Повышение жесткости

Наблюдаемое значительное повышение жаростойкости изделий с термодиффузионными покрытиями (рис. 81) обусловлено образованием на поверхности сплавов окислов А12О3, Cr2O3, SiO2 или двойных окислов FeAl2O4, FeCr2O4, Fe2SiO4, обладающих повышенными защитными свойствами и препятствующих дальнейшему окислению сплава.

Из диффузионных покрытий, обладающих высокой коррозионной стойкостью и в особенности жаростойкостью, представляют интерес покрытия алюминием (алитирование), кремнием (термосилицирование), хромом (термохромированне). Наблюдаемое при этом значительное повышение жаростойкости изделий обусловлено образованием па их поверхности окислов АЬОз, СгоОз, SiO2 или смешанных окислов FeAI204; FeCrgO/,: FejSiO.-i, обладающих повышенными защитными свойствами и препятствующих дальнейшему окислению сплава. Термсдиффу-зиоппые покрытия можно также получить в расплавленных и газообразных средах. Для диффузионного термохромировапия применяется металлической хром или феррохром в порошке. Кроме того, в состав смеси вводят инертный порошок ЛЬОЛ для предохранения от спекания и прилипания наносимого элемента, а также хлористый аммоний. При нагревании смеси в печи происходит разложение хлористого аммония на NH3 и НС1.

Повышение жаростойкости достигается введением в сталь главным образом хрома, а также алюминия или кремния, т. е. элементов, находящихся is твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки окислов ((т, [ч')2О:, (Al, Fe).,O3. Введение в сталь

Повышение жаростойкости достигается легированием сплавов Cr, Al, Si и Be, которые способствуют образованию на поверхности деталей плотной, непроницаемой для газов пленки.

Никель является сильным аутенитообразующим элементом. Железо и никель при затвердевании образуют /-твердый раствор в широком интервале концентраций. Влияние никеля на повышение жаростойкости хромоникелевой стали проявляется в повышении механических свойств при высоких температурах в результате наличия аустенитной структуры, в увеличении плотности оксидной пленки, усилении ее сцепления с основным металлом. Степень влияния никеля на жаростойкость непрерывно увеличивается с ростом температуры.

Наиболее важное значение для разработки титановых сплавов имеют системы из непрерывных /J-твер-дых растворов Ti - Mo (рис. 32) и Ti - V; из ограниченных твердых растворов Ti - А1 (рис. 33) и Ti -Сг (рис. 34) следует особо отметить систему Ti - А1 вследствие весьма сложного характера взаимодействия алюминия с титаном (см. рис. 33), а также благоприятного влияния алюминия на упрочнение а-титано-вых твердых растворов и повышение жаростойкости титановых сплавов. Система Ti - Сг (см. рис. 34) отличается существованием непрерывных твердых растворов с /3-титаном, образованием из ^-твердых растворов соединения TiCr2 и эвтектоидным превращением /3 -» а + TiCf2.

В настоящее время отечественное машиностроение развивается по следующим направлениям: увеличение мощности машин; повышение частоты вращения валов машины; повышение давления (высокая степень сжатия) для двигателей внутреннего сгорания; повышение жаростойкости материалов; повышение к. п. д.; повышение безопасности в эксплуатации; применение стандартных деталей и сборочных единиц, механизация технологических процессов, контроля и управления.

Определение жаростойкости показало (рис. 1), что от высокотемпературного окисления хорошо защищают сталь хромирование (до 800—900° С) и алитирование (вплоть до 1000° С). Ванадиро-вание в интервале "температур 200—800° С почти не влияет на повышение жаростойкости стали. Металлографические исследования показали, что при температурах 500—600° С алитированные и хромированные слои хорошо сохраняются. Однако при повышении рабочей температуры наблюдается утонение слоев, а затем и разрушение их. В местах разрушения слоя происходит интенсивное выгорание углерода с поверхностных слоев металла.

В работе исследовано влияние алитирования, ванадирования и хромирования на жаростойкость и усталостную прочность стали Ст. 45. Диффузионное насыщение защищаемой поверхности стали алюминием или ванадием прризводилось газовым контактным способом при температурах 900 и 1100° С соответственно. Хромирование осуществлялось из газовой фазы неконтактным способом при 1000 и 1100° С. Как показали испытания на жаростойкость, хромирование хорошо защищает сталь от высокотемпературного окисления в интервале 800—900° С, алитирование— вплоть до 1000° С. Ванадирование практически не влияет на повышение жаростойкости стали при температурах 500—800° С. Результаты испытаний на усталостную прочность при температурах 20—650° С подтверждают, что исследованные покрытия заметно снижают усталостную прочность стали, причем с повышением температуры это снижение становится более значительным (до 30—40%), что объясняется интенсивным наводоражива-пием стали при нанесении покрытий и сравнительно высокой хрупкостью полученных слоев. Библ. — 2 назв., рис. — 2.

