Поверхностно закаленного

значения (Гнить приведены в табл. 6.15. Из таблицы видно, что контактная прочность определяется преимущественно твердостью рабочих поверхностей зубьев; SH —- коэффициент безопасности, для нормализованных, улучшенных или объемно закаленных зубьев SH = — 1,1; для поверхностно закаленных, цементированных и азотированных зубьев SH = 1,2. Базовое число циклов Л^яо принимается по графику (рис. 6.21). Если твердость поверхностного слоя материала зубьев выражена в единицах HRC или HV, для пересчета в единицы НВ можно воспользоваться графиком (рис. 6.22); KHL— коэффициент долговечности, учитывающий возможность повышения онр

На рис. 9.9 изображен график для определения Л^яо в зависимости от НВ и график для пересчета единиц HRC и HV в единицы НВ. Л^яо можно определить по формуле Л^яо = 30 • НВ2'4, а при HRC > 56 принимают NHO = 120 • 10° ; $я — коэффициент безопасности. Рекомендуется для нормализованных, улучшенных или объемно-закаленных зубьев: srt=l,l; для поверхностно-закаленных, цементированных и азотированных колес SH = 1,2; KHL — коэффициент

объемно-термообработанных сталей, чугуна со сфероидальным графитом У\ = = 1,03.....-0,00fim (0,85 < Y, < 1), для поверхностно закаленных и азотированных сталей Yx -=-1,05 0,005m (0,8 < X, < 1), для серого чугуна Yx— 1,075 — 0,01m (0,7< Yx^. I); Хл коэффициент, учитывающий чувствительность материала к концентрации напряжений и градиент напряжений, определяемый в зависимости от модуля: Уь= 1,082 — 0,1721^/н.

Дифракция (рефракция) в слоисто-неоднородных средах (дифракция четвертого типа). В соответствии с принятой классификацией дифракция четвертого типа возникает в слоисто-неоднородных средах. В процессе экспериментальных исследований валков холодной прокатки (ВХП) в их поверхностно-закаленных слоях был обнаружен волноводный акустический канал. Если вдоль оси валка излучить волну таким образом, чтобы лучи пересекали все его Рис 1-36. схема рефракции в зака-поверхностные СЛОИ (рис. 1.36), ленных слоях валка:

Кривую скорости в поверхностно закаленных слоях валка можно представить в виде трех отрезков прямых линий:

7 Четвертый + + третий _GL '") /14 Местоположение первого и второго максимумов кривой рефракции Измерение глубины поверхностно закаленных слоев металлов Валки холодной прокатки, рельсы, поверхностно упрочненные слои металла

Учитывая результаты микроструктурного исследования и данные механических испытаний (см. табл. 1), а также то, что усталостная прочность в основном определяется состоянием поверхностного слоя металла, можем полагать, что существуют по крайней мере две причины повышения предела выносливости и циклической трещино-стойкости после индукционной закалки: 1) повышение всех прочностных свойств поверхностного слоя за счет образования в нем структур закалки в условиях возможности протекания пластической деформации и исключения тем самым закалочных трещин и 2) возникновение системы остаточных напряжений, исключительно благоприятно распределенных по сечению поверхностно закаленных образцов.

Результаты исследования распределения остаточных напряжений в поверхностно закаленных изделиях [10, 11] показывают, что при индукционной закалке сталей Ст. 3 и 10Г2С1 на поверхности образцов возникали значительные сжимающие остаточные напряжения, которые, складываясь с напряжениями от внешней нагрузки, снижают суммарные напряжения в поверхностном слое и тем самым повышают циклическую прочность.

СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНО-ЗАКАЛЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

I. Свойства поверхностно-закаленных деталей...... 4

Упрочнение наклепом поверхностно-закаленных деталей. Особенностью поверхностной закалки является малая продолжительность нагрева, в результате чего получаемое изделием тепло не успевает распространиться на значительную глубину. Поэтому закалке подвергается только поверхностный слой изделия, а сердцевина остается незакаленной и сохраняет свои первоначальные свойства.

Коэрцитиметры. Коэрцитиметры используют для регистрации коэрцитивной силы материала контролируемого изделия. Коэрцитивная сила — одна из наиболее структурно-чувствительных характеристик ферромагнитных материалов, поэтому ее используют для контроля качества проведенной термической и химико-термической обработки. По коэрцитивной силе может быть определено соответствие твердости, глубины цементированного и поверхностно-закаленного слоев

Коэрцитиметры. Коэрцитиметры используют для регистрации коэрцитивной силы материала контролируемого изделия. Коэрцитивная сила - одна из наиболее структурно-чувствительных характеристик ферромагнитных материалов, поэтому ее используют для контроля качества проведенной термической и химико-термической обработки. По коэрцитивной силе может быть определено соответствие твердости, глубины цементированного и поверхностно-закаленного слоев

На первых стадиях внедрения поверхностной закалки с индукционным нагревом для деталей железнодорожного транспорта не были учтены особенности границы закаленной и незакаленной зон деталей, что приводило к понижению долговечности деталей (например, пальцев кривошипов и зубьев зубчатых передач). Ослабление граничной зоны может происходить по двум причинам. Во-первых, около поверхностно-закаленного слоя может быть нарушена исходная структура металла. Во-вторых, около закаленного слоя могут образовываться зоны с остаточными растягивающими напряжениями. В ряде случаев граница закаленной и незакаленной зон по технологическим причинам остается в опасном месте деталей (шейки коленчатых валов, галтельные переходы зубьев зубчатых колес и др.). В подобных случаях целесообразно после термической обработки применять местную пластическую деформацию деталей.

Необходимо отметить, что столь значительный рост разрушающей нагрузки связан с увеличением при низком отпуске хрупкой прочности закаленной стали. Неотпущенная сталь разрушается весьма хрупко, а при отпуске 150—200° разрушение идет с заметной пластической деформацией. Таким образом, низкий отпуск при температурах 150—180°, незначительно снижающий твердость, но. существенно повышающий хрупкуюпрочностьзакаленнойстали,должен рассматриваться как обязательная операция при поверхностной закалке тяжелонагруженных деталей машин. Повышение пластичности закаленной стали при отпуске благоприятно сказывается также на предотвращении трещинообразования. Рассмотренные выше возможности достижения высокой конструктивной прочности поверхностно закаленных деталей наиболее просто и экономично могут быть реализованы применением поверхностной закалки при глубинном нагреве П 1.22]. В этом случае на поверхности изделий за один прием достигается мартенситный слой высокой прочности заданной глубины и упрочнение сердцевины с получением структуры тростита или сорбита закалки. Прочностные свойства этих зон поверхностно закаленного изделия приведены в табл. II.1.

Для очень ответственных деталей применяется также контроль механических свойств, а для деталей, подвергнутых химико-термической обработке или поверхностной закалке, определяется глубина и микроструктура науглерожснного, азотированного, цианированного и поверхностно закаленного слоя. В табл. 102 приведена характеристика приборов, применяемых в производственных условиях для испытания твердости. В табл. 103 дано соотношение чисел твердости, определенных различными методами. Соотношение между твердостью НБ и пределом прочности при растяжении аа может быть принято для стальных поковок и проката

Применение поверхностной закалки для пальцев кривошипов и зубьев зубчатых передач вследствие неучета указанных ослабленных зон приводило к снижению долговечности этих деталей. Ослабление граничной зоны может происходит по двум причинам: около поверхностно-закаленного слоя может быть нарушена исходная структура металла; около закаленного слоя могут образовываться зоны с остаточными растягивающими напряжениями. В ряде случаев граница закаленной и незакаленной зон по технологическим причинам остается в опасной зоне деталей (шейки коленчатых валов, зубья передач и др.). Для подобных случаев целесообразно применять последующую за термической обработкой местную пластическую деформацию (наклеп) деталей. Проведенные в ЦНИИТМАШе и описанные ниже эксперименты подтверждают эффективность такой комбинированной обработки [13].

Аналогичные опыты были проведены в ЦНИИТМАШе инж. М. С. Косым с поверхностно-закаленными образцами из стали 45 (глубина закаленного слоя 2,5 мм). Последующая за поверхностной закалкой дробеструйная обработка увеличила предел выносливости образцов (диаметром 18 мм) на незначительную величину (около 6%).

Исследования влияния поверхностной закалки на усталостную прочность стали показывают, что положительный эффект достигается в тех случаях, когда окончание зоны закалки выводится в безопасное место детали. Так, для лабораторных образцов, подвергающихся испытаниям на усталость, важно, чтобы поверхностной закалке подвергались как рабочая часть образца, так и галтели. Если закаливается только рабочая часть образца (галтели не закаливаются), то его предел выносливости оказывается ниже предела выносливости образца без закалки. Понижение сопротивления усталости деталей машин в зоне обрыва закаленного слоя многократно наблюдалось и в промышленных условиях.

Рефракция — это преломление волн. Применительно к УЗ-волнам под рефракцией понимают непрерывное изменение направления акустического луча в среде, скорость в которой изменяется. Рефракцию наблюдают, например, в аустенитном сварном шве (см. разд. 5.1.3.1) и при распространении волн в поверхностно закаленном слое (см. разд. 7.12). В последнем случае твердость материала с глубиной уменьшается, а скорость звука увеличивается. В результате наклонные к поверхности УЗ-лучи искривляются и даже выходят на поверхность ввода. Это явление используют для измерения глубины поверхностно закаленного слоя.

Для измерения толщины поверхностно-закаленного слоя •изделий гораздо более благоприятные предпосылки создаются •при цементировании, чем при газопламенной закалке или за-.калке ТВЧ, поскольку при этом сильнее изменяются химический состав стали и соответственно ее ультразвуковые свойства. Измерение в этом случае удается выполнить на частотах около 40 МГц и очень коротких импульсах (Элион [379]) даже при .толщинах слоя менее 1 мм. Граница закаленного слоя обнаруживается по рассеянию, которое однако при плавном переходе, ^желательном на практике, проявляется недостаточно резко для того, чтобы можно было проводить надежные измерения.

Процесс установившегося изнашивания заключается в деформировании, разрушении и непрерывном воссоздании на отдельных участках поверхностного слоя со стабильными свойствами. Износ деталей может существенно изменять свойства сопряжения.. Увеличение зазоров в сочленениях ухудшает условия жидкостной смазки и может повысить фактор динамичности, а истирание цементованного или поверхностно-закаленного слоя открывает поверхности с пониженной износостойкостью. Изменения в макрогеометрии поверхностей (например, образование овальности и конусности шеек валов и цилиндров, местная выработка и волнистость направляющих, неравномерный износ зубьев колес по длине и т. п.) также являются причинами, ухудшающими условия трения. Эти и подобные им обстоятельства могут вызвать при дальнейшей работе сопряжения увеличение интенсивности изнашивания и привести к отказу соединения.