Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как осуществляется упрочнение металла?

4.2. Механизм пластической деформации

4.2. Механизм пластической деформации

Пластическая деформация осуществляется посредством сдвига внутри кристалла по определенным кристаллографическим плоскостям, которые называются плоскостями скольжения. Сдвиг в кристалле начинается при достижении внешним напряжением величины предела текучести. Так как зерна в образце ориентированы различно относительно внешнего напряжения, то пластическая деформация развивается в металле неоднородно. В первую очередь деформируются те зерна, которые ориентированы таким образом, что напряжение в их плоскости скольжения достигает величины напряжения сдвига. Форма зерна в результате многочисленных сдвигов изменяется. При этом, так как зерна взаимно связаны, происходит поворот соседних зерен, их ориентация относительно внешнего напряжения изменяется, и пластическая деформация распространяется на другие зерна. Постепенно все зерна металла деформируются, их форма изменяется, зерна вытягиваются в направлении приложенного напряжения. В кристаллической структуре металла возникают дефекты.

В результате пластической деформации изменяются механические свойства металла: прочность увеличивается, пластичность уменьшается. Это явление называется «наклеп».

Упрочнение металла при пластической деформации и уменьшение его пластичности ограничивает возможность дальнейшей деформации. Так, при волочении проволоки с уменьшением сечения при следующих проходах через фильеру возникают обрывы.

На рис. 4.2 показана зависимость прочности и пластичности латуни Л68 от степени пластической деформации. В качестве характеристики пластичности выбрано относительное удлинение, ?%, т. е. отношение прироста длины разрушенного образца к его первоначальной длине. Степень пластической деформации оценивается по отношению:

с. п.д. = (d20 – d2д / d20,

где с.п.д. – степень пластической деформации,

dQ – диаметр проволоки до волочения,

dд – диаметр проволоки после волочения.

Рис. 4.2. Влияние степени холодной пластической деформации на твердость (НВ), прочность (?в) и пластичность (?,%) латуни А68.

Упрочнение, вызванное предварительной пластической деформацией, можно снять нагревом деформированного металла. В процессе пластической деформации металл запасает энергию, и поэтому состояние его является неустойчивым. Однако при низких температурах диффузия в металле не происходит, так как подвижность атомов в твердом теле мала. При нагреве металла подвижность атомов увеличивается и, начиная с определенной температуры, возникают самопроизвольное зарождение новых, недеформированных зерен и их рост.

Этот процесс называется рекристаллизацей обработки или первичной рекристаллизацей. Температуру, при которой начинается этот процесс, называют температурой начала рекристаллизации Тнр. С повышением температуры выше температуры начала рекристаллизации образование и рост новых зерен продолжается вплоть до того, как будет достигнута температуры конца рекристаллизации Ткр. Температура начала рекристаллизации зависит от множества факторов. В первую очередь она связана с природой самого металла, для чистого металла ее можно приближенно оценить по температуре его плавления:

где Тпл – температура плавления металла,

Тнр – температура начала рекристаллизации.

Коэффициент 0,3 приближенный и зависит от чистоты металла. Для особо чистых металлов он уменьшается до 0,25—0,15, для сплавов увеличивается до 0,6.

Температура начала рекристаллизации зависит также от степени пластической деформации и уменьшается с увеличением степени пластической деформации.

Образование новых недеформированных зерен и снижение внутренней энергии металла за счет уменьшения концентрации дефектов приводит к изменению механических свойств.

На рис. 4.3 показана зависимость прочности и пластичности холоднодеформированного железа от температуры отжига. Пластичность и вязкость металлов и сплавов существенно зависят от размера зерна. В свою очередь, размер зерна зависит от температуры рекристализационного отжига и степени предварительной пластической деформации. В процессе рекристаллизации обработки размер зерна обычно уменьшается по сравнению с исходным, так как происходит влияние температуры отжига на прочность и пластичность холоднодеформированного металла.

Рис. 4.3. Зарождение новых мелких зерен, которые не успевают вырасти к моменту окончания процесса.

С увеличением температуры выше температуры конца рекристаллизации зерно продолжает расти. Особенно интенсивно это происходит в чистых металлах. На размер зерна оказывает влияние также степень предварительной холодной пластической деформации. Чем выше степень деформации, тем меньше размер рекристаллизованного зерна.

Температура рекристаллизации обработки является физической границей между холодной и горячей пластической деформацией.

Пластическая деформация ниже этой температуры является холодной. При этом возникает упрочнение металла – наклеп. Пластическая деформация при температурах выше температуры рекристаллизации называется горячей. При горячей пластической деформации наклеп непрерывно снимается процессом рекристаллизации. После горячей пластической деформации упрочнения металла не наблюдается.

Выбор температуры рекристаллизационного отжига определяется составом сплава и степенью холодной пластической деформации. Обычно она устанавливается на 50—100 °C выше температуры конца рекристаллизации.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Глава 2.7. Методы упрочнения металлических сплавов

Методы упрочнения связаны с созданием препятствий перемещению дислокаций. Этого можно достичь за счет термической обработки сплавов определенного вида: перекристаллизации; дисперсионного твердения; мартенситного превращения, особенно характерного для сталей (см. подразд. 5.1.2 и 5.2); пластической деформации (наклеп).

Перекристаллизация — это изменение типа кристаллической решетки, происходящее при полиморфном превращении. Упрочнение достигается за счет измельчения зерна в процессе изменения типа кристаллической решетки, т.е. при образовании новой фазы. Так, в исходном состоянии сплав имеет крупнозернистое строение. При его нагреве до температуры /| (рис. 2.27) начинается (α γ)-превращение. Вновь образующаяся γ-фаза возникает по границам исходной α-фазы и имеет меньшую величину зерна. Превращение заканчивается при нагреве до температуры t2, при этом структура сплава представлена только мелкозернистой γ-фазой. При охлаждении происходит обратное(γа)-превращение и вторичное измельчение зерна.

Рис. 2.27. Схема упрочнения сплавов за счет перекристаллизации:

а — диаграмма состояния; б — структура в исходном состоянии; в — структура после упрочнения

Дисперсионное твердение — это упрочнение сплава за счет выделения из пересыщенного твердого раствора большого количества мельчайших частиц второй дисперсной (очень мелкой) фазы. Прочность возрастает за счет того, что эти частицы препятствуют перемещению дислокаций. Дисперсионное твердение возможно для сплавов типа твердый раствор с ограниченной растворимостью (рис. 2.28). В исходном состоянии частицы второй фазы крупные. Упрочнение достигается нагревом до получения однофазной структуры (температуры г)), при этом частицы второй фазы растворяются в твердом растворе. Образованную однофазную структуру фиксируют последующим быстрым охлаждением, т.е. закалкой. Выделение второй фазы подавляется из-за быстрого охлаждения, поэтому при комнатной температуре получается структура пересыщенного твердого раствора. Выделение вторичной фазы происходит при старении, т.е. нагреве до температур ниже tb вызывающем выделение второй фазы, но не ее рост. В результате получается структура с зернами твердого раствора и мельчайшими частицами второй фазы. Таким образом упрочняются алюминиевые сплавы, быстрорежущие стали и др.

Рис. 2.28. Схема упрочнения сплава при дисперсионном твердении:

а — структура в исходном состоянии; б — структура после упрочнения

Наклеп и рекристаллизация. Наклеп — изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. В результате наклепа повышается предел прочности металла, а его пластичность снижается (рис. 2.29).

Читать еще:  Хотите купить универсальный круглошлифовальный станок в Москве?

В результате пластической деформации происходит искажение кристаллической решетки, зерна металла деформируются и приобретают определенную ориентацию. До деформации зерно имеет равноосную форму, а после деформации зерна сначала вытягиваются в направлении действующих сил, а затем дробятся, т.е. измельчаются (рис. 2.30), что и приводит к повышению прочности.

Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. В таком металле даже при комнатной температуре могут самопроизвольно протекать процессы, приводящие его в более устойчивое состояние. Если же деформированный металл нагреть, то скорость этих процессов возрастает. Небольшой нагрев (для железа до 300. 400 °С) ведет к снятию искажений кристаллической решетки, но микроструктура остается без изменений — зерна по-прежнему сохраняют вытянутую форму. Прочность несколько снижается, а пластичность повышается. Такая обработка называется возвратом или отдыхом.

Рис. 2.29. Влияние пластической деформации на механические свойства металла:

σ1— предел прочности; δ — относительное удлинение; HRB — твердость; ϝ — степень пластической деформации

Рис. 2.30. Изменение структуры при пластической деформации металла:

а — структура металла до деформации; б — структура металла после первой операции деформации; в — структура металла после окончательной деформации

При дальнейшем повышении температуры подвижность атомов возрастает и среди вытянутых зерен идет интенсивное зарождение и рост равноосных зерен. В результате металл приобретает структуру и свойства, которые имел до наклепа (рис. 2.31). Это явление называется рекристаллизацией.

Температура начала рекристаллизации зависит от природы металла — его температуры плавления, а также от того, чистый это металл или сплав:

где Tp и Tпл— соответственно температура рекристаллизации и плавления, К; α — коэффициент, зависящий от чистоты металла и типа сплава, для технически чистых металлов и сплавов он составляет 0,3. 0,4, для сплавов типа твердый раствор — 0,5. 0,6, а в некоторых случаях достигает 0,8.

Рис. 2.31. Влияние нагрева на механические свойства наклепанного металла: σ, — предел прочности; δ — относительное удлинение; σ0,2 — напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2% от первоначальной длины образца

Температура рекристаллизации играет важную роль в процессах обработки металлов давлением. Обработка, производимая ниже температуры рекристаллизации, вызывает наклеп и называется холодной обработкой давлением. Если обработка выполняется при температурах, превышающих температуру рекристаллизации, то это горячая обработка давлением, при которой наклепа не возникает.

Поскольку температура рекристаллизации зависит от температуры плавления, то и пограничные температуры, разделяющие обработку на горячую и холодную, для разных металлов сильно отличаются. Так, пластическая деформация свинца при комнатной температуре является горячей обработкой и не вызывает наклепа. Действительно, температура плавления свинца составляет 327 °С, или 600 К. Определим температуру рекристаллизации Тр для а = 0,4 (чистый металл): Тр = 600 0,4 = 240 К = -33 °С. Таким образом, свинец будет упрочняться за счет пластической деформации, если ее выполнять при отрицательных температурах.

На практике для снятия наклепа металл нагревают до более высоких температур, чтобы ускорить процесс рекристаллизации. Эта операция называется рекристаллизационный отжиг. Он необходим при производстве заготовок (например, проволоки, ленты в металлургическом производстве) и деталей методами холодной пластической деформации. Так, после прокатки заготовки до определенного диаметра ее пластичность понижается настолько, что дальнейшая холодная обработка невозможна, потому что металл будет разрушаться. Для проведения дальнейшей прокатки и выполняется рекристаллизационный отжиг с целью восстановления исходной пластичности (см. рис. 2.31). При этом структура металла не должна быть крупнозернистой, так как высокая пластичность наряду с прочностью присуща мелкозернистым сплавам.

Лазерное упрочнение

Увеличение износостойкости готовых изделий одна из основных актуальных проблем в машиностроении. Одним из технологических решений является упрочнение поверхностного слоя изделия за счёт изменения его структуры. Упрочнение поверхности может быть достигнуто различными методами: химико-термическим, плазменным, лазерным , здесь мы рассмотрим лазерное упрочнение.

Физико-механические свойства поверхностных слоев, упрочненных лазерным излучением, связаны с высокими скоростями нагрева и охлаждения. Упрочнение материалов лазерным излучением основано на локальном нагреве участка поверхности под воздействием излучения и последующем охлаждении этого поверхностного участка с высокой скоростью в результате теплоотвода тепла во внутренние слои металла. Эти условия обеспечивают высокие скорости нагрева и охлаждения обрабатываемых поверхностных участков. В результате специфических тепловых процессов на поверхности обрабатываемых деталей возникает мелкодисперсная приповерхностная структура. На обрабатываемой детали образуется своеобразная скорлупа, с повышенными прочностными характеристиками.

Важнейшим преимуществом этой технологии является то, что поверхностное термоупрочнение на глубину 0,1 – 0,5 мм осуществляется за счет структурно-фазовых изменений поверхностных слоев исходного материала путем управляемого воздействия на обрабатываемую поверхность готовой детали лазерным излучением специализированного для этой технологии лазера без какой-либо наплавки, без оплавления поверхности, без нарушения макро- и микрогеометрии и, соответственно, без необходимости какой-либо последующей обработки. Широкое применение лазерная поверхностная обработка находит для повышения долговечности, надежности деталей различных машин и приборов во многих отраслях промышленности: химическом машиностроении, автомобильной промышленности, судостроении, авиастроении и т. д.