Механизмы защитного действия оксидных пленок, образующих-^ ся на металлических покрытиях и на жаростойких сплавах, аналогичны, поэтому при выборе состава жаростойких покрытий можно учитывать достаточно подробно разработанные принципы легирования стали. Для повышения окалиностойкости в сталь добавляют легирующие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Такими элементами чаще всего являются хром, алюминий, кремний, которые образуют на поверхности при нагреве тонкую, плотную пленку окислов, надежно защищающую металл от дальнейшего окисления. Жаростойкость практически не зависит от структуры металла, а определяется химическим составом. Увеличение процентного содержания хрома, алюминия или кремния, образующих плотные окислы Cr20g, A1203, Si02, обусловливает повышение жаростойкости и уровня рабочих температур. Лучшие результаты обычно получают при комбинированном легировании алю-

При введении в никель хрома в окисной пленке наряду с N10 могут образоваться две новые фазы — окись хрома Сг203 и двойная окись со структурой шпинели №ОСг2Оз. Нек-рые исследователи считают, что наилучшей защитной способностью обладают окисные пленки, имеющие структуру шпинели. Др. работами установлено, что защитная пленка на нихромах состоит гл. обр. из окисла Сг2О3. Имеются данные, что при 1100° с увеличением содержания хрома относит, количество шпинели в окисной пленке возрастает только до концентраций хрома, при к-рых жаростойкость никеля повышается незначительно, тогда как относит, количество фазы Сг2О3 увеличивается непрерывно вплоть до содержаний хрома, обеспечивающих резкое повышение жаростойкости никеля.

Повышение жесткости свариваемых изделий увеличивает вероятность образования трещин, причем тем в большей степени, чем меньшей деформационной способностью обладает закаленный металл (больше содержания в нем углерода). Так, сварка в углекислом газе без предварительного подогрева в изделиях небольшой жесткости не вызывает трещин при толщине сталей 08X13 до 18 мм, 12X13 до 10—12 мм и 20X13 до 8—10 мм.

Однако при коротких и жестких валах повышение жесткости опор практически не дает выгоды, так как жесткость вала стирает разницу между схемами валов свободно опертого и с заделанными концами.

местных деформаций повышение жесткости в направлении, поперечном действию изгибающих моментов.

Наибольшее повышение жесткости и прочности достигается при увеличении высоты Я сечения до размера, определяемого вершинами ребер (см. рис. 124, г). Изменение W/W0 при этой схеме представлено на рис. 125, г. Прочность профиля с внутренними ребрами (г\ = 3 -т- 4) повышается по сравнению с исходным квадратным профилем в 1,3 — 1,7 раза соответственно при z = 1 -т- 10.

Рис. 132. Повышение жесткости корпусов двигателей внутреннего сгорания 242

Рис. 141. Повышение жесткости конических оболочковых деталей 266

Модуль упругости алюминиевых сплавов невелик, поэтому для нормальной работы необходимо повышение жесткости подшипников (утолщение стенок, выполнение буртиков жесткости, увеличение жесткости постелей).

повышение жесткости валов и корпусов для предотвращения упругих деформаций и вызываемых ими крЪмочных давлений;

Повышение жесткости валов от напрес-совки ступиц, по экспериментам на Ленинградском металлическом заводе (ЛМЗ):

2. Повышение жесткости (точности под нагрузкой) : обеспечение рационального баланса упругих перемещений; применение материалов с высоким модулем упругости и позволяющих конструирование деталей рациональных сечений; применение деталей, работающих на растяжение-сжатие вместо изгиба (повышение жесткости для длинных стержней до нескольких порядков) ; оптимизация сечений и расположения опор (повышение жесткости до одного порядка); уменьшение контактных деформаций повышением точности, чистоты обработки и затяжки стыков; направление упругих перемещений в сторону мало влияющую на работоспособность.

Момент инерции поперечного сечения винта определяют по эмпирической формуле, отражающей повышение жесткости (по сравнению с гладким стержнем диаметром dt) за счет наличия резьбы: