Поверхностная твердость

тинг-коррозии железа образуется оксид ос-РегОз, а не высокотемпературный Fe3O4 и, наконец, тем, что сталь подвергается значительному истиранию в контакте с полиметакрилатом, который плавится при 80 °С, следовательно, поверхностная температура не может быть выше этого предела [90].

На рис. 63,6 приведена осциллограмма измерения температуры на натурной установке, из которой видно, что характер теплового процесса, наблюдаемый при многократных соударениях пары металл — металл, отличается от характера аналогичного процесса при единичных ударах. За короткий промежуток времени между ударами теплота, генерируемая на поверхности контакта, не успевает рассеиваться,, объемная температура в процессе многократных соударений значительно повышается (после 20 ударов до 95°С). Кроме того, при единичном ударе на короткое время повышается и поверхностная температура, но к концу удара она снижается почти до исходной. Поверхностная температура достигает максимального значения уже через несколько ударов.

Дополнительная экспериментальная проверка модели проводилась автором на серебряных образцах при фреттинге. Поверхностная температура не превышала 50 °С, температурные вспышки, которые могли бы привести к локальному оплавлению материала, были исключены небольшой скоростью скольжения (0,015 см/с). Условия трения и вид сферических частиц были таковы, что пвл-

Работая над проблемой создания теплостойких фрикционных материалов, ИМАШ АН СССР и ВНИИАТИ разработали новый фрикционный материал «Ретинакс» марки ФК-24А и ФК-16Л, предназначенный для использования в тормозных узлах с особо напряженным режимом эксплуатации [171], [191]. Имеющийся опыт использования этого материала в некоторых областях промышленности позволил определить оптимальные условия его эксплуатации. Так, применение его оказалось целесообразным при давлении до 60 кГ/см* и относительной скорости скольжения до 100 м/сек. При этом поверхностная температура, развивающаяся в результате совместного действия давления и скорости, не должна превышать 1200° С, а объемная температура — 450—500° С [193]. В состав «Ретинакса» входит модифицированная фенолформаль-дегидная смола (25%), барит (35%), асбест (40%). Для предотвращения схватывания с контактирующей поверхностью и налипания на нее фрикционного материала в состав «Ретинакса» введена противозадирная присадка. В состав «Ретинакса» ФК-16Л дополнительно вводится латунь в виде кусочков проволоки диаметром 0,18—0,2 мм, длиной 20—30 мм. Характеристики материала «Ретинакс» приведены в табл. 87.

где Л и С — коэффициенты, определяемые опытным путем, постоянные для данной пары трения.\ Из анализа уравнения (132) видно, что основным фактором, влияющим на коэффициент трения, является температурный режим работы фрикционной пары, причем коэффициент трения зависит не только от общей температуры трущихся тел, но и от температурного градиента -т— . Следовательно, поверхностная температура не может однозначно определить значение коэффициента трения данной трущейся пары, так как при одинаковой температуре и различных температурных градиентах значения коэффициента трения оказываются различными. Это объясняется тем, что температурное поле и температурный градиент приводят к изменению механических свойств материалов по глубине, что отражается на характеристике разрушения трущихся поверхностей и на коэффициенте трения. При постоянном температурном градиенте коэффициент трения при данной скорости скольжения может увеличиваться, уменьшаться или переходить через максимум в зависимости от соотношения между показателями степени т, п, г и коэффициентами Л и С. Различная интенсивность изменения, этих величин приводит к различному характеру изменения коэффициента трения. Неизменность этих величин приводит к независимости коэффициента трения от температуры. Если твердость тела интенсивно снижается при увеличении температуры, то это приведет к значительному возрастанию площади фактического

При трении фрикционного материала по металлам с различными значениями коэффициента теплопроводности К в той паре, в которой металл обладает большим коэффициентом теплопроводности, поверхностная температура будет меньше, а температурный градиент во фрикционном материале — больше. Для этой пары значения коэффициента трения и износостойкость будут соответственно выше. На фиг. 327 показано изменение износостойкости вальцованной ленты 6КВ-10 при трении в одинаковых условиях по металлическим элементам, имеющим различную теплопроводность. Так, точка А получена при трении по стали 55ЛП, точка Б — по чугуну СЧ 15-32, а точка В — по биметаллическому шкиву, имеющему металлизированный слой, состоящий из 50% стали 10 и 50% Си.

Контактные параметры в опытах были следующими: максимальные давления по Герцу изменялись от 4000 до 20 000 кПсм2 при начальном касании тел по линии и от 15 000 до 45 000 кГ/см* при точечном начальном касании; суммарные скорости качения и скольжения могли изменяться от 0 до 12 м/сек; объемная температура смазки до 160° С; поверхностная температура роликов до 180° С. Ролики изготовлялись из сталей 12Х2НЧА и ШХ15 с твердостью после термообработки HRC 58—63 с чистотой поверхности после шлифования по восьмому, девятому классу чистоты (ГОСТ 2789—59).

В опытах измерялись: нагрузки в контакте, крутящие моменты, подведенные к телам качения, скорости вращения образцов, объемная температура масла в картере, температура на входе в контакт, поверхностная температура образцов, толщина масляной пленки.

Средняя поверхностная температура ф* характеризует усредненные условия на фрикционном контакте для фрикционного элемента и контртела. Ее необходимо знать для оценки тех изменений, которые могут произойти в поверхностном слое, и нежелательных последствий, с этим связанных, например выгорания и разложения связующего, выделения смоляного связующего на поверхности и резкого снижения коэффициента трения, обугливания поверхностного слоя, его растрескивания, выкрашивания, а также коробления и растрескивания за счет больших градиентов температур (особенно для тормозов барабанного типа). Указанные явления могут привести к отказу фрикционного устройства.

При лазерной закалке количество энергии, вложенной в металл, является достаточным для поверхностного нагрева, а масса металла остается холодной. В этом случае нагретая поверхность будет охлаждаться за счет теплопроводности с достаточно высокой скоростью; в первый момент времени она будет равной приблизительно Т0/2т, где Т0 — поверхностная температура; т —• продолжительность подогревающего лазерного импульса [199].

где rt и h1M — радиус выступа и максимальная его высота у жесткого элемента (обычно металла); V! и Ьп — параметры кривой опорной поверхности жесткого элемента; НВ2( — текущая твердость мягкого деформируемого элемента (обычно ФПМ). Можно также рассматривать другую модель микроконтактирования, когда металлический элемент считается гладким и жестким, а пластмассовый — шероховатым и мягким (схема расплющивания неровности). В этом случае соответственно изменяется индексация. Если имеет место упругий контакт, то dr и Аг определяют по рекомендациям работы [24]. Однако, как указывалось выше, упругий микроконтакт реализуется только при легких режимах трения, когда поверхностная температура д* не превышает 100 °С. Если законы изменения Tff и т^, отличаются от указанных в формуле (2.29), то для аппроксимации реального закона изменения мощности и работы во времени можно использовать

1. Для деталей, от которых требуется только поверхностная твердость, а остальные механические свойства не имеют большого значения, применяют закалку непосредственно с цементационного нагрева, т. е. 900—950°С (рис. 264,а). Выросшее в результате цементации зерно аустенита дает крупноигольчатый мартенсит на поверхности и грубо крупнозернистую структуру в сердцевине. Однако в последнее время ряд усовершенствований позволил применить этот способ и для ответственных деталей (например, зубчатых колес коробки передач автомобиля и др.). Этот способ обладает и некоторыми несомненными преимуществами. Другие режимы термической обработки, которые мы рассмотрим ниже, предусматривают вторичные нагревы цементованных деталей до высоких температур. Эти нагревы вызывают дополнительное колебание детали и удорожают процесс термической обработки. Закалка с цементационного нагрева дает меньшую деформацию детали и обходится дешевле — это ее преимущества.

Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали.

Для азотирования характерны исключительно высокая поверхностная твердость и неглубокий диффузионный слой в отличие от цементации, где при относительно небольшой продолжительности процесса достигается более значительная глубина диффузионного слоя при значительно меньшей его твердости.

Несущая способность зубчатых передач по контактной прочности тем выше, чем выше поверхностная твердость зубьев. Поэтому целесообразно применение поверхностного термического или химико-термического упрочнения. Эти виды упрочнения позволяют в несколько раз повысить нагрузочную способность передачи по сравнению с улучшаемыми сталями. Например, допускаемые контактные напряжения [а]н цементованных зубчатых колес в два раза превышают значения а]н колес, подвергнутых термическому улучшению, что позволяет уменьшить массу в четыре раза.

Под конструктивными ограничениями понимают прежде всего возможность изготовления зубьев шестерни и обеспечение необходимой прочности и жесткости быстроходного вала, возможность размещения в корпусе редуктора подшипников валов быстроходной ступени. Чем больше передаточное число иред редуктора и выше поверхностная твердость зубьев, тем труднее удовлетворить конструктивным ограничениям.

После закаливания и отпуска поверхностная твердость шеек у валов, изготовленных из сталей марок 45, 50Г, 40ХНМ и 18ХНВА, колеблется в пределах HRC 52-f-62. Глубина закаленного слоя должна быть не менее 3—6,5 мм, а твердость шеек на глубине закаленного слоя HRC 45.

В результате термической обработки поверхностная твердость зу бь-ев цементируемых зубчатых колес должна быть в пределах HRC 55 -f--f- 60 при глубине слоя цементации 1,0—2,0 мм. При цианировании твердость HRC 42 -=- 53; глубина слоя должна быть в пределах 0,5— 0,8 мм.

Диффузионным хромированием является процесс насыщения поверхностного слоя стали Сг, в результате чего достигаются высокие поверхностная твердость и сопротивление износу, а также повышенная коррозионная стойкость при температурах до 800° С.

Твердая смесь состоит из 60—65% феррохрома; 30—35% глинозема и 5% НС1 (или NH4C1). Процесс осуществляется в печах при температуре 1050—1150° С в течение 12—15 ч. Поверхностная твердость хромированной малоуглеродистой стали невысокая — ЯУ=200— 250 Мн/м2; высокоуглеродистой стали НV достигает 1380 УИн/.и2 и превосходит твердость не только цементированной закаленной, но и азотированной стали

Отсюда вытекает важное правило конструирования соединений, работающих на срез, — твердость срезаемой и срезающих деталей должна быть по возможности одинаковой; чем выше поверхностная твердость деталей, тем надежнее застраховано соединение от разрушения.

Повышенная поверхностная твердость, достигаемая термической и химико-термической обработкой, кроме того, предупреждает потерю проч-