Применение

Лазерное упрочнение инструментальной оснастки и режущего инструмента

Наиболее широкая область применения лазерной поверхностной обработки — инструментальное производство, например изготовление и эксплуатация режущего инструмента, элементов штамповой оснастки.

Лазерное упрочнение позволяет снизить в 3—4 раза износ инструмента путем повышения его поверхностной твердости при сохранении общей высокой динамической прочности, повышения теплостойкости, снижения коэффициента трения пары режущий инструмент — заготовка. Упрочнение может проводиться по передней или задней поверхности, а также одновременно по двум поверхностям.

Внедрение технологии лазерного упрочнения инструмента из сталей с пониженным содержанием вольфрама позволяет помимо повышения его стойкости значительно сократить расход дефицитной быстрорежущей стали.

Лазерное упрочнение приводит к повышению износостойкости штампов в 2 раза и более. Упрочнение пуансонов обычно проводиться по боковым поверхностям. При этом возможна многократная переточка пуансонов. При упрочнении по передней поверхности после очередной переточки кромки требуется повторная лазерная обработка.

Эффективно применение лазерного излучения для повышения работоспособности породоразрушающего инструмента для машин горнодобывающей промышленности. Здесь применение лазерной обработки приводит к росту износостойкости резцов комбайнов в 2—3 раза.

Изготовление коленчатых валов

Широкое применение лазерная поверхностная обработка находит для повышения долговечности, надежности деталей различных машин и механизмов во многих отраслях промышленности: химическом машиностроении, автомобильной промышленности, судостроении, авиастроении, сельском хозяйстве и т. д.

В автотракторостроении лазерное упрочнение применяется для повышения износостойкости распредвалов, коленвалов, шестерен заднего моста, рабочих поверхностей клапанов, клапанных седел, поршневых канавок, компрессионных колец, рычагов и других деталей. В нефтепромысловом оборудовании лазерное упрочнение применяют для повышения усталостной прочности резьбовой части замковых соединений.

Читать еще:  Слизанный винт в авто — как открутить за минуту

Дробеструйное упрочнение металла

Все слышали о дробеструйном упрочнении металла, но не все понимают, что это такое. Разберем все по полочкам в нашей статье.

Дробеструйное упрочнение — зачем оно нужно?

Одной из современных проблем промышленного производства является повышение прочности деталей и конструкций, наиболее активно подвергающихся износу. Одним из эффективных способов решения данной проблемы является дробеструйное упрочнение материалов.

Что вы узнаете из этой статьи:

1 Технологические секреты дробеструйного упрочнения

В настоящее время уровень развития дробеструйной техники позволяет упрочнять конструкции и их комплектующие практически любых размерных параметров и форм. При этом эксплуатационный период для обрабатываемой детали или материала может увеличиваться в 9 раз. В результате дробеструйного упрочнения значительно сокращается количество трещин и истонченных участков поверхностей, испытывающих повышенные рабочие нагрузки. Каким образом удается добиться подобных результатов?

В процессе воздействия дробеструйного аппарата абразивной смесью на поверхность происходят многочисленные интенсивные удары дроби по материалу. В итоге создается остаточное напряжение сжатия на внешнем слое обрабатываемой детали. И выполняется уравновешивание напряжения на растяжение, испытываемое деталью при эксплуатации.

В качестве материала для дробеструйного упрочнения служат следующие виды абразива:

  • Сферическая стальная дробь;
  • Шарообразная стеклянная крошка;
  • Обработанная специальным образом режущая металлическая проволока.

В современных установках предусмотрено наличие оборудования для регенерации абразивного материала с последующей сортировкой и повторного использования.

2 Сферы применения дробеструйного упрочнения

В настоящее время существует 3 направления производственной деятельности, эффективную работу в которых невозможно представить без дробеструйного упрочнения:

  1. Судостроение;
  2. Автомобилестроение;
  3. Авиастроение.

Применяется способ и для других производственных сфер, в которых металлические детали подвергаются циклическому напряжению. Однако, именно в указанных отраслях промышленности, она является необходимой к применению.

В сфере автомобилестроения обязательному упрочнению подвергаются все цилиндрические пружины, в том числе торсионные механизмы и листовые рессоры. Кроме того, при помощи данной технологии выполняется обработка различных осей, коленчатых и первичных валов, шатунов, а также комплектующих коробки передач и редукторов.

В авиации дробеструйная обработка с целью упрочнения поверхностей является обязательной при работе над созданием следующих узлов: вентиляционных лопастей, валов и дисков турбин. Кроме того, технология освоена и для упрочнения профиля обшивки самолетов.

В судостроении дробеструйному упрочнению кроме описанных конструкций и деталей подвергаются все виды турбин и лопасти корабельных двигателей.

3 Возможности аппарата дробеструйного упрочнения

Упрочнение при помощи дробеструйной техники выполняется на основе воздействия сжатой воздушной массы. При этом используются одно или несколько сопел одновременно. Возможна обработка деталей небольшого размера, а также в случае деликатного упрочнения комплектующих, имеющих сложную конструкцию. Также можно организовать обработку одновременно несколько деталей. Управление и контроль работы установки осуществляется при помощи специального программного комплекса.

Современные установки дробеструйного упрочнения позволяют проводить постоянный мониторинг и управление траекторией движения сопла. Кроме того, существует возможность контролировать следующие процессы:

  • Расход абразивного материала;
  • Направление подачи абразива;
  • Скорость поступления дроби;
  • Износ и устранение эрозии турбинных лопастей;
  • Оптимизация работы всей системы.

Многолетний опыт наших сотрудников показал значительно увеличение срока работы конструкций, прошедших дробеструйное упрочнение. Мы готовы проконсультировать Вас по вопросам выбора соответствующего оборудования. Для этого обратитесь к нашим специалистам по телефону 8-800-555-95-28, электронной почте или через онлайн-формы на сайте.

Сварщик в белом халате

Александр ДАВИДЬЯНЦ

Электроконтактные технологии упрочнения и восстановления металла, созданные специалистами научно-технического центра (НТЦ) транспортных технологий МГУПСа, позволяют ремонтировать детали подвижного состава и путевой техники, продлевая срок их службы в несколько раз. Подробнее о новых методах ремонта «Гудку» рассказал начальник НТЦ доктор технических наук Сергей Петров.

– Какой принцип заложен в основу вашей технологии упрочнения металла?
– Изучив десятки способов сварки, мы сделали вывод, что при упрочнении металла можно повысить не только его твердость, но и пластичность, ударную вязкость.
Это можно сделать с помощью электроконтактной технологии, при которой для получения мелкодисперсной структуры металл необходимо несколько раз сначала быстро нагреть до высокой температуры (в интервале 727 – 1000 градусов), а затем быстро охладить. При этом в зону сварки постоянно подается холодная вода, а ток протекает импульсно.
Таким образом, вместо обычной закалки происходит упрочнение стали, причем любой марки. После такой обработки деталей срок их службы увеличивается в 2 – 7 раз.
После тщательного изучения структуры обработанного на нашей установке металла специалисты ВНИИЖТа дали положительное заключение на новую технологию, рекомендовав ее к применению в отрасли.

– Опишите порядок обработки деталей.
– Вначале оператор закрепляет деталь в шпинделе станка, устанавливает электроды на ее поверхности. Затем необходимо включить подачу охлажденной воды, начать вращение шпинделя и обеспечить подачу импульсного тока. В случае восстановления деталей в зону термообработки подается также сварочная проволока.
За последние годы этот метод ремонта запасных частей постоянно совершенствовался. На современных специализированных машинах обработка металла осуществляется автоматически, по заданной программе. Так что человеческий фактор здесь полностью исключен.
Специалист при такой установке – не просто сварщик, он работает в белом халате, как оператор ЭВМ. Во многих депо наше оборудование обычно размещается в отдельных «офисных» помещениях с евроремонтом.
В отличие от других распространенных способов сварки (плазменного, дугового) электроконтактный является экологически чистым и технологически безопасным производством. В процессе работы не выделяются газы, дым, нет открытой сварочной дуги.
Более того, оператору даже не нужны специальные защитные очки, поскольку «зайчиков» он точно здесь не поймает. А до детали в процессе сварки даже можно дотронуться, поскольку сразу за рабочей зоной она нагревается всего до 50 градусов.
Немаловажно, что при использовании электроконтактной технологии необходимо в 5 – 7 раз меньше электроэнергии. При восстановлении деталей по данной технологии используются недорогие сварочные проволоки, которые тем не менее позволяют получить высокие механические свойства отремонтированной детали. Подобного результата при обычных дуговых технологиях можно достичь, только применяя дорогостоящую легированную проволоку.

– Как широко используется ваша технология на ремонтных предприятиях отрасли?
– Уже несколько лет ОАО «РЖД» закупает у нас аппаратуру электроконтактной технологии по программе «Ресурсосбережение» и направляет оборудование в депо в соответствии с запросами железных дорог.
Все 17 магистралей уже используют нашу технику. 97 установок работают в локомотивных, моторвагонных депо и дистанциях пути. Причем это оборудование двойного назначения – с его помощью можно также восстанавливать старые, изношенные детали.
С 2003 года на предприятия отрасли направляются только современные установки второго поколения УЭКТ-2П.ТВ, предназначенные для упрочнения цилиндрических поверхностей деталей и восстановления геометрических размеров деталей типа «вал».
Другую нашу установку УЭКТ-2П.ПП можно использовать для упрочнения плоских поверхностей деталей, а также для восстановления геометрических размеров плоских и фасонных изделий. На ней мы применили пульт с числовым программным управлением фирмы «Сименс», что позволило обеспечить обработку металла по любой траектории движения электрода.
Параллельно наши ученые решили еще одну сложную задачу. Дело в том, что рабочее напряжение в сети должно быть 380 В, а фактически на предприятиях оно колеблется в пределах от 340 до 420 В. Установкам второго поколения никакие колебания напряжения не страшны за счет примененных схем стабилизации тока.

Читать еще:  Способ нарезания внутренних резьб инструментом с подвижными резьбообразующими гребенками

– Какие детали можно восстанавливать с помощью новой установки?
– Например, в локомотивном депо Зима Восточно-Сибирской магистрали упрочняют и восстанавливают более 30 наименований деталей.
Среди них – валы водяных насосов, цапфы шестерен масляных насосов, оси рычагов клапанных коробок, крестовины, валы приводов масляных насосов, пальцы компрессоров и многое другое. С 2003 по 2006 год здесь восстановлено более 2700 деталей тепловозов. Причем ни одна из них затем не вернулась на повторный ремонт.
А сами установки уже успели окупить себя несколько раз. При хорошей загруженности оборудования затраты на его приобретение возвращаются за 10 месяцев работы.
Скоро в этом депо мы будем внедрять установку УЭКТ с оснасткой для восстановления внутренних поверхностей деталей. Кроме того, обсуждаем возможность применения электроконтактной технологии для упрочнения поверхностей гребней колесных пар.
Не менее эффективно используются наши установки в локомотивном депо Тында Дальневосточной – они постоянно загружены работой.
Поначалу отлично шли дела и в ПЧМ Тосно-2 (Октябрьская дорога). Здесь за несколько лет эксплуатации двух установок большая часть деталей для путевых машин была обработана по технологии ЭКТ. А поскольку срок их службы был значительно продлен, то вскоре объем ремонта здесь резко упал, и одну из установок решили передать ПЧ-23 Ниг-Озеро.

– Где изготавливают ваши установки?
– В МГУПСе не только разработали новую технологию упрочнения и восстановления деталей, но и организовали производство установок УЭКТ. Узлы машин изготавливаются на нескольких заводах, а окончательная сборка аппаратуры налажена в локомотивном депо Москва-Киевская. Здесь же разместился и учебный центр, в котором проходят подготовку будущие операторы установок со всех дорог. За пять лет мы выпустили более 400 специалистов.

Волгоградский государственный технический университет

  • Абитуриенту
    • Приемная комиссия
    • Платное образование
  • Студенту
    • Портфолио
    • Профсоюзная организация
    • Расписание занятий
    • Расписание звонков
    • Расписание экзаменов
    • График защит
    • Рейтинг студента
    • Проект «Буксир» (расписание занятий)
    • Студенческие олимпиады
    • Студенческий совет
    • Документы
    • Платное образование
  • Выпускнику
    • Трудоустройство
  • Сотруднику
    • Вопросы перспективного развития
    • Программа развития опорного университета
    • Показатели работы ППС университета
    • Итоги деятельности
    • Мониторинг
    • Документы
  • Аспиранту
Кафедра «Сопротивление материалов»
  • История
  • Заведующий кафедрой
  • Состав кафедры
  • Научные направления
  • Разработки
  • Публикации
  • Изобретения
  • Учебная работа
  • Подготовленные кадры

Технология электромеханической обработки материалов

Сущность технологии

Электромеханическая обработка (ЭМО) — высокоэффективная технология поверхностного упрочнения концентрированными потоками энергии, основанная на комплексном термодеформационном воздействии при пропускании электрического тока большой плотности и низкого напряжения через зону контакта детали и деформирующего электрода-инструмента (ролика или пластины), движущихся во взаимноперпендикулярных направлениях со скоростью V и подачей S.

Схема и технологический комплекс электромеханической обработки

При этом, в результате выделения большого количества джоулева тепла, происходит высокоскоростной (106°С/с) нагрев локального микрообъема поверхности с одновременным его пластическим деформированием и последующее интенсивное охлаждение (105°С/с) за счет отвода тепла в глубь металла. В результате мощного теплового «удара» на поверхности материала формируется упрочненный «белый слой» — уникальная мартенситная структура (гарденит, наноструктурный мартенсит), обладающая высокой прочностью и износостойкостью.

Металлографическая структура белого слоя (электронная, растровая и оптическая микроскопия)

Назначение

Основным назначением ЭМО является обработка поверхностей металлических изделий с целью повышения их эксплуатационных свойств — износостойкости, усталостной прочности, коррозионной стойкости и др., например: повышение износостойкости подвижных сопряжений в в зависимости от условий трения и износа; повышение усталостной прочности на и долговечности (более чем на порядок) деталей, работающих при циклических нагрузках; повышение контактной выносливости (например, для стали ШХ15 в раза по сравнению с нитроцементацией).

Области применения

  • упрочнение на глубину до 0,2 мм наружных и внутренних поверхностей цилиндрических и плоских стальных деталей с повышением микротвердости поверхности до 4 раз и одновременным снижением шероховатости на
  • упрочнение поверхностного слоя деталей на глубину с последующей отделкой поверхности шлифованием или обкаткой;
  • упрочнение зубчатых колес, шлицевых валов, гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, поршневых колец, резьбы ходовых винтов, шеек крупногабаритных валов;
  • электромеханическое восстановление размеров обрабатываемой поверхности за счет горячей пластической высадки некоторого объема металла из зоны обработки;
  • импульсное электромеханическое упрочнение, обеспечивающее формирование регулярных структур поверхностного слоя с распределением прочностных и пластических свойств по локальным объемам поверхности в соответствии с конкретными условиями эксплуатации;
  • комбинированная обработка концентраторов напряжений, включающая электромеханический отпуск и последующее поверхностное деформирование (ППД);
  • формирование режущих кромок лезвийного инструмента с применением глубокого упрочнения ЭМО изделий с ограниченным теплоотводом;
  • обработка плазменных покрытий с формированием аморфной и наноструктуры упрочняющих частиц и повышения адгезионной и когезионной прочности покрытия до уровня монолитных материалов.

Основные преимущества

  • экологическая чистота и электробезопасность процессов обработки, отсутствие излучений (в том числе, и вторичного рентгеновского излучения) и выделения вредных веществ;
  • отсутствие необходимости в применении флюсов, поглощающих покрытий, защитных газов, вакуума, электролитов и других специальных расходных материалов;
  • отсутствие окисления и обезуглероживания обрабатываемой поверхности, связанное с тем, что процесс упрочнения протекает в закрытой зоне контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью;
  • высокое качество (низкая шероховатость) упрочненной поверхности;
  • обработка изделий различной конфигурации и типоразмера с получением необходимого качества, возможность обработки пустотелых, длинных нежестких деталей без коробления (ввиду того, что зона высокотемпературного нагрева локализована в точке контакта инструмента с поверхностью), а также крупногабаритных деталей;
  • «индивидуальный подход» к обработке каждой конкретной поверхности с учетом условий эксплуатации и схемы нагружения, возможность обработки поверхности с формированием заданного распределения физико-механических свойств по ее локальным объемам, а также создание регулярных дискретных структур и регулярных микрорельефов поверхности;
  • обработка ограниченных участков без воздействия на соседние, использование для местного нагрева под последующую обработку;
  • возможность гибкого и быстрого изменения режимов и схемы обработки, а также смены инструмента, незначительные затраты на изготовление, обслуживание и эксплуатацию оборудования;
  • возможность использования в качестве заключительного (отделочно-упрочняющего) перехода механической обработки, решающего в то же время задачи специальных операций (термообработки и отделки).

Апробация и внедрение

ОАО «Волгоградский тракторный завод», ОАО «Красный октябрь», ТМКБ «Союз» (Москва), ГУП «Атоммаш» (Волгодонск), Волгоградский завод тракторных деталей и нормалей, Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector