ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ТвердостьjuieeK коленчатых валов и подшипников из "Долговечность двигателей Издание 2 " Снижение микротвердости у коренных шеек в зонах наибольших нагружений (наибольшего износа) можно объяснить прежде всего наличием более высокой локальной температуры трения, вызванной большим сближением трущихся поверхностей и большим количеством абразивных частиц, участвующих в процессе, чем в менее нагруженных зонах. [c.103] При повышении температуры трения от 350° С до критической точки Лсх происходит резкое снижение твердости в поверхностных слоях стальных закаленных шеек валов вследствие явлений возврата и рекристаллизации. Такое повышение температуры может вызвать незначительное нарушение условий трения. При нормальных условиях работы пары температура трения, измеренная термопарой, не достигает 120—130° С. Очевидно, что в точках контакта поверхностей трения имеет место более высокая температура. [c.103] На рис. 73 приведен график распределения микротвердости в поверхностном слое шейки коленчатого вала двигателя Д-54, сломавшегося во время эксплуатации в результате развития усталостной трещины. Наружная поверхность шейки вала была покрыта мелкими усталостными трещинками. [c.104] Образование микротрещин и последующее развитие их в областях с наибольшим нагружением происходит в результате снижения поверхностной твердости, вызванного неравномерной и неполной закалкой, удалением твердого поверхностного слоя во время ремонта наличия дефектов структуры на поверхности шейки воздействия агрессивных агентов, находящихся в смазочном материале, при действии переменных по величине и по направлению газовых и инерционных сил, создаваемых деталями кри-вошипно-шатунного механизма наличия несоосности шеек понижения жесткости вала и др. [c.104] Особенно благоприятные условия для развития усталостных трещин появляются у коленчатых вал ов, подвергавшихся ремонту. После механической обработки значительно снижается твердость металла на рабочей поверхности, существенно перераспределяются остаточные напряжения, понижается жесткость вала. Вместо имевшихся в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия могут возникнуть напряжения растяжения, благоприятствующие развитию усталостных трещин. При ремонте обычно уменьшается поперечное сечение шеек коленчатого вала и, следовательно, понижается его жесткость, поэтому во время работы двигателя при той же нагрузке возрастают деформации и повышается напряженность отдельных участков вала. При повышении напряженности увеличивается влияние адсорбции и коррозии и возрастает интенсивность развития усталостных трещин. Для увеличения долговечности при ремонте шейки коленчатых валов целесообразно подвергать поверхностной пластической деформации, термической обработке и другими способами упрочняющей технологии. [c.104] Толщина белых слоев превышает толщину вторичных структур, образующихся в процессе нормального трения и износа. По-видимому, проникновение образующейся новой структурной составляющей имеет диффузионный характер, активированный пластической деформацией при температурах ниже температур термических превращений. [c.105] Предотвращение образования белого слоя достигается при добавке двух процентов олеиновой кислоты в трансмиссионное масло, локализирующей пластические деформации и экранирующей диффузионное воздействие. [c.105] Свойства структуры поверхностного слоя, появлявшиеся при трении, отличные от свойств исходного металла, толщина которого превышает толщину вторичных структур, не могут в какой-либо мере служить доказательством того, что вновь образованный на поверхности трения слой состоит из твердого раствора или химических соединений металла с кислородом, так как аналогичные поверхностные слои образуются при высокоскоростной и особенно при ударной деформации, когда процесс диффузии практически не имеет места из-за недостатка времени. В качестве примера бездиффузионного образования светлого нетравящегося слоя может служить исследование, проведенное Н. Н. Давиденковым и И. Н. Миролюбовым. При ударном нагружении в местах локализации деформации они обнаружили прослойку с мартенситной структурой. [c.105] Обособленный, не травящийся обычными реактивами поверхностный слой образуется также при вторичной закалке, при электроискровом, электромеханическом и других способах обработки, В процессе этих способов обработки тонкий поверхностный слой разогревается до весьма высоких температур (выше Ас ) и затем быстро охлаждается, в результате чего сталь приводится в весьма мелкодисперсное состояние и не поддается травлению. Толщина слоя регулируется длительностью теплового воздействия и силой подведенного тока. [c.105] В зависимости от исходной структуры металла и режима элек-троэрозионной и электроимпульсной обработки толщина зоны светлого нетравящегося слоя доходит до 0,1 мм и более. При электромеханической обработке толщина светлого слоя даже достигала 0,25 мм. [c.105] Рентгеноструктурным анализом и методом электронной дифракции была выявлена кристаллическая структура этого слоя, напоминающая текстуру наклепанных металлов, на глубине нескольких микрометров. Так как дифракционные картины получаются подобными как для поверхности жидкости, так и для мелкокристаллического металла, то, очевидно, при высокой скорости деформации металлов наиболее вероятно образование скорее мелкокристаллической структуры, чем аморфной [52]. [c.106] В процессе трения происходит дополнительное искажение кристаллитов и атомной кристаллической решетки и растет субмикронеоднородность металла в результате воздействия нагрузки и теьтературы, т. е. имеет место термомеханическое воздействие, которое приводит к весьма высокому повышению твердости металла. [c.106] Существующие мнения об износостойкости светлых нетравя-щихся поверхностных слоев стальных деталей противоречивы. Авторы работы [51] при изнашивании образцов из стали У12 при давлении 13,0-10 Па в условиях непрерывной подачи машинного масла обнаружили, что светлый (белый) нетравящийся слой образуется хорошо при скорости скольжения 10,2 м/с и плохо или совсем не образуется при скорости 6,6 м/с. Образовавшийся стабильный светлый слой при скорости скольжения 10,2 м/с обладает твердостью 1200—1300 и предохраняет поверхность от чрезмерного истирания. В этом случае образцы получают наименьший износ. [c.106] При трении со скоростью 6,6 м/с светлый слой образуется плохо и быстро выкрашивается, образцы в этих условиях изнашивались достаточно интенсивно. [c.106] С повышением скорости трения до 16,3 м/с при том же давлении светлый слой образуется хотя и быстро, но он более толст, неоднороден по объему, подвергается растрескиванию и выкрашиванию. В этих условиях трения интенсивность изнашивания образцов была особенно значительной. [c.106] С увеличением давления до 15,5-10 Па (рис. 74) образцы, работавшие со скоростью 6,6 м/с, имели наименьший износ у образцов, работавших со скоростью 10,2 м/с, износ повысился незначительно, а образцы, работавшие со скоростью 16,3 м/с, изнашивались примерно в 100 раз быстрее. [c.106] Таким образом, диффузионные процессы при треник металлических тел протекают в поверхностных слоях, но они не являются главным фактором повышения или понижения износостойкости металлов, а лишь сопутствуют протеканию пластических деформаций. В процессе пластического деформирования в поверхностном слое закаленных стальных деталей обычно образуется мелкодисперсная структура, плохо поддающаяся травлению и обладающая повышенной твердостью по сравнению с исходным металлом. Такая структура не содействует протеканию диффузионных процессов. Вместе с тем при деформировании образуются дополнительные дефекты структуры, которые служат очагами распространения диффузионных процессов. [c.107] Происходящие на поверхностях трения физико-химические и механические явления вызываются определенными условиями трения. Следовательно, изменяя условия трения, можно регулировать происходящие явления, а значит, можно управлять изнашиванием металлов. [c.107] Соединение шатунная шейка—подшипник работает в более тяжелых условиях, чем сопряжение коренная шейка—подшипник. Повышенный износ шатунных шеек подтверждается рядом полевых испытаний тракторных двигателей Д-54 и др. Так, по данным НАТИ, за 1000 ч работы двигателя Д-54 коренные шейки износились на 0,01—0,03 мм, а шатунные — на 0,03—0,07 мм. Стендовые испытания, проведенные автором, показали, что износ шатунных шеек коленчатых валов двигателей ЗИЛ-120 за 1,5 ч приработки составил в среднем (по 18 шейкам) 4,11 мкм, а коренных 3,6 мкм при смазке свежим маслом—автолом 6. При загрязнении масла от трех предшествующих приработок износ шеек составил соответственно 13,61 и 12,65 мкм. [c.107] Основными причинами, вызывающими более интенсивный износ шатунных шеек коленчатых валов по сравнению с коренными, является более затрудненная подача масла, более тесное сближение трущихся поверхностей во время работы за счет больших удельных нагрузок и засоренность смазочного материала абразивными частицами. По мере уменьшения давления масла в маслоподводящих каналах растет внутренний нагрев масляного слоя, происходит снижение вязкости, уменьшается толщина слоя, возрастает вероятность его разрыва и соприкосновения микронеровностей. Шатунные шейки наиболее интенсивно изнашиваются со стороны, обращенной к оси коленчатого вала. Это вызывается воздействием инерционных нагрузок и кратковременно действующих наибольших нагрузок от давления газов. [c.108] Вернуться к основной статье