Pagrindiniai metalų ir lydinių stiprinimo būdai: legiravimas formuojant kietus tirpalus; plastinė deformacija; išsklaidytų išmetimų kūrimas; grūdinimas terminiais metodais; stiprinimas cheminiais-terminiais metodais.
Stiprinimas legiruojant
Palankios konstrukcijos suformavimas ir patikimas detalių veikimas užtikrina racionalų legiravimą, grūdelių rafinavimą ir geresnę metalo kokybę.
Stiprinimas legiravimo metu didėja proporcingai legiruojančio elemento koncentracijai kietame tirpale. Reikia atsiminti, kad įvairių legiravimo elementų tirpumas pagrindinėse lydinio fazėse yra ribotas ir tai priklauso nuo santykinio komponentų atominių spindulių skirtumo. Įvairių tipų kietų tirpalų (pakaitinių, intersticinių, tvarkingų, netvarkingų ir kt.) susidarymas sukuriamas derinant įvairius dislokacinius darinius, turinčius įvairias stiprumo charakteristikas.
Grūdų rafinavimas atliekamas legiruojant ir termiškai apdorojant. Veiksmingiausias struktūros tobulinimas pasiekiamas naudojant aukštos temperatūros termomechaninį apdorojimą. Tai apima plastinę austenito deformaciją, po kurios virsta martensitu. Dėl aukštos temperatūros termomechaninio apdorojimo užtikrinamas palankiausias didelio stiprumo ir padidinto plastiškumo, kietumo ir atsparumo lūžiams derinys. Stiprinimas didėja didėjant ištirpusio legiruotojo elemento koncentracijai ir geležies bei šio elemento atominių spindulių skirtumui. Lėtai aušinamo ferito kietumas stipriausiai didėja (10.1 pav.) Si, Mn, Ni , t. y. tie elementai, kurie turi skirtingą Fe α kristalinė gardelė. Silpnesnė įtaka Mo, V ir Cr , kurių gardelės yra izomorfinės Fe α . Lydinio grynumo didinimas pasiekiamas metalurginiais metodais pašalinant kenksmingas sieros, fosforo, dujinių elementų – deguonies, vandenilio, azoto – priemaišas.
Kai į plieną įterpiami legiravimo elementai, kurių tirpumas geležies grotelėje gali skirtis priklausomai nuo temperatūros, atsiranda efektas, vadinamasdispersinis kietėjimas. Norėdami tai padaryti, reikia gauti persotintą kietą tirpalą su padidinta ištirpusio elemento koncentracija. Toks kietas tirpalas yra nesubalansuotas ir linkęs irti. Persotinto kieto tirpalo skilimo kambario temperatūroje procesas vadinamasnatūralus senėjimas. Su šiek tiek šildymudirbtinis senėjimas.
Senėjimo metu elemento perteklius išsiskiria iš tirpiklio metalo kristalinės gardelės mažyčių dalelių, vadinamų.dispersinė fazė.
Disperguota fazė, tolygiai pasiskirsčiusi kietame tirpale, iškreipia pastarosios kristalinę gardelę ir keičia lydinio mechanines savybes. Kietumo ir stiprumo padidėjimas pastebimas tik tada, kai išlaikomas dispersinės fazės ir kieto tirpalo atominių kristalų gardelių koherentiškumas (tolydumas).
Dispersinis kietėjimas yra susijęs su difuzijos procesais, todėl senėjimo trukmė turi didelę įtaką dispersinio kietėjimo poveikiui. Dispersinis grūdinimas sudėtingame legiruotoje pliene su keliais legiravimo elementais dažnai pasireiškia visiškai kitaip nei plieno su vienu legiravimo elementu. Papildomi legiravimo elementai gali padidinti arba sumažinti pagrindinio elemento tirpumą, sukeldami sukietėjimą nuo kritulių ir taip padidinti arba sumažinti medžiagos kietėjimo poveikį. Dispersinis grūdinimas lydi įprastą plieno terminio apdorojimo procesą ir turi didelę įtaką jo savybėms. Stiprinimo fazės plienuose gali būti karbidai, nitridai, intermetaliniai junginiai, cheminiai junginiai ir kt.
Kietėjimas plastine deformacija
Dėl šaltosios plastinės deformacijos kinta metalo savybės: didėja stiprumas ir elektrinė varža, mažėja plastiškumas, tankis, atsparumas korozijai. Šis reiškinys vadinamas grūdinimas ir gali būti naudojamas metalinių medžiagų savybėms keisti. Kuo stipriau kinta šaltai apdirbto metalo savybės, tuo didesnis deformacijos laipsnis. Metalai pradinėje deformacijos stadijoje kietėja intensyviau, o didėjant deformacijai mechaninės savybės šiek tiek pakinta (1 pav.). Didėjant deformacijos laipsniui, takumo riba didėja greičiau nei tempiamasis stipris. Stipriai šaltai grūdintų metalų abi charakteristikos lyginamos ir pailgėjimas tampa lygus nuliui. Ši sukietėjusio metalo būsena vadinama ribine; jei bandysite tęsti deformaciją, gali atsirasti metalo sunaikinimas. Dėl grūdinimo galima padidinti kietumą ir atsparumą tempimui 1,5 3 kartus, o takumo ribą - 3-7 kartus. Metalai su fcc grotelėmis yra stiprinami stipriau nei metalai su bcc grotelėmis. Tarp lydinių su fcc grotelėmis stipriau sutvirtinami tie, kuriuose sukrovimo gedimo energija yra minimali (austenitinis plienas ir nikelis intensyviai grūdinami, o aliuminis tik šiek tiek sutvirtintas).
Ryžiai. 1. Mechaninių savybių priklausomybė nuo deformacijos laipsnio
Kietėjimas sumažina metalo tankį dėl atomų išsidėstymo sutrikimų, didėja defektų tankis ir susidaro mikroporos. Tankio mažinimas naudojamas siekiant padidinti dalių, kurios eksploatacijos metu patiria kintamą apkrovą, ilgaamžiškumą. Labiausiai paplitęs šalto plastiko paviršiaus deformacijos būdas yra šratymas. Jį sudaro šratų dalelių smūgis į apdorotą paviršių, pagreitintas išcentriniuose arba pneumatiniuose šratinio pūtimo įrenginiuose. Tam naudojamas plieninis arba ketaus šratinys, kurio matmenys 0,5 2,0 mm. Detalės paviršiaus apdirbimo laikas neviršija 2 3 min., o paviršinio sluoksnio storis yra 0,2 0,4 mm.
Paviršiaus sukietėjusiame sluoksnyje didėja kristalinės gardelės defektų tankis, gali keistis grūdelių forma ir orientacija. Paviršiniuose sluoksniuose susidaro gniuždymo įtempiai, kurie stabdo įtrūkimų atsiradimą ir vystymąsi. Srautinis pūtimas gali būti efektyvus įvairios sudėties plienams ir po įvairių terminio apdorojimo (atkaitinimo, normalizavimo, grūdinimo, gerinimo, karbonizavimo ir kt.).
Pagrindinis šratinio pūtimo tikslas – padidinti nuovargio stiprumą. Taip apdorojamos spyruoklės, spyruoklės, krumpliaračiai, įvairūs velenai ir kt. Ypatingai efektyvus yra detalių šratavimas su filė, grioveliais, grubaus apdirbimo pėdsakais ir kitais įtempių koncentratoriais. Palyginimui, 7.1 lentelėje pateikti kai kurių mašinos dalių atsparumo nuovargio gedimui didinimo pavyzdžiai.
1 lentelė.
|
p/p |
Dalies pavadinimas |
σ -1, MPa |
|
|
Prieš apdorojimą |
Po apdorojimo |
||
|
Krumpliaratis po grūdinimo iš plieno 45 |
|||
|
Automobilio priekinės pakabos spyruoklės pagamintos iš 65G plieno |
|||
|
Variklio vožtuvų spyruoklės pagamintos iš 50HFA plieno |
|||
Jei struktūros ir savybių pokytis dėl plastinės deformacijos yra nepageidaujamas, jį galima pašalinti vėliau termiškai apdorojant ir atkaitinant perkristalizaciją.
Stiprinimas terminiais metodais
Temperatūros poveikis įvairioms medžiagoms, siekiant pakeisti jų struktūrą ir savybes, yra labiausiai paplitęs grūdinimo būdas šiuolaikinėse technologijose. Šis poveikis gali būti atliekamas dažniau esant teigiamai temperatūrai, rečiau esant neigiamai temperatūrai ir gali būti derinamas su cheminiais, deformaciniais, magnetiniais, elektriniais ir kitais procesais.
Pagal klasifikaciją A.A. Bochvaras, pagrįstas metalo fazių ir struktūrinių transformacijų tipais, išskiria šiuos terminio apdorojimo tipus:
Faktinis terminis apdorojimas;
Termo-mechaninis apdorojimas;
Cheminis terminis apdorojimas
Tikrasis terminis apdorojimassuteikia tik temperatūros poveikį metalui ar lydiniui. Plieno valdomi konstrukciniai fazės procesai, užtikrinantys reikiamą fazės ir dislokacijos struktūrą, atsiranda dėl alotropijos.
Termo-mechaninis apdorojimas(TMO) šiluminio poveikio ir plastinės deformacijos derinys. TMT leidžia išgauti didesnes plieno stiprumo ir kietumo-plastines savybes nei po įprasto grūdinimo ir žemo grūdinimo. Teigiamas papildomas poveikis TMT metu paaiškinamas preliminariu austenito sukietėjimu plastinės deformacijos metu. Šio sukietėjimo pasekmės perkeliamos į martensitą kietėjimo metu atsirandančių papildomų dislokacijų pavidalu, kuriuos pridėjus prie vėlesnės martensitinės transformacijos metu atsiradusių dislokacijų susidaro tankesnė dislokacijos struktūra. Toks didelis dislokacijos tankis (iki 10 13 cm -2 ) nesukelia įtrūkimų kietėjimo metu. Yra du termomechaninio apdorojimo tipai: aukšta temperatūra (HTMT) ir žema temperatūra (LTMT). HTMT metu austenitas deformuojasi aukštesnėje nei A linijos temperatūroje C3 iki 20-30% deformacijos. LTMT metu peršalusi medžiaga deformuojama iki 400 600 0 Naudojant austenitą, deformacijos laipsnis yra 75-90%.
Cheminis terminis apdorojimas(CTO) cheminių ir šiluminių efektų derinys, siekiant pakeisti detalės paviršiaus sluoksnio sudėtį, struktūrą ir savybes reikiama kryptimi. Tokiu atveju metalinės medžiagos paviršius prisotinamas atitinkamu elementu ( C, N, B, Al, Cr, Si, Ti tt) difuzijos būdu atominėje būsenoje iš išorinės aplinkos (kietos, dujinės, garų, skysčio) aukštoje temperatūroje.
Cheminis terminis apdorojimas susideda iš trijų pagrindinių etapų:
Difuzinio elemento išskyrimas atominėje būsenoje dėl išorinėje aplinkoje vykstančių reakcijų;
Difuzinio elemento atomų kontaktas su plieno gaminio paviršiumi ir jų įsiskverbimas (ištirpimas) į geležies gardelę (adsorbcija);
Sočiųjų elementų atomų difuzija giliai į metalą.
Paviršiaus grūdinimas
Tarp paviršiaus grūdinimo būdų plačiausiai naudojamas paviršiaus grūdinimas, apdorojimas lazeriu ir elektrinis kibirkštinis legiravimas.
At paviršiaus grūdinimasIki tam tikro nurodyto gylio sukietinamas tik viršutinis sluoksnis, o gaminio šerdis lieka nesukietėjusi.
Pagrindinis paviršiaus grūdinimo tikslas – padidinti ruošinio kietumą, atsparumą dilimui ir patvarumo ribą. Gaminio šerdis išlieka klampi ir sugeria smūgines apkrovas. Paviršiaus grūdinimas atliekamas keliais būdais: kaitinant aukšto dažnio srovėmis; šildymas
Paviršiaus grūdinimas atliekamas keliais būdais: kaitinant aukšto dažnio srovėmis (HFC); šildymas dujine liepsna.
Aukšto dažnio grūdinimą pirmasis pasiūlė V. P. Vologdinas. Grūdinant šiuo būdu, plieno gaminys dedamas į induktoriaus vidų spiralės arba kilpos pavidalu (2 pav.). Aukšto dažnio srovė tiekiama iš generatoriaus į induktorių. Tekant srovei per induktorių gaminio paviršiaus sluoksniuose, dėl indukcijos atsiranda priešingos krypties srovė, kaitinanti plieną.
Dėl to, kad HDTV kaitinimo greitis yra žymiai didesnis nei kaitinimo greitis krosnyje, pliene vyksta fazinės transformacijos esant aukštesnei temperatūrai, o kaitinimo temperatūra pakyla. Pavyzdžiui, kaitinant aukštu dažniu 400 °C/s greičiu, plieno 40 kietėjimo temperatūra nuo 840...860 °C pakyla iki 930...980 °C. Pakaitinus aukšto dažnio plieną iki kietėjimo temperatūros, produktas atšaldomas vandeniu. Grūdinant aukšto dažnio šiluma, gaunama labai dispersinė martensito kristalų struktūra, kuri suteikia didesnį plieno kietumą ir stiprumą nei kaitinant krosnyje.
Ryžiai. 2. Šildymo kontūras su aukšto dažnio srovėmis: 1 dalis; 2 induktorius; 3 magnetinis laukas; aš srovės kryptis induktoriuje; II srovės kryptis dalyje
Yra šie indukcinio šildymo grūdinimo būdai:
Vienu metu viso paviršiaus šildymas ir vėsinimas; šis metodas taikomas gaminiams su mažu paviršiumi (pirštai, voleliai, ašiniai įrankiai);
Nuoseklus atskirų sekcijų šildymas ir aušinimas: naudojamas alkūninio veleno kakliukų grūdinimui (vieno po kito kakliuko kaitinimas ir grūdinimas nuosekliai), krumpliaračiai, kurių modulis didesnis nei 6 (grūdinimas „dantis prie danties“), skirstomojo veleno kumšteliai ir kt.
Nuolatinis nuoseklus šildymas ir vėsinimas. Metodas naudojamas grūdinant ilgus velenus, ašis ir kt. Taikant šį metodą, gaminys juda stacionaraus induktoriaus ir aušinimo įtaiso (purkštuvo) atžvilgiu arba atvirkščiai. Palyginti su pirmuoju metodu, didelės sumontuotos generatoriaus galios nereikia.
At grūdinimas kaitinant deguonies dujų degiklio liepsna, esant 2000...3000 °C temperatūrai, tam tikras paviršiaus plotas labai greitai įkaista iki kietėjimo temperatūros, po to į šią vietą nukreipiama vandens srovė iš specialaus aušintuvo. Perkeliant degiklį paviršiaus atžvilgiu ir tuo pačiu aušintuvą sekantį degiklį, galima sukietinti didelį stambių gabaritų gaminių paviršių.
Dėl didelio šilumos kiekio tiekimo gaminio paviršius greitai įkaista iki kietėjimo temperatūros, o detalės šerdis nespėja įkaisti. Vėlesnis greitas aušinimas užtikrina paviršinio sluoksnio sukietėjimą. Kaip kuras naudojamas acetilenas, apšvietimo ir gamtinės dujos, taip pat žibalas. Šildymui naudojami plyšiniai degikliai (turintys vieną plyšio formos angą) ir daugialiepsniai degikliai.
Sukietėjusio sluoksnio storis paprastai yra 2 4 mm, o jo kietumas – 50 56 H.R.C. . Martensitas susidaro ploname paviršiniame sluoksnyje, o troosto-martensitas – apatiniuose sluoksniuose. Kietinimas liepsna sukelia mažesnę deformaciją nei tūrinis grūdinimas ir dėl didelio kaitinimo greičio išlaikomas švaresnis paviršius.
Liepsnos grūdinimo procesas gali būti lengvai automatizuotas ir integruotas į bendrą apdirbimo eigą. Didelėms dalims šis grūdinimo būdas dažnai yra ekonomiškesnis nei indukcinis grūdinimas.
Esmė grūdinimas lazeriususideda iš galingo impulsinio (arba nenutrūkstamo) itin didelio energijos tankio šviesos pluošto poveikio, dėl kurio paviršius akimirksniu įkaista iki aukštų temperatūrų, viršijančių metalo struktūrinių fazių virsmų temperatūras ir lydymosi temperatūrą. Atsižvelgiant į itin didelius aušinimo greičius, kurie 10 100 kartų viršija aušinimo greitį aušinimo metu, medžiagos paviršiuje susidaro itin smulkiagrūdė ar net pseudoamorfinė struktūra su padidintu kietumu (20-30%). .
Lazerinio apdorojimo technologiniai procesai turi daug neabejotinų pranašumų, palyginti su kitais paviršiaus grūdinimo būdais:
Lengvas lazerio spindulio transportavimas, nesant kietinamo paviršiaus mechaninio kontakto su energijos poveikio šaltiniu;
Dozuotos energijos poveikio galimybė;
Galimybė įgyvendinti kietėjimo procesą vakuuminėje, dujų ir skysčio aplinkoje;
Platus energetinio ir kombinuoto fizinio bei cheminio poveikio spektras grūdinamam paviršiui.
Lazeriniai optiniai kvantiniai generatoriai (OQG), leidžiantys gaminti didelės energijos koncentracijos elektromagnetinę spinduliuotę.
Lazerių naudojimas terminiam apdorojimui pagrįstas šviesos energijos pavertimu šiluma. Didelė energijos koncentracija optinio kvantinio generatoriaus šviesos sraute leidžia paviršių įkaitinti iki terminio apdorojimo temperatūros per labai trumpą laiką.
3 pav. Kompozicinės struktūros schema terminio apdorojimo lazeriu metu
Lazerinio apdorojimo technologinius procesus lemia lazerio švitinimo sąveika su medžiaga ir priklauso nuo apdorojamų medžiagų termofizinių ir optinių savybių. Pagrindiniai lazerio spinduliuotės sąveikos su medžiaga etapai yra redukuojami iki šių procesų: šviesos srauto sugertis elektronais ir energijos perdavimas į kietosios medžiagos kristalinę gardelę, medžiagos kaitinimas jos nesunaikinant, medžiagos sunaikinimas šviesos srauto įtakos zona, skilimo produktų sklaida ir aušinimas pasibaigus šviesos impulsui. Lygiagrečiai su šiais procesais apdorojamoje medžiagoje vyksta aktyvios difuzijos ir cheminės reakcijos bei fazių virsmai, kurie žymiai pakeičia pradinę struktūrą ir turi įtakos pačiai lazerio spinduliuotės sąveikai su medžiaga.
Sukietėjęs paviršius yra sudėtinė struktūra (3 pav.):
1 - sluoksnis yra išlydyto ir greitai kristalizuoto metalo zona, 2 - termiškai paveikta zona, kurioje visi struktūriniai pokyčiai vyksta kietoje būsenoje. Tada stebimas pereinamasis sluoksnis 3 ir 4 - pagrindinė medžiaga.
Terminis apdorojimas lazeriu leidžia padidinti sukietėjusių medžiagų kietumą ir atsparumą dilimui. Kietumas priklauso nuo anglies ir legiravimo elementų koncentracijos stiliuje. Vidutinio ir didelio legiruoto anglies ir įrankių plienai yra gerai grūdinti. Plienas su mažu anglies kiekiu ir didelio stiprumo mažai legiruotas plienas apdirbant lazeriu yra blogai grūdinamas. Terminis apdorojimas lazeriu neturi įtakos plieno atsparumui tempimui ir takumo ribai.
Elektros parko lydinys (ESA)reiškia grūdinimo technologijas, pagrįstas medžiagų sąveika su labai koncentruotais energijos ir medžiagos srautais. Sustiprintas sluoksnis susidaro dėl sudėtingų plazmos-cheminių, termofizinių ir mechanoterminių procesų, realizuojamų mikrolokalinėse medžiagos sąveikos su vienu kibirkštiniu išlydžiu srityse.
ESA procesas apima šiuos veiksmus (4 pav.):
1. Perpildymas. Kai elektrodas-įrankis artėja prie grūdinamo metalo paviršiaus tam tikru atstumu, atsiranda impulsinė elektros iškrova, kurios trukmė yra 10-6 …10 -3 Su. Dėl to ant anodo (lydinio elektrodo) ir katodo (sukietėjusios dalies) paviršių susidaro vietiniai elektrinės erozijos destrukcijos centrai.
2. Elektros erozija. Tai yra sudėtingas naikinimo procesas, apimantis lydymą, garavimą, termotrapus ir kitus mechanizmus. Erodijanti legiruotojo elektrodo masė turi perteklinį teigiamą iškrovą, patekusi į tarpelektrodų erdvę, ji veržiasi į katodo dalies paviršių, pagreitindama ir kaitindama dėl anodo ir katodo elektrinio lauko.
4 pav. Fizikinių procesų schema tarpelektrodiniame tarpelyje elektrinio kibirkštinio legiravimo metu: a) lydymosi stadija; b) elektros erozija; c) – fizikinė-cheminė sąveika
5 pav. Medžiagos kompozicinės struktūros schema po elektrinio lydinio: 1 plonasluoksnių arba ištisinių darinių zona; 2 anodo ir katodo medžiagų mišinio zona; 3 zona, susidariusi dėl legiruojamųjų elektrodų elementų difuzijos sustiprintoje katodo dalies matricoje; 4 termiškai paveikta zona sklandžiai pereinanti į pagrindinės medžiagos struktūrą -5.
3. Fizikinė-cheminė sąveika. Judant anodinė erozijos masė patenka į fizinę ir cheminę sąveiką su tarpelektrodine terpe ir katodo dalies lakiaisiais erozijos produktais. Iki nusodinimo eroduotos masės fragmentai neša elektros, kinetinę ir šiluminę energiją, kuri, sąveikaudama su sukietėjusiu paviršiumi, išsiskiria didelės galios šiluminio impulso pavidalu. Nusodinus eroduotą masę, sukietėjusį paviršių veikia vibracinio pobūdžio kontaktiniai-deformacijos efektai. Didelės koncentracijos energetinis poveikis skatina lydinčius ESA mikrometalurginius energijos ir masės perdavimo konvekcinius-difuzinius procesus.
Sukietėjęs paviršius yra kompozitinė konstrukcija (5. pav.).
Viršutinį sluoksnį sudaro plonasluoksnė „sala“ arba ištisiniai dariniai, susidedantys iš anodo medžiagos ir tarpelektrodinės terpės. Šio sluoksnio tęstinumas priklauso nuo kietėjimo režimų ir sąlygų. Po viršutiniu sluoksniu yra zona, vaizduojanti anodo ir katodo medžiagų mišinį, susidariusį dėl jonų-plazmos ir lašelių fazių kondensacijos ant stiprinamo paviršiaus. Po to seka sluoksnis, susidaręs dėl legiruojamųjų elektrodų elementų difuzijos stiprinant katodo dalies matricą. Po juo yra termiškai paveikta zona, kuri vaizduoja transformuotą pradinės medžiagos struktūrą su pakitusiu kristalinės struktūros defektų tankiu dėl impulsinio šiluminio poveikio. Judant gilyn, termiškai paveiktos zonos struktūra sklandžiai virsta pagrindinės medžiagos struktūra. Priklausomai nuo elektrinio kibirkštinio legiravimo režimų, kiekvieno sluoksnio kietėjimo dydis ir laipsnis gali skirtis plačiame diapazone, tačiau termiškai paveiktoje zonoje visada yra didžiausias storis, o tai daugeliu atvejų lemia paviršiaus eksploatacines savybes.
Pagrindinė ESA proceso energinė charakteristika yra vienos kibirkšties iškrovos energija, kurią lemia:
= , (1)
kur t ir - vienos kibirkšties iškrovos trukmė; U(t) ir I(t ) įtampa ir srovė impulse.
Glaudus ryšys tarp kristalinės struktūros defektų tankio, modifikuotos struktūros difuzinio-klijavimo aktyvumo ir perdavimo koeficiento yra pagrindas kuriant originalias technologijas, skirtas pagerinti sutvirtinimo kokybę naudojant ESA. Tai visų pirma apima nuoseklų paviršiaus plastinės deformacijos ir elektrinio kibirkštinio lydinio derinį, kuris leidžia padidinti legiruotojo dangos storį iki kelių dešimtųjų milimetro, sumažinti liekamųjų įtempių lygį ir stabilizuoti struktūrą sumažinant. poringumas.
Plieninis cementavimas
Cementavimas Paviršinio plieno sluoksnio prisotinimo anglimi procesas vadinamas. Yra du pagrindiniai karburizacijos tipai: kietas anglies turintis mišinys (karbiuratoriai) ir dujos. Karburizavimo tikslas – išgauti kietą dilimui atsparų paviršių, kuris pasiekiamas paviršinį sluoksnį prisodrinus anglimi iki 0,8 1,2 % koncentracijos ir vėliau grūdinant žemu grūdinimu. Cementavimas ir vėlesnis terminis apdorojimas tuo pačiu padidina ištvermės ribą.
Karbiurizacijai dažniausiai naudojamas mažai anglies turintis 0,1–0,18% plienas. Didelėms dalims naudojami plienai su didesniu anglies kiekiu (0,2 0,3%). Tokių plienų pasirinkimas yra būtinas, kad gaminio šerdis, kuri nėra prisotinta anglies karbonizavimo metu, po sukietėjimo išlaikytų didelį klampumą.
Karbieruojant kietame karbiuratoriuje produktai dedami į dėžutes ir uždengiami anglimi. Kaitinant, anglies anglis susijungia su ore esančiu deguonimi ir susidaro anglies monoksidas, kuris, savo ruožtu, reaguoja su geležimi, kad susidarytų atominė anglis. Šią aktyviąją anglį sugeria austenitas ir giliai pasklinda į gaminį. Siekiant pagreitinti cementavimo procesą, į anglį (koksą) dedama aktyvatorių: bario karbonato (BaCO) 3 ) ir sodos pelenai ( Na 2 CO 3 ) 10 40 % anglies masės.
Dėl dujų cementavimasGamtinės dujos, skystieji angliavandeniliai (žibalas, benzinas ir kt.) arba kontroliuojamos atmosferos naudojamos kaip karbiuratorius. Kaitinant susidaro atominė anglis:
2 CO CO 2 + C atomas
arba
CH42H2 + C atomas; C Fe atomas (austenitas).
Karbiuravimas dujomis yra pagrindinis masinės gamybos procesas, o kietasis karbiuravimas naudojamas nedidelės apimties gamyboje.
Karbiurizacijos gylis, priklausomai nuo gaminio paskirties ir plieno sudėties, paprastai yra 0,5–2,00 mm.
Cementavimas atliekamas 910 930 arba norint pagreitinti procesą 1000-1050. Didėjant temperatūrai, laikas, per kurį pasiekiamas tam tikras cementavimo gylis, mažėja. Taigi karbonizuojant dujomis prie 920 °C per 15 valandų gaunamas 1,0 1,3 mm storio karbonizuotas sluoksnis, o per 8 valandas – esant 1000. Siekiant užkirsti kelią stipriam austenito grūdelių augimui, paveldimas smulkiagrūdis plienas yra veikiamas aukštos temperatūros. karburizacija.
Anglies koncentracija gaminio paviršiniame sluoksnyje paprastai yra 0,8 x 1,0 % ir nesiekia tirpumo ribos karburizacijos temperatūroje. Todėl tinklelis Fe 3 Karburizacijos temperatūroje C nesusidaro, o paviršinis sluoksnis, kaip ir šerdis, yra austenitinės būsenos. Po lėto aušinimo karbonizuotas sluoksnis su kintama anglies koncentracija susideda iš ferito ir cementito ir pasižymi daugybe struktūrų, būdingų hipereutektoidiniam, eutektoidiniam ir hipoeutektoidiniam plienui (6 pav.).
Cementavimas – tai tarpinė operacija, kurios tikslas – praturtinti paviršinį sluoksnį anglimi. Reikalingas gaminio paviršinio sluoksnio sukietėjimas pasiekiamas kietinant po karburizacijos. Grūdinimas turėtų ne tik sustiprinti paviršinį sluoksnį, bet ir pakoreguoti perkaitimo struktūrą, atsirandančią dėl to, kad plienas daugelį valandų laikomas karbiuracinėje temperatūroje.
Ryžiai. 6. Anglies koncentracijos pokytis išilgai cementuoto sluoksnio gylio (a) ir nesukietėjusio karbonizuoto sluoksnio mikrostruktūros diagrama (b): 1 hipereutektoidas; 2 eutektoidas;
3 hipoeutektoidinė zona
Po karbonizavimo kietame karbiuratoriuje kritiniai produktai yra dvigubai grūdinami, nes anglies kiekis gaminio šerdyje ir paviršiuje skiriasi, o optimali grūdinimo temperatūra priklauso nuo anglies kiekio pliene.
Pirmasis grūdinimas atliekamas kaitinant iki 850900°C (virš gaminio šerdies taško A), kad įvyktų visiška perkristalizacija, tobulinant austenito grūdelius hipoeutektoidiniame pliene. Dėl mažo grūdinimo gylio anglinio plieno gaminio šerdį po pirmojo grūdinimo sudaro feritas ir perlitas. Vietoj pirmojo grūdinimo anglies plienui galima pritaikyti normalizavimą. Per kietėjantį legiruotą plieną gaminio šerdį sudaro mažai anglies išskiriantis martensitas. Ši struktūra užtikrina didesnį stiprumą ir pakankamą šerdies klampumą.
Po pirmojo sukietėjimo sucementuotas sluoksnis perkaista ir jame yra padidintas sulaikyto austenito kiekis. Todėl naudojamas antrasis grūdinimas nuo 700×780°C temperatūros, kuri yra optimali hipereutektoidiniams plienams. Po antrojo sukietėjimo paviršinis sluoksnis susideda iš smulkiai adatos formos didelio anglies martensito ir rutuliškų antrinio karbido intarpų.
Karbieruojant dujomis, dažniausiai naudojamas vienas grūdinimas su karbiurizaciniu šildymu gaminį atvėsus iki 840×860 °C.Galutinė cementuotų gaminių terminio apdorojimo operacija visais atvejais yra žemo grūdinimo 160 180 0 C ir gesintą martensitą paviršiniame sluoksnyje paverčia grūdintu martensitu, mažinančiu įtampą.
Cementavimas plačiai naudojamas mechaninėje inžinerijoje, siekiant padidinti gaminių kietumą ir atsparumą dilimui, išlaikant aukštą jų šerdies klampumą. Sukietėjusio karbonizuoto sluoksnio savitasis tūris yra didesnis nei šerdies, todėl jame atsiranda didelių gniuždymo įtempių. Liekamieji gniuždymo įtempiai paviršiniame sluoksnyje, siekiantys 400×500 MPa, padidina gaminio patvarumo ribą.
Mažas anglies kiekis (0,08 x 0,25%) užtikrina aukštą šerdies klampumą. Aukštos kokybės plienas 08, 10, 15 ir 20 bei legiruotasis plienas 12KhNZA, 18KhGT ir kt. yra karbonizuojamas.
Anglies plieno paviršiaus sluoksnio kietumas yra 60 64 H.R.C. , o legiruotoms 58 61 H.R.C. ; kietumo sumažėjimas paaiškinamas padidėjusio išlaikyto austenito kiekio susidarymu.
Plieno azotavimas
Azotavimas yra paviršinio plieno sluoksnio difuzinio prisotinimo azotu procesas, kai jis kaitinamas amoniake. Azotavimas labai padidina paviršiaus sluoksnio kietumą, jo atsparumą dilimui, patvarumo ribą ir atsparumą korozijai tokioje aplinkoje kaip atmosfera, vanduo, garai ir kt. Azotuoto sluoksnio kietumas yra pastebimai didesnis nei grūdinto plieno ir išlaikomas kaitinant iki aukštos temperatūros (500 550 0 C), o martensitinės struktūros cementuoto sluoksnio kietumas išlaikomas tik iki 200 225 0 C.
Prieš azotavimą detalės grūdinamos, stipriai grūdinamos (tobulinamos) ir apdorojamos. Po azotavimo detalės šlifuojamos arba poliruojamos.Plieno gaminių azotavimas atliekamas 500-620 laipsnių temperatūroje 0 C amoniake, kuris kaitinant disocijuoja, tiekdamas aktyvų atominį azotą:
NH3 → N + 3H.
Sistemoje F еN esant azotinimo temperatūrai, gali susidaryti šios fazės: α-azoto tirpalas geležyje (azoto feritas), γ-azoto tirpalas geležyje (azoto austenitas), tarpinė γ-fazė kintamos sudėties su f.c. gardele ir tarpiniu ε -fazė su AG grotelėmis ir plačiu homogeniškumo diapazonu (nuo 8,1 iki 11,1% N kambario temperatūroje). Apskritai azotuoto plieno difuzinio sluoksnio struktūros susidarymas priklauso nuo plieno sudėties, temperatūros ir kaitinimo trukmė, taip pat ir aušinimo greitis po nitridavimo. Azotuojant plieną 590 ºС temperatūroje difuzinis sluoksnis susideda iš trijų fazių: ε, γ" ( Fe 4 N ), ir α.
Didelį nitriduotų konstrukcinių plienų kietumą ir atsparumą dilimui užtikrina legiruojamųjų elementų nitridai, kurie reikšmingai įtakoja nitriduoto sluoksnio gylį ir paviršiaus kietumą.Didžiausias paviršiaus kietumas ir atsparumas dilimui azotinimo metu pasiekiamas chromo-molibdeno plienuose, papildomai legiruotuose su aliuminiu, kurio tipinis atstovas yra 38Kh2MYuA plienas.
Azotavimas padidina konstrukcinių plienų nuovargio ribą dėl paviršiaus sluoksnio liekamųjų įtempių susidarymo.
Plonas ε fazės sluoksnis (0,01 × 0,03 mm) gerai apsaugo paprastus anglies plienus, kuriuose anglies kiekis yra 0,1–1,0 %, nuo korozijos drėgnoje atmosferoje ir kitoje aplinkoje.
Nitrokarburizacija
Plieno vienu metu prisotinimo anglimi ir azotu dujinėje aplinkoje procesas vadinamasnitrokarburizacija. Nitrokarburizacija atliekama žemesnėje temperatūroje (850 870 0 C), palyginti su cementavimu. Taip yra dėl to, kad azotas, prasiskverbdamas į plieną kartu su anglimi, sumažina kieto tirpalo egzistavimo temperatūrą.γ-geležis ir taip skatina plieno karbiuraciją žemesnėje temperatūroje. Sumažinus prisotinimo temperatūrą nedidinant proceso trukmės, galima sumažinti ruošinių deformaciją ir sumažinti krosnies įrangos įkaitimą. Beveik ta pati įranga naudojama dujų karbonizacijai ir nitrokarburizacijai.
Nitrokarburizacijai rekomenduojama naudoti kontroliuojamą endoterminę atmosferą, į kurią įpilama 3 15 % neapdorotų gamtinių dujų ir 2 10 %. NH3 arba šachtinės krosnies skysto karbiuratoriaus atveju trietanolaminas(C 2 H 5 O) 3 N, kuris lašelių pavidalu įvedamas į darbo erdvę.
Legiruotasis plienas, kurio kiekis yra iki 0,25%, paprastai yra nitrokarburizuojamas. SU . Proceso trukmė 4-10 val.Azoto karbonizuoto sluoksnio storis 0,20,8 mm. Po nitrokarburizavimo seka kietėjimas arba tiesiai iš krosnies, aušinant iki 800 825 0 C arba po pakaitinimo; Taip pat naudojamas žingsninis grūdinimas. Po sukietėjimo grūdinimas atliekamas esant 160 180 0 C.
Esant optimalioms prisotinimo sąlygoms, azotuoto sluoksnio struktūrą turėtų sudaryti smulkus kristalinis martensitas, nedidelis kiekis mažų tolygiai pasiskirstytų karbonitridų ir 25 30% užsilikusio austenito.
Sluoksnio kietumas po grūdinimo ir žemo grūdinimo yra 58 64 HRC (5700 6900 HV ). Didelis sulaikyto austenito kiekis užtikrina gerą, pavyzdžiui, nešlifuotų automobilių pavarų dėvėjimąsi, o tai užtikrina jų netriukšmingumą. Didžiausi stiprumo rodikliai pasiekiami tik esant optimaliam tam tikram plieno anglies ir azoto kiekiui azoto karbonizuojančio sluoksnio paviršiuje.
Pastaraisiais metais buvo naudojamas žemos temperatūros nitrokarburizacijos procesas.
Žemos temperatūros nitrokarburizacija atliekama 570 laipsnių temperatūroje 0 C 0,5–3,0 valandos atmosferoje, kurioje yra 50% endogas (egzogų) ir 50% amoniako arba 50% propano (metano) ir 50% amoniako. Dėl šio apdorojimo plieno paviršiuje susidaro plonas karbonitrido sluoksnis. Fe3 (N, C) su dideliu atsparumu dilimui. Tokio sluoksnio kietumas ant legiruotojo plieno yra 5000 10000 H.V. . Žemos temperatūros nitrokarburizacija padidina produktų ištvermės ribą. Šiuo procesu rekomenduojama pakeisti skystą azotavimą išlydytose cianido druskose.
Visi šie grūdinimo terminio apdorojimo tipai turi savo specifiką ir ypatybes ir, kaip taisyklė, naudojami įvairiose technologinėse operacijose termiškai apdorojant plieną ir lydinius.
VAMZDŽIO PLIENO STIPRINIMO METODAI
Elizaveta Vladimirovna Filipenko
studentas gr. 3 metai, GBOU SPO SO "Pervouralsko metalurgijos koledžas", Pervouralskas
E- Paštas: cher - ev @ Paštas . ru
Shcherbinina E.V.
mokytojas specialus VKK disciplinos, Pervouralsko vadovas
Metalurgijos pramonė– vienas didžiausių šalies ūkio sektorių ir pagal eksporto pajamas yra antroje vietoje po naftos ir dujų komplekso.
Pastaraisiais metais Rusijos juodosios metalurgijos išsivystymo lygis labai išaugo. Tai visų pirma lemia didelės finansinių investicijų apimtys, skirtos didžiausių pramonės įmonių gamybos modernizavimui.
Viena iš pagrindinių metalurgijos komplekso šakų yra vamzdžių gamyba.
Vamzdžiai gaminami pramoniniu būdu, iš metalų ir lydinių, organinių medžiagų (plastikų, dervų), betono, keramikos, stiklo, medžio ir jų kompozicijų.
Vamzdžiai naudojami įvairioms terpėms transportuoti, izoliuoti ar grupuoti kitus laidus. Metalinis vamzdis plačiai naudojamas statybose, kaip konstrukcinis profilis, mechanizmuose – kaip velenas sukimui perduoti ir kt.
Vamzdžiai klasifikuojami pagal gamybos metodą (valcuoti besiūliai, ekstruziniai, suvirinti plieniniai ir liejiniai).
Vamzdžiai, pagaminti iš įvairių rūšių plieno, plačiai naudojami pramonėje.
Yra keli vamzdžių plieno grūdinimo būdai, kurie plačiai naudojami gamyboje:
1. Termo-mechaninis apdorojimas susideda iš plastinės austenito deformacijos, po kurios seka sukietėjimas iki martensito ir žemas grūdinimas.
2. Paviršiaus grūdinimas susideda iš plieno paviršiaus sluoksnio kaitinimo virš Ac 3 taško ir vėlesnio aušinimo, kad būtų pasiektas didelis detalės paviršiaus sluoksnio kietumas ir stiprumas kartu su klampia šerdimi. Šildymas kietėjimui atliekamas naudojant aukšto dažnio sroves, dujų arba deguonies-acetileno degiklių liepsną, taip pat lazerio spinduliuotę.
3. Gydymas šalčiu atliekami siekiant padidinti plieno kietumą, sulaikytą grūdinto plieno austenitą paverčiant martensitu. Tai atliekama atšaldant plieną iki žemesnio martensito taško temperatūros.
4. Paviršiaus grūdinimas plastine deformacija - Detalės paviršius sukietėja dėl šaltos deformacijos, o tai leidžia padidinti jos nuovargio stiprumą.
5. Cheminis terminis apdorojimas - metalų terminis apdorojimas įvairiose chemiškai aktyviose aplinkose, siekiant pakeisti metalo paviršinio sluoksnio cheminę sudėtį ir struktūrą, padidinant jo savybes. Šios procedūros apima cementavimą, nitrokarburizacija azotavimas, cianidavimas - tikslas: detalės paviršiaus kietumas, atsparumas dilimui ir patvarumo riba; difuzinė metalizacija (alitizavimas, silikonizavimas, chromavimas ir kt.) - tikslas: padidinti paviršiaus atsparumą korozijai dirbant įvairiose korozinėse aplinkose.
Vamzdžių plienui stiprinti naudojami novatoriški metodai.
Valdomas riedėjimas.
Tai aukštos temperatūros termomechaninio plieno ir lydinių apdorojimo procesas, kuriam būdingas reguliuojamas, priklausomai nuo cheminės sudėties, metalo šildymo sąlygos, proceso temperatūros ir deformacijos parametrai bei nurodyti metalo aušinimo režimai įvairiuose etapuose. plastiko apdirbimas.
Dėl to: ši technologija leidžia išgauti optimalius gatavų valcuotų gaminių stiprumo ir kietumo savybių derinius nenaudojant terminio apdorojimo ir sunaudojant mažiau legiruojančių priedų.
Pagrindinis valdomo valcavimo principas yra išgryninti austenito ir atitinkamai ferito grūdelius, dėl kurių tuo pačiu metu padidėja plieno stiprumas ir kietumas.
Kontroliuojamas valcavimas turi 3 vamzdžių plieno gamybos etapus: deformacija austenito rekristalizavimo zonoje, nekristalizuojančio austenito deformacija ir deformacija dvifazėje austenito-ferito srityje. Tyrimai parodė, kad valcavimo metu apdailos stende, esant žemesnei nei Ar 3 temperatūrai, mechaninėms savybėms įtakos turi išnirimas, pagrindo ir tekstūros stiprinimas. Pagrindiniai skirtumai tarp įprasto ir kontroliuojamo valcavimo yra tai, kad valdomo valcavimo metu deformacinės juostos atskiria austenito grūdelius į kelis blokus. Kiekvieno bloko riba yra ferito grūdelių branduolių susidarymo šaltinis. Dėl to iš vienodo dydžio austenito grūdelių kontroliuojamo valcavimo metu susidaro mažesni ferito grūdeliai nei įprasto karštojo valcavimo metu, kai ferito grūdelių branduoliavimasis vyksta ties austenito grūdelių ribomis. Be to, padidėjus aktyvių ferito branduolių susidarymo centrų skaičiui, transformacijos procesas pagreitėja, dėl to sumažėja tikimybė, kad susidarys bainitinė struktūra, suteikianti plienui mažą kietumą. .
Valcavimo gamyboje imamasi priemonių detalės matmenų tikslumui padidinti:
1) standžių stovų, užtikrinančių minimalias tamprias riedėjimo stovo deformacijas, naudojimas;
2) kaitinimo krosnių konstrukcijos ir šildymo kokybės tobulinimas, leidžiantis išlaikyti vienodą temperatūrą ruošinio ir skirtingų ruošinių skerspjūvyje;
3) optimalaus juostelių aušinimo panaudojimas, kompensuojantis ritinių temperatūros padidėjimą veikiant įkaitusių juostų karščiui ir plastinės deformacijos metu išsiskiriančiai šilumai;
4) ritinio darbinio paviršiaus kietumo didinimas;
5) vienoda metalo deformacija matuokliuose ir slėgio mažinimas valcavimo metu, naudojant optimalų valcavimo ritinių kalibravimą, naudojant modernius riedėjimo guolius ir skysčių trintį valcavimo stenduose, įrengiant ištisinius valcavimo staklynus su nuolatiniais įtaisais, reguliuojančiais valcavimo gaminių įtempimą tarp stendų. ir kt.
1 pav. Deformacijos temperatūros valdomo valcavimo metu poveikio austenito grūdelių morfologijai ir ferito-perlito struktūrai mažai anglies turinčio mikrolegiruoto plieno schema.
Mažai anglies išskiriantis plienas, turintis sudėtingą grūdinimą ir heterofazę, turintis žemoje temperatūroje austenito skilimo produktų.
Plienas, kurio struktūra yra daugiakampio ferito, bainito ir mažų martensito salelių (likutinio austenito), turi ištisinę tempimo diagramą be išeigos plynaukštės. Skirtingai nuo ferito-perlito struktūros plienų, tai gali užtikrinti pastebimą tempimo sukietėjimą gamybos proceso metu, o tai rodo, kad vamzdžio metalo stiprumas, palyginti su ruošiniu, padidėja, o tai padidina šios klasės plieno naudojimo perspektyvas. Galima sumažinti derlingumo plotą ir padidinti polinkį susidaryti lygią tempimo diagramą, pakeitus perlitą bainitu, esant martensitiniam-wastenitiniam komponentui. Pažymėtina, kad didele dalimi perskaičiavimo koeficiento sumažėjimas yra susijęs su liekamųjų įtempių poveikiu makro lygiu. Šiuo atžvilgiu mikrostruktūros įtaka yra sudėtingesnė, todėl reikia atskirai apsvarstyti. Lakštuose, kurių storis iki 12-15 mm, išeigos plokštuma gali būti pašalinta, jei laikomasi šio santykio:
32,5 Mo + 10 (Mn + Cr) +2,5 Ni > 23
Deja, Rusijos metalurgai dar nėra visiškai pasirengę pramoninei šios klasės plieno lakštų ir ritinių gamybai, o pasaulinėje vamzdynų tiesimo praktikoje jau yra naudojami X100 ir X120 tikslumo klasės vamzdžiai.
Akivaizdu, kad naujos kartos mažai anglies dioksido išskiriantys plienai, kurių stiprumas užtikrinamas dėl žematemperatūrių virsmo produktų susidarymo, išsiskiria unikaliu savybių rinkiniu, lyginant su ferito-perlitiniais plienais su dispersiniu ir substruktūriniu sutvirtinimu. Ferito-perlito (mažo perlito) plieno savybių lygį daugiausia lemia ferito stiprinimo laipsnis, atsirandantis dėl pagrindo sukūrimo ir karbidonitridų, daugiausia vanadžio, išsiskyrimo.
Išvada.
Pastaruoju metu Rusijoje nuolat auga plieninių vamzdžių gamyba. Tam tikrų rūšių plieninių vamzdžių suvartojimas tęsia ankstesnių metų tendencijas: mažėja mažo ir vidutinio skersmens suvirintų vamzdžių bei išaugo didelio skersmens suvirintų vamzdžių ir besiūlių alyvos kokybės vamzdžių, naudojamų gamybai. dujų ir naftos transportavimas; Besiūliai vamzdžiai ir toliau bus keičiami suvirintais vamzdžiais, kurių gamyba jau pasiekė 64% visos vamzdžių gamybos apimties.
Artimiausiais metais Rusijos gamintojai aktyviai modernizuos įrangą, įves naujus pajėgumus aukštos kokybės ruošinių gamybai ir tarptautinius standartus atitinkančių vamzdžių gamybai.
Pasaulinės Rusijos pramonės ateitis yra užsienio ir vidaus rinkose. Užsienio rinkoje lygis jau siekia iki 25% šalyje pagamintų vamzdžių; Geros perspektyvos yra ir vidaus rinkoje, atsižvelgiant į Rusijos pirmaujančias naftos ir dujų atsargas, didelius jų transportavimo atstumus ir daugelio didelių vamzdynų projektų įgyvendinimą.
Poreikis didinti plienų konstrukcinį stiprumą lemia perėjimą prie didelio tikslumo, daug žinių reikalaujančių metalurgijos technologijų. Aukštų stiprumo klasių vamzdžiams – sudėtingo grūdinimo ir heterofazės struktūros, turinčio žemoje temperatūroje austenito skilimo produktų, perspektyva mažo anglies kiekio plienams ir kontroliuojamos valcavimo technologijos, leidžiančios gauti optimalius stiprumo ir kietumo derinius. gatavų valcuotų gaminių savybės nenaudojant terminio apdorojimo ir sunaudojant mažai legiruojančių priedų, yra akivaizdžios.
Norint įsisavinti tokių gaminių gamybą, reikia kokybiškai pakeisti pagrindinius vidaus metalurgijos įmonių pajėgumus, remiantis šiuolaikinių technologijų, plačiai naudojamų pasaulinėje praktikoje, naudojimu.
Bibliografija:
1. Ekonominės informacijos agentūra "Prime"
2. Analitinis portalas „Kainų stebėjimas“
3. Bronfinas B.M., Emelyanovas A.A., Šveikinas V.P. Dviejų fazių feritiniai-martensitiniai plienai, sustiprinti vanadžio karbidais / Vanadžio junginių chemija, technologija ir taikymas: IV visos sąjungos konferencijos tezės. Nižnij Tagilas, 1982. P. 106.
4. Bronfinas B.M., Emelyanovas A.A., Šveikinas V.P. Dviejų fazių feritinių-martensitinių plienų substruktūrinis grūdinimas // Metalų substruktūrinis grūdinimas ir difrakcijos tyrimo metodai. Kijevas: Naukova Dumka. 1985. 133-135 p.
5. Gračiovas S.V., Barazas V.R., Bogatovas A.A., Šveikinas V.P. Fizinė metalurgija. Vadovėlis universitetams. Jekaterinburgas. Red. 2, pridėti. Ir teisingai. Leidykla USTU-UPI, 2001, p. 534.
Mechaninių pavarų tipai
krumpliaračiai (cilindriniai, kūginiai), sraigtas (sraigtas, sliekinis, hepoidinis), su lanksčiais elementais (diržas, grandinė), trintis (dėl trinties, naudojamas prastomis darbo sąlygomis
Pagal judėjimo perdavimo būdą:
judėjimas iš veleno į veleną perduodamas dėl trinties jėgų (trinties, diržo, kirminas), judėjimas perduodamas pavara (krumpliaračiais, grandinėmis, varžtais, paskirstymo diržais, kirminas).
Grūdinimas metalo technologijoje – tai ruošinio ar gaminio medžiagos atsparumo lūžimui ar liekamajai deformacijai padidėjimas.
Ruošinių ir gaminių medžiagos sutvirtinimas pasiekiamas mechaniniu, terminiu, cheminiu ir kitokiu poveikiu, taip pat kombinuotais metodais (cheminiu-terminiu, termomechaniniu ir kt.). Labiausiai paplitęs sutvirtinimo apdorojimo būdas yra paviršiaus plastinė deformacija (SPD) – paprastas ir efektyvus būdas padidinti mašinų dalių ir konstrukcijų dalių, ypač veikiančių kintamomis apkrovomis (ašių, velenų, krumpliaračių), laikomąją galią ir ilgaamžiškumą. guoliai, stūmokliai, cilindrai, suvirintos konstrukcijos, įrankiai ir kt.). Priklausomai nuo konstrukcijos, medžiagos savybių, dalių eksploatacinių apkrovų dydžio ir pobūdžio, naudojami įvairūs PPD tipai: valcavimas ir valcavimas voleliais ir rutuliais, valcavimas dantytais volais, deimantinis lyginimas, poliravimas, vandens srove, vibracija, šratavimas ir kiti apdorojimo būdai. Dažnai PPD, be grūdinimo, žymiai sumažina paviršiaus šiurkštumą, padidina detalių atsparumą dilimui, pagerina jų išvaizdą (grūdinimas-apdailos apdorojimas). Metalų sutvirtinimas terminio apdorojimo metu užtikrinamas visų pirma grūdinant, po kurio eina grūdinimas. Tam tikros termomechaninio apdorojimo rūšys (įskaitant karštą ir šaltą valymą) taip pat labai prisideda prie stiprumo savybių gerinimo. Stiprinimas cheminiu-terminiu poveikiu gali būti atliekamas azotinimu, cianidavimu, cementavimu, difuzine metalizacija (detalės paviršiaus prisotinimas aliuminiu, chromu ir kitais metalais).
Sutvirtinimas taip pat užtikrinamas naudojant elektrofizinius ir elektrocheminius apdorojimo metodus, ultragarso, elektroerozinio, magnetinio impulso, elektrohidraulinio, elektronų pluošto, fotonų pluošto, anodinės cheminės medžiagos, elektros kibirkšties, taip pat sprogimo bangos, lazerio ir kt. gali būti paviršinis (pavyzdžiui, plastinė deformacija su paviršiaus sukietėjimu), tūrinė (pavyzdžiui, izoterminis kietėjimas) ir kombinuota (pavyzdžiui, terminis apdorojimas, po kurio seka SPD). Tūrinis ir paviršiaus grūdinimas gali būti atliekamas nuosekliai, naudojant kelis metodus
13. Pagrindinės plieno terminio apdorojimo rūšys.
Atkaitinimas– yra terminio apdorojimo rūšis, kurią sudaro metalo, kuris dėl ankstesnio apdorojimo yra nestabilios būsenos, kaitinimas ir metalo atstatymas į stabilesnę. Šio proceso metu ruošiniai ir gaminiai įgauna stabilią struktūrą be liekamųjų įtempių.
Atkaitinimas skirstomas į pilną, dalinį, difuzinį, rekristalizacinį, žemą, izoterminį ir normalizavimą. Plieno kietumui ir stiprumui mažinti naudojamas pilnas atkaitinimas, o plastiškumas didėja.Visiškai atkaitinus metalą, vyksta plieno rekristalizacija ir mažėja grūdelių dydis, dėl ko pasiekiamos aukščiau nurodytos savybės.Pagerinti naudojamas dalinis atkaitinimas. Izoterminis atkaitinimas susideda iš plieno kaitinimo iki tam tikros temperatūros ir gana greito aušinimo, taip pat iki tam tikrų temperatūrų ir vėlesnio aušinimo ore. Taip gaunama vienodesnė plieno konstrukcija. Izoterminis laikymas atliekamas išlydytoje druskoje Difuzinis atkaitinimas susideda iš plieno kaitinimo iki 1000-1100 laipsnių Celsijaus, palaikymą (10-15 val.) šioje temