ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термомеханические процессы в поверхностном слое из "Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой Изд.3 " При выборе термической обработки черных металлов используют известную диаграмму состояния железо — углерод. Однако эта диаграмма не совсем точно отражает состояние материала при современных методах термической обработки, когда скорость изменения температур измеряется сотнями градусов в секунду при нагреве ТВЧ и особенно при ЭМУ. [c.14] ЭМУ стали связано в основном с резким повышением твердости и прочности и в меиьшей мере оказывает влияние на другие характеристики материала. Процесс ЭМУ с точки зрения металловедения имеет наибольшее сходство с термомеханической обработкой металлов (ТМО). [c.14] Различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО), где деформирование происходит при температуре выше порога рекристаллизации, и низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО), где деформирование происходит при температуре ниже порога рекристаллизации. [c.14] По исследованиям А. А. Бочвара температура порога рекристаллизации чистых металлов tp=0,4tп tп — температура плавления металла) для железа /р=450... 600°С в зависимости от степени деформации. [c.14] Пластическое деформирование сопровождается увеличением числа линейных несовершенств атомной решетки или так называемых дислокаций, которые характеризуются смещением атомов. Плотность дислокаций (число линий дислокаций на 1 см поверхности) в исходном металле составляет примерно 10, а скольжение в процессе пластического деформирования приводит к увеличению плотности дислокаций до 10 ... Ю . Увеличение плотности дислокаций к появление зазубрин измельченных зерен и блоков металла повышает сопротивление дальнейшему скольжению, что объясняет увеличение прочности пластически деформированного металла. Разумеется, рост плотности дислокаций и повышение прочности не может быть беспредельным и зависит от вязкости металла. Следовательно, чем более вязкая сталь, тем большие возможности имеются для увеличения ее прочности путем пластического деформирования. [c.15] Таким образом ТЛЮ металлов представляет собой совокупность операций пластического деформирования, нагрева и охлаждения, в результате которых формирование окончательной структуры сплава, а следовательно, и его свойств происходит при повышенном числе несовершенств кристаллов, созданных пластическим деформированием при высоких температурах. [c.15] В работах советских ученых М. Л. Бернштейна, В. Д. Садовского, Е. П. Соколова, А. П. Гуляева, Р. И. Энтина, а также в ряде работ зарубежных авторов показана возможность значительного повышения прочностных свойств сталей путем применения различных методов ТМО. [c.15] Прочность при ВТМО повышается за счет увеличения плотности дислокаций и более равномерного их распределения, увеличения протяженности границ, субзерен, создания дислокационных барьеров, образования дисперсных вторичных фаз. Все это способствует также уменьшению размеров мартенситных игл в закаленной структуре. [c.15] Увеличение плотности дислокаций повышает сопротивление дальнейшему скольжению и способствует увеличению прочности пластически деформированного металла. Дальнейшее увеличение плотности дислокаций приводит к образованию субмикроскопических трещин. ВТМО, как правило, относится к черновым операциям и связана с глубоким термическим влиянием, что не исключает протекания рекристаллизационных процессов, которые снижают эффект упрочнения. [c.15] Если температура нагрева выше Асз (для доэвтектоидных сталей), то образуется светлая зона, связанная с фазовыми превращениями, а если ниже Асз, то образуется темная зона. [c.16] Структурообразование поверхностного слоя зависит в основном от соотношения параметров режима процесса сглаживания. [c.16] Темная зона поверхностного слоя с прожилками, образуемая при наложении токов низкой частоты, имеет весьма мелкодисперсную структуру, полученную в результате пластического деформирования металла в состоянии нагрева, когда температура недостаточно высока для фазового превращения. Поверхностный слой структуры характеризуется состоянием горячего наклепа. Об этом свидетельствует тонкая светлая полоска у самой поверхности. Здесь переходная зона имеет вид завихренных зерен металла. Средняя микротвердость темной зоны поверхностного слоя с прожилками составляет Я =2900 МПа. [c.17] Рассмотрим влияние указанных выше особенностей ЭМО на образование структуры поверхностного слоя. Схема действия сил и образования текстуры в поверхностном слое показана на рис. 10. По мере увеличения расстояния от поверхности детали сопротивляемость зерен изменению своей ориентации повышается, а другие факторы, способствующие изменению ориентации, уменьшаются. Угол наклона р равнодействующей зависит от силы трения Р. По мере приближения к поверхности и повышения температуры и давления угол р увеличивается, а по мере удаления от поверхности уменьшается до тех пор, пока деформации металла не прекратятся. Таким образом, по мере удаления от поверхности контакта давление и температура нагрева также снижаются, а сопротивляемость металла деформациям по мере увеличения глубины повышается. [c.17] Расчеты показывают, что для средних условий чистовой ЭМО при 2=0,1 аг=0,96ро при 2=0,3 Ог = 0,82ро при 2=0,70 Ог—0,44/ о. Значительное снижение давления исключает возможность получения светлой зоны поверхностного слоя, поэтому глубина светлой зоны практически не превышает 0,3 мм. Необходимым условием образования светлой зоны являются также высокие скорость обработки и температура фазового превращения. Таким образом, можно объяснить причину отсутствия светлой зоны поверхностного слоя при ВТМО и глубоком поверхностном упрочнении. [c.18] Наличие давления замедляет развитие мартенситных игл в аустенитном зерне, что способствует получению мелкодисперсной структуры [48]. [c.18] Рассматривая влияние давления при ЭМО, следует учитывать, что тепловое воздействие на поверхностный слой в этом случае обусловливается прохождением электрического тока. Увеличение давления понижает сопротивление контакта, соответственно уменьшая электрическую мощность и глубину высокого упрочнения б. [c.18] Повышение температуры аустенизации при ТМО приводит к увеличению прочностных характеристик стали. При этом отрицательное влияние роста аустенитных зерен при ТМО меньше, чем при обычной термообработке [И]. [c.19] Нужно отметить, что при ЭМО высокая скорость нагрева способствует неполному аустенитному превращению, но в то же время под действием высоких давлений структура поверхностного слоя настолько измельчается, что превращение происходит даже при высоких скоростях. Однако при достаточно глубоком упрочнении можно наблюдать вблизи переходной зоны участки нерастворившегося феррита и перлита, что объясняется уменьшением действующей силы и температуры по глубине поверхностного слоя. Следовательно, более глубокое упрочнение необходимо осуществлять с меньшими скоростями обработки. [c.19] Как показывают исследования, в мартенсите, образованном ЭМО конструкционных сталей при повышенных скоростях обработки, обнаружен неполностью растворившийся перлитный цементит [58]. Это объясняется тем, что при обкатывании происходит измельчение зерен аустенита, а получаемая структура обладает пониженной износостойкостью по сравнению с обработкой выглаживанием. [c.20] При электроконтактном нагреве нельзя не учитывать исходной структуры (дисперсности) и химического состава закаливаемой стали. Мелкозернистая структура одного и того же металла, обладая большей суммарной поверхностью раздела, является менее электропроводной. Исследования показывают значительное повышение электропроводности закаленной стали и., мере увеличения температуры отпуска, что связано с понижением дисперсности ее структуры. Отдельные составляющие структуры поликристаллов, как, например, перлит, феррит и цементит, также обладают различным сопротивлением прохождению тока. Наибольшее сжатие силового потока, а также и наиболее высокая температура возникают по границам включений или пор. Это обстоятельство имеет важное практическое значение для обработки поверхностных слоев, образованных при восстановлении деталей наплавкой и металлизацией, содержащих много пор и других объемных дефектов. При расчетах предусмотрено использование среднего сопротивления электрической цепи. В действительности составляющие структуры поликристалла можно представить как параллельные проводники, имеющие различные сопротивления. Однако следует иметь в виду, что каждый повер.хностный микроучасток в процессе обработки подвергается нескольким термомеханическим воздействиям, что способствует некоторому выравниванию температуры. [c.20] Вернуться к основной статье