Готовая деталь

921 0 websat

Готовая деталь

Это справедливо для всех деталей, но особенно это очевидно в случае применения химико-термической обработки. Распределение свойств по зонам детали (конструкции) называют полем сопротивления (Я.Б. Фридман) [5]. В полной мере оценить это поле по набору отдельных показателей, в том числе и с использованием оценки распределения микротвердости по сечению готовой детали, не удается. Определенным шагом в этом направлении является использование наиболее значимых показателей с учетом их совместного влияния. Это позволяет в количественной форме оценивать свойства материала детали в объеме, который наиболее нагружен при определенном эксплуатационном режиме. Рассмотрим такой подход на примере цементованных и нитроцементованных автомобильных зубчатых колес. Как уже отмечалось в главе 10, к основным показателям, определяющим прочность и долговечность зубчатых колес, относятся: в условиях контактной и усталостной выносливости — эффективная толщина слоя во впадине между зубьями и микротвердость тонкой поверхностной зоны в этом месте; в условиях циклической и статической прочности при изгибе — эффективная толщина слоя во впадине между зубьями, микротвердость структуры сердцевины и степень неоднородности последней.

Для оценки контактной и усталостной выносливости зубчатых колес, то есть оценки сопротивления их поверхностных слоев внешней нагрузке, рекомендуется критерий Кн = Нвпх hBn (см. рис. 10.24), а для оценки циклической и статической прочности при изгибе, когда в сопротивлении внешнему нагружению участвуют и внутренние объемы деталей, рекомендуется критерий KF = Нсердцх hBn (см. рис. 10.25).

Применение указанных критериев позволило повысить надежность оценки свойств зубчатых колес. Так, при контактных испытаниях колес на стенде коэффициент корелляции между долговечностью и такими показателями, как толщина упрочненного слоя на рабочей поверхности зубьев и во впадине между зубьями, а также микротвердость поверхностной зоны во впадине равен 0,5, 0,77 и 0,67 соответственно (см. рис. 10.22), а между долговечностью и критерием Кн Он уже 0,915 (рис. 10.24).

Данные критерии оценки прочности и долговечности позволяют не только прогнозировать свойства зубчатых колес и обеспечивать их стабильность на предельном уровне, но и управлять технологическим процессом, так как на их основе можно определять оптимальные значения основных показателей упрочнения. В общем случае, чем выше микротвердость поверхностного слоя и сердцевины зубьев, тем меньше должна быть толщина упрочненного слоя. Предлагаемые критерии учитывают не только влияние исходного химического состава стали, но и влияние технологии упрочнения, то есть реальное распределение свойств по зонам деталей.

Новые показатели и критерии свидетельствуют, что свойства материала в переходной зоне профиля зубьев и во впадине между ними определяют прочность зубьев при изгибе и в значительной степени влияют на контактную прочность поверхности зубьев.

В настоящее время стремятся к обеспечению равномерности толщины слоя и его твердости по всему контуру зубчатого колеса. Однако на практике эти показатели во впадине между зубьями, как правило, на 15 — 20% 614 меньше, чем на вершине зубьев, и это считается крупным недостатком.

Как следует из новых критериев, толщина упрочненного слоя во впадине между зубьями и на активных участках профиля зубьев должна быть различной. В первом случае согласно КР толщина слоя должна иметь ограничения, свыше которых усталостная прочность зубьев понижается; во втором случае такого ограничения нет и там, согласно Кн, толщина слоя должна быть больше.

Поэтому наблюдаемую на практике неравномерность толщины слоя (меньше во впадине между зубьями и больше на рабочей поверхности) не следует считать отрицательным явлением, а, наоборот, к такому распределению толщины слоя по контуру зубчатого колеса надо стремиться. Только при таком неравномерном распределении толщины (и микроструктуры) могут быть обеспечены одновременно высокие значения контактной и усталостной прочности зубчатых колес. Следует обратить внимание на важность обеспечения требуемых свойств также и сердцевины зубчатых колес (величины и распределения твердости и микроструктуры).

Оценку реального распределения структуры и свойств материала по зонам детали необходимо проводить для всех деталей независимо от вида упрочняющей обработки. Так, при оценке работоспособности рессор и пружин следует определять толщину и степень обезуглероженности их поверхностных слоев, так как при наличии этого дефекта резко (в 1,5 — 2 раза) снижается предел выносливости. Важность характера распределения поверхностного упрочненного слоя после закалки с нагревом ТВЧ отмечалась ранее (см. рис. 10.11).

В связи с этим основные показатели качества деталей должны находиться в динамическом равновесии: изменение одних должно сопровождаться изменением других. Например, повышение твердости сердцевины должно сопровождаться уменьшением толщины упрочненного слоя. Существующее же сейчас положение, когда показатели качества деталей, соответствуя технической документации, находятся в фиксированных интервалах значений (часто весьма широких) и их значения в отдельности кажутся обоснованными, не способствует обеспечению высоких и стабильных значений прочности и долговечности деталей.

Поэтому конструктор, не снижая требований по прочности и долговечности, должен изменять (даже за пределы ранее установленных интервалов) значения показателей упрочнения деталей: снижать или повышать твердость (микротвердость) слоя и сердцевины, увеличивать или уменьшать толщину упрочненного слоя, изменять соотношения составляющих в микроструктуре и т. п. Рекомендуемые показатели и критерии качества деталей позволяют делать это обоснованно и целенаправленно, а также создают надежную основу для стабилизации свойств деталей на высоком уровне путем уточнения и оптимизации значений показателей качества их упрочнения. Следует особо отметить, что эти критерии дают возможность оценивать взаимодействие поверхностного слоя (в том числе и поверхностной зоны) и сердцевины не только на финишной части обработки деталей (закалки), но и на стадии диффузионного насыщения при химико-термической обработке. Весьма важно отметить, что они позволяют оценивать качество упрочнения деталей целенаправленно с учетом условий будущей эксплуатации.

 

При разработке основных показателей и критериев оценки прочности и долговечности конкретных деталей в максимальной степени надо учитывать действующие нагрузки, ибо качество материала определяется не набором отдельных свойств, а в значительной степени его работоспособностью в конструкции и при определенных условиях нагружения. Так преимущество по износостойкости высокопрочного чугуна перед серым чугуном при испытаниях на машине возвратно-поступательного действия в 25 — 30% полностью исчезает при наложении вибрации. При наличии вибрации износостойкость гильз цилиндров ДВС в условиях неустановив- шихся нагрузочных и скоростных режимов уменьшается в 8—10 раз (В.Е. Канарчук).

Комментарии