы.
Разработана оригинальная методика обработки экспериментальных данных, позволяющая использовать слабодеформированные делительные сетки.
Построена расчетная диаграмма, позволяющая определять угол конусности инструмента уи и натяг S, необходимые для определения
получаемой глубины деформационного воздействия h в поверхностном слое металла с заданной степенью накопленной деформации ё0.
5. Разработан способ определения стойкостных характеристик
упроченных поверхностей деталей и инструмента, позволяющего получать
аналитическую зависимость износостойкости упрочненного поверхностного
слоя, работающего в условиях малоцикловой усталости.
Практическая значимость исследований:
Разработана методика, позволяющая получать аналитическую зависимость износостойкости упрочненного поверхностного слоя, работающего в условиях малоцикловой усталости, от параметров ППД.
Разработаны рекомендации по назначению технологических режимов МХТО для изготовления деталей направляющей колонки прессформы.
Достоверность результатов диссертации определяется результатами внедрения разработанных в диссертации технологических рекомендаций, заключением об отсутствии противоречий результатов работы и выводов общепринятым положениям и закономерностям естественных наук, применением современных методов исследований с использованием инструментальной измерительной техники, методов статистического анализа.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях: "Современные проблемы механики и физико-химии процессов резания, абразивной обработки и поверхностного пластического деформирования" (г. Киев, 2002 г.); "Инженерия поверхности и реновация изделий" (г. Ялта, 2002
9 г.); "Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением" (г. Тула, 2002,2002,2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ. Самостоятельно четыре, остальные в соавторстве. Четыре публикации в изданиях, рекомендованных решением ВАК РФ, и один патент РФ.
Личный вклад автора заключается в проведении
экспериментальных исследований, их обработке, анализе и аналитической обработке расчетных моделей, разработке рекомендаций по назначению технологических режимов МХТО и в их внедрении в технологию изготовления направляющей колонки прессформы при упрочнении борированием в обмазках ТВЧ- нагревом.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, 6-й приложений. Работа изложена на 161 стр. машинописного текста, содержит 55 иллюстраций, 4 таблицы и 165 литературных ссылок.
Анализ существующих способов термохимического упрочнения сталей на основе борирования
Бор находит применение в производстве химически стойких боридов и сплавов, а также в качестве легирующей добавки в различных коррозионностойких, жаропрочных сплавах и инструментальных материалах [29, 48, 50, 53, 90, 131, 139, 142]. Благодаря ряду ценных эксплуатационных свойств, приобретаемых поверхностным слоем сталей, диффузионное насыщение металлов бором и бором совместно с другими элементами еще недавно привлекало к исследованию технологических процессов упрочнения деталей машин значительное число исследователей как в России, так и за рубежом. В последние годы интерес к таким исследованиям несколько снизился из-за трудностей в практической реализации результатов исследований и из-за больших сложностей в аппаратурном оформлении технологических процессов в сравнении с традиционными, надежно апробированными методами ХТО сталей и сплавов такими, как цементация, азотирование, хромирование, алитирование, силицирование и другими. Кроме того, в настоящее время начинают получать все больше распространение методы электрофизического упрочнения: электроискровое легирование, электроакустическое поверхностное упрочнение, ионно-плазменное насыщение и другие способы. Одним из аспектов снижения интереса к термохимическому упрочнению материалов боридными покрытиями является недостаточность исследований влияния параметров режима упрочнения на формирование структурно-напряженного состояния боридных диффузионных слоев. Недостаточно разработаны методы достижения эффективного структурно-напряженного состояния диффузионных слоев, обеспечивающих высокие эксплуатационные показатели деталей машин, несмотря на огромное число работ в области термохимического упрочнения и бором в комплексе с легирующими элементами.
Для борирования металлов применяют борсодержащие среды в твердом, газовом и жидком состоянии. При проведении процесса борирования из твердых и газовых сред большую роль играют технические приемы его осуществления. Еще Фещенко-Чоповский [8] установил, что борирование стали (в качестве борсодержащей среды он использовал аморфный бор, получаемый по методу Муассона) дает положительный результат в том случае, если насыщение проводится в вакууме или в атмосфере окиси углерода.
Изучением борирования из твердых сред занимались многие исследователи [59, 91, 108, 151, 165]. В качестве борсодержащих сред (боризаторов) использовался аморфный бор, ферробор, карбид бора в смеси их с бурой. Для активизирования процесса диффузии бора в поверхностные слои деталей в реакционное пространство вводят хлористый аммоний, в отдельных случаях водород, смесь хлористого водорода и водорода и других активаторов, образующих с бором летучие соединения (хлориды, фториды, бороводороды). На поверхности металла летучие соединения бора диспропорционируют с образованием активных атомов бора. Наиболее простым в осуществлении борирования металлов из твердых боризаторов является способ насыщения поверхности металла бором в герметически закрытых контейнерах, заполненных борсодержащими порошками. При ведении процесса насыщения бором необходимо учитывать повышение давления в контейнерах, особенно при наличии в боризаторе хлористого аммония или алюминия. При борировании из твердых сред в вакууме [95,96,108] хотя и обеспечивается лучшее качество поверхности металла, но установка для этого способа довольно сложна в аппаратурном оформлении. Известно, что насыщающая среда должна быть не только носителем активного элемента, но и обеспечивать непрерывное образование его в процессе насыщения. Для успешного насыщения металла бором необходимо выбрать состав насыщающей среды, обеспечивающий образование активного бора при заданных температурах процесса. С этой точки зрения условия насыщения металлической поверхности бором в твердой фазе являются наименее благоприятными для насыщения, так как зоны образования активного бора и его адсорбция поверхностью ограничены местами контакта борсодержащих веществ с поверхностью насыщаемой детали, при истощении которых процесс насыщения заканчивается. При использовании в боризаторах активаторов диффузии бора в глубь метала, образующих с бором летучие соединения (хлориды, фториды, йодиды, борводороды и др.), перенос активных атомов бора на насыщаемую поверхность стали происходит главным образом за счет диссоциации этих соединений с образованием активного бора. Скорость роста диффузионных слоев за счет прямого контакта между металлом и борсодержащей средой составляет небольшую величину. Насыщение поверхности стали бором из порошков с применением летучих активаторов [56, 67, 68, 69, 99, 121] является более производительным по сравнению с борированием из твердой фазы контактным методом. Однако необходимость прогрева малотеплопроводных порошков, их быстрая истощаемость, сравнительно малая скорость собственно процесса борирования делают данный способ не только малотехнологичным, но и не достаточно производительным. Способ борирования из порошков с газообразными активаторами по классификации Г.Н. Дубинина [68] относится к диффузионному насыщению из газовой фазы контактным методом. Способ насыщения поверхности стали бором из порошков аморфного бора или карбида бора в вакууме [95], который по классификации Г.Н. Дубинина относится к парофазовому методу, требует высоких температур нагрева (до 1373 К) и довольно сложного аппаратурного оснащения.А.Н. Минкевич и Г.Н. Улыбин [115] впервые предложили борирование из обмазок, в которые входят карбид бора, криолит и этилен-силикат. Нагрев изделия с обмазкой осуществляется током высокой частоты (порядка 1000 град/сек), что позволяет привести аустенит к температуре насыщения в мелко дисперсном состоянии [103]. Слой имеет пониженную микротвердость (11000-13000 кН/мм) и отличается хорошей вязкостью. Для создания на поверхности более твердой боридной фазы нагрев следует проводить медленнее.
Борирование из газовой фазы неконтактным способом осуществляется путем разложения газообразных соединений бора: диборана (В2Нб), треххлористого бора (ВС13), трехбромистого бора (ВВг3), триметилбора - (СНз)зВ и других. Насыщение поверхности металла из газовой среды (ВС13 + Н2) впервые было осуществлено Вейнтраубом [20]. Лаубенгауэр [12] применил для этой цели ВВг3, насыщая бором железо, платину, вольфрам, тантал. Подробное исследование борирования стали из газовой фазы проведено Эпельтауэром [7], который применил ВС13 в смеси с водородом. Автор определил зависимость толщины слоя от температуры, длительности процесса, парциального давления ВС13 и содержания углерода в стали. Исследование борирования различных металлических порошков в среде ВС13 было осуществлено Дайсом [6]. При пропускании триметилбора над предварительно нагретой металлической поверхностью Мартин [13] получил на ней легко скалывающийся слой бора. Лучшие результаты были получены Моссом [14], а также Шлезингером [118] при борировании в среде диборана. Обстоятельные работы в области газового борирования стали проведены Ю.М. Лахтиным, М.А. Пчелкиной, Б.Н. Арзамасовым, А.В. Смирновым, Л.П. Скугоровой и другими [2, 19, 21, 30, 140,155,159,162,164].
Данные работ по борированию в газовой среде позволили установить температурный интервал практически возможного насыщения стальной поверхности бором, равный 723-1373 К. Как правило, процесс
Методика получения в поверхностном слое детали заданной степени пластической деформации осадкой
Экспериментальные исследования выполняли с помощью метода визиопластичности описанного в работе [158]. Поскольку как показано в этой работе схема деформированного состояния многими технологическими методами соответствует схеме плоской деформации. Нами было разработано устройство позволяющее в модельном эксперименте реализовать именно эту схему. Для расшифровки полученных экспериментальных данных применялась усовершенствованная расчетная методика, изложенная в разделе 3.1. Для осуществления этого метода было изготовлено приспособление (рис. 2.6), эскиз которого показан на (рис. 2.7). Приспособление состоит из двух плит (1), на которых закреплены деформирующие элементы (2) с рабочими углами у = 1 и у = 2. Плиты между собой соединены четырьмя шпильками (3), на которые наклеены тензометрические датчики (4) для измерения распорного усилия Ррасп.
Образец (5), применяемый при исследованиях, представлен на (рис. 2.8). Он представляет собой брусок прямоугольного сечения 45x15x160 мм, разрезанный на две части вдоль всей длины, его части соединены между собой фиксирующей осью. В верхней части образца при помощи электроискровой обработки выполнено отверстие прямоугольной формы с размерами 3x30 мм на всю её глубину, в отверстие запрессована пластинка из исследуемого материала с целью исключения краевого эффекта. Образец выполнен разрезным для удобства обратной выпрессовки пластины после обработки, что бы не повредить обработанную поверхность.
Ранее в работе [47] не прерывная делительная сетка получалась методом царапания алмазным резцом в специально разработанном устройстве. В наших исследованиях бал применен более простой метод получения дискретной (точечной) делительной сетки.
Для этого на боковой поверхности испытуемой пластины, предварительно отполированной до зеркального блеска, на приборе для измерения микротвердости ПМТ-3 была нанесена делительная сетка в виде уколов с шагом 0,2 мм, на площади 10x10 мм. Фрагмент этой сетки показан на (рис.2.9).
Испытания осуществлялись следующим образом. Приспособление с образцом базировалось на верхнюю плиту пресса. После этого опорной плите пресса сообщалась вертикально-поступательное движение и образец (5) проталкивался между деформирующими элементами (2). При этом измерялось осевое усилие Рос . Измерения распорных усилий производились посредством тензостанции УТ-4 и записывались осциллографом Н—115. Образец деформировался не до конца, процесс деформации прекращался, когда зона деформации находилась на середине длины пластинки с нанесенной сеткой.
Если соединить центры уколов сетки, то мы получим искаженную делительную сетку, показанную на (рис. 3.3), продольные линии которой дают картину линий тока.
По полученным делительным сеткам были определены скорости течения материала заготовки по искажению ячеек сетки с помощью расчетной методики раздел 3.1.
Специфичность и сложность условий работы деталей совершающих возвратно-поступательные движения, а также многообразие одновременно действующих факторов, способствующих деформации и интенсивному износу поверхностного слоя, делают необходимым дифференцированный подход к изучению свойств и работоспособности, путем проведения комплексных исследований, в том числе:- оценки износостойкости стали на установке, оборудованной узламитрения возвратно-поступательного движения;- изучения состояния поверхности трения, поведение структурыповерхности трения стали в условиях силовых воздействий приборами,предусмотренными на установке.
Такой методический подход позволил выявить ряд особенностей и основные закономерности износа в условиях работы, на основе которых возможно обоснованно и с достаточной достоверностью определить наиболее оптимальный технологический режим обработки стали.56 Работа установки (рис. 2.11) состоит в следующем. Включателем 6 запускается электродвигатель 3, который через ременную передачу и шкив вариатора 2 передает вращение на червячную пару редуктора 1. От редуктора через кривошип 26 движение передается на подвижную каретку 24 с ползунами 25, перемещающимися по направляющим штангам 27.Для сравнительных испытаний на износ соответственно нижние образцы закрепляются в оправке 10 (рис. 2.11, 2.12) плиты 11, а верхние -закрепляются в оправке 19 (рис. 2.12) подвижной каретки 24. Поворотом приводного колеса 5 и механизмом подъема 8 обеспечивается перемещение вверх или вниз неподвижных образцов с плитой 11. В зависимости от задачи исследования, (приработка, изучение износа при различных режимах трения) обеспечивается требуемая степень прижатия рабочих поверхностей образцов, о которой можно судить по предварительно тарированной шкале измерительной линейки.
В емкость 17 заливается масляно-абразивная смесь, которая при необходимости подается по шлангам 18 в зону трения образцов. Необходимая температура смазочного материала контролируется термопарой 13 и поддерживается регулятором температуры масла 14.
Помимо этого, на установке предусмотрены устройства, с помощью которых определяется сила трения, контактная нагрузка, частота двойных ходов ползуна в минуту, регистрация общего количества ходов ползуна за цикл испытаний образцов на износ.
Результаты испытаний на износ определялись весовым способом. Подготовленные образцы перед основными испытаниями на износ прирабатывали. Об окончании приработки судили по полноте прилегания
Структурные исследования
При пластической деформации происходит накопление энергии в деформированных металлах и сплавах. Эта накопленная (скрытая) энергия деформирования связана с необратимыми изменениями кристаллического строения, определяющими изменение важнейших так называемых структурно чувствительных свойств: сопротивления пластической деформации, электрических и магнитных свойств, диффузионных констант, релаксационной способности и др.
Необратимые изменения строения при деформировании определяются созданием дефектов в кристаллах (вакансий и главным образом дислокаций, необратимым перемещением дислокаций, возрастанием плотности дислокаций на три-четыре порядка и резким увеличением плотности вакансий).
Способность к пластическому деформированию кристаллов оказывается резко анизотропной. Плоскости и направления скольжения в кристалле не определяются случайными обстоятельствами и не могут быть определены по величине и направлению максимальных касательных напряжений. В любом кристалле скольжение возможно только вдоль некоторых кристаллографических плоскостей (определяемых только геометрией структуры) и в некоторых определенных направлениях, лежащих в этих плоскостях. Сочетание плоскости скольжения и направления скольжения с определенными индексами называется системой скольжения. В кристалле а- железа имеется сорок восемь систем скольжения [49].
Несмотря на значительное количество однотипных систем скольжения, в каждый данный момент деформации действует преимущественно одна система (или, во всяком случае, ограниченное число систем скольжения), но на разных стадиях деформации могут действовать разные системы скольжения. В первом приближении считается, что при малых напряжениях (деформациях) скольжение протекает по системе, наибольшего благоприятно ориентированной к направлению максимального касательного напряжения. По мере увеличения напряжения скольжение начинает происходить по менее благоприятно ориентированным плоскостям. Таким образом, различные системы скольжения последовательно вступают в процесс пластического течения. Причем когда скольжение происходит сначала в одной системе, а потом в другой эквивалентной системе, то в момент начала скольжения во второй системе критическое напряжение сдвига в ней имеет такое же значение (или близкое), как и в плоскостях, в которых скольжение только что прекратилось.
Результат скольжения проявляется в изменении размеров кристалла, появлении полос скольжения на его поверхности, а также в изменении физических свойств. Значение дислокационной теории состоит в том, что она впервые дала такое объяснение механизму скольжения, которое оказывалось согласованным с его видимыми результатами, а также с основными законами кристаллографии.
Следы скольжения в виде прямых линий (линий скольжения) наблюдаются при микроскопическом исследовании пластически деформированных кристаллов а- железа, что также было подтверждено в работе [17]. Эти линии имеют близкую между собой ориентацию на плоскости шлифа в пределах одного зерна и по их геометрии можно судить о развитии процесса деформации (рис.3.8).На (рис. 3.9) показано, как формируется линии скольжения при деформирующем протягивании.
Так, при небольшой величине деформирующих напряжений можно наблюдать группы параллельных линий скольжения в некоторых, более благоприятно ориентированных для деформации зернах. По мере увеличения деформирующих напряжений линии скольжения обнаруживаются во все большем числе зерен, а при еще большей степени деформации появляются новые системы линий скольжения.
Затем, при дальнейшем развитии процесса пластического течения, начинает исчезать прямолинейность линий скольжения. Это связано, по-видимому, с созданием препятствий для свободного распространения пластических сдвигов: влиянием приграничных объемов, внутризереннных структурных нарушений, а также скольжением в различных системах.
Видимая при сравнительно небольшом увеличении (100-500 раз) под микроскопом линия скольжения при более тщательном исследовании состоит из группы линий, что позволяет считать эту группировку полосой скольжения. Расстояние между отдельными линиями в полосе скольжения по порядку величин составляет 10"5 см, а расстояние между полосами скольжения в зернах 10"4 см. Изменение величины боковых выступов на гранях монокристалла при пересечении одной группы полос с другой свидетельствует о том, что величина смещения при переходе от одной полосы скольжения к другой будет разной. Согласно данным Гейденрайха, большое смещение вдоль отдельной полосы скольжения обусловлено не увеличением величины скольжения, а набирается приблизительно равными смещениями по большому числу близко расположенных одна от другой параллельных S6 плоскостей. Тогда деформация в каждой отдельной полосе будет зависеть от её ориентации в зерне, а при пересечении полос величина деформации (выступов) будет изменяться. Кроме того, отсюда вытекает, что по мере развития деформации полосы скольжения должны расширятся.
Это обнаружено при тщательных электронномикроскопических исследованиях (рис. 3.10), хотя при обычных наблюдениях под оптическим микроскопом полосы скольжения продолжают иметь вид тонких сплошных линий.
Таким образом, полоса скольжения — это линия микроскопических размеров, расположенная на поверхности кристалла и представляющая собой видимый след пересечения групп активных плоскостей скольжения со свободной поверхностью.
Полосами скольжения кристалла разделяются на отдельные части, которые называют пачками скольжения. Эти части не только сдвигаются одна относительно другой, но по мере развития деформации поворачиваются относительно действующей силы и изгибаются. Наряду с таким поворотом и изгибом пачек скольжения происходят поворот и изгиб отдельных зерен в поликристаллических образцах, приводящие к изменению формы и размера зерна по мере развития деформации.
При очень сильной деформации зерна настолько вытягиваются, что выявление их границ при травлении затрудняется, так как скорость растворения в травителе становится одинаковой для металла в приграничном объеме, а также в самом зерне, насыщенном большим числом искажений строения. Возникает волокнистая структура, называемая иногда металлографической текстурой. Характер текстуры и степень её совершенства определяются типом решетки, энергией дефекта укладки, а также зависит от структуры, химического состава, характера и схемы деформации.
Напряженно деформированное состояние при редуцировании инструментом с малым углом конусности
Рассчитывалась относительная интенсивность скоростей деформации - %0 (рис.4.8.). Видно, что наиболее интенсивнодеформирование происходит у самой поверхности в начале и в конце контакта.
Интегрированием интенсивности деформаций вдоль линий тока,рассчитывалась накопленная деформация ео, распределение которой в контактной пластической области показано на (рис.4.9).
По результатам расчета построены универсальные безразмерные кривые (рис.4.10.), показывающие изменение накопленной деформации е0 в зависимости от относительной глубины слоя заготовки, где h- глубина слоя, 8 - натяг на сторону (половина полного натяга в эксперименте). Видно, что область с максимальной накопленной деформацией не ограничивается поверхностным слоем, а распространяется на некоторую глубину, которую легко определить. Здесь же показано распределение накопленной деформации для угла конусности инструмента 5 и 10 [73, 74].
Также надо отметить, что после обработки инструментом с различными углами конусности уи существует некоторый равноупрочненный поверхностный слой. Глубина этого слоя определяетсяh зависимостью — = 2. Деформационные кривые имеют одинаковый8 характер и практически параллельны. Это позволяет связатьмаксимальную накопленную деформацию ео в равноупрочненном слое с углом конусности инструмента уи (рис. 4.11). на (рис. 4.11) можно подобрать необходимый угол конусности уи деформирующего инструмента, чтобы создать в металле равноупрочненный поверхностный слой необходимой степени деформации е0. Глубину деформационного воздействия- h в металле при заданном угле конусности -уи деформирующего инструмента и натяге - 8 можно определить из графика показанного на (рис. 4.10).
По результатам исследований пластической деформации поверхностного слоя деталей были сделаны следующие выводы:1. Была разработана оригинальная методика обработки экспериментальных данных визиопластичности, позволяющая использовать слабодеформированные делительные сетки.2. Построены графики (рис. 4.10.,4.11.) позволяющие определять технологические параметры поверхностного деформирования, такие как угол конусности инструмента уи и натяг 8, чтобыполучить определенную глубину деформационного воздействия h в поверхностном слое металла с заданнойстепенью накопленной деформации ео.3. Полученные технологические параметры могут быть использованы в таких процессах деформационного воздействия как: деформирующее протягивание; дорнование; алмазное выглаживание.4. Данные технологические рекомендации применимы не только к обработке толстостенных заготовок, но и к тонкостенным если при их обработке будут использоваться оправки.
В данном исследовании было необходимо определить оптимальное значения натяга при деформирующем редуцировании в структуре цикла МХТО.
Ранее в разделе 3.1 было установлено, что рациональная степень деформации в структуре цикла МХТО, где в качестве ХТО используется борирование в обмазках с ТВЧ- нагревом, находится в диапазоне s=10-H5%. Для обеспечения данного диапазона степени пластической деформации использовали график показанный на (рис. 4.11) в главе 4. Были подготовлены деформирующие элементы с углом конусности уи =1 иу„ = 2[73].
Редуцирование осуществляли в приспособлении показанном на (рис.2.3) раздела 2.4. Заготовки были изготовлены на плоскошлифовальном станке. Толщина заготовок увеличивалась с шагом равным 0,01 мм. Подготовленные таким образом заготовки обеспечивали точность регулирования натяга при редуцировании.ХТО образцов осуществляли по следующему режиму: промежуточный отпуск t=350C охлаждение вместе с печью; борирование г=1200С, ТВЧ- нагрев выдержка т=12 сек.; отпуск t=120C, 2ч.
Подготовленные таким образом образцы подвергались исследованию на износостойкость в условиях контактного трения при возвратно-поступательном движении. По результатам испытаний были построены графики зависимости величины износа выраженного в изменении веса образцов от величины натяга при редуцировании (рис.5.1).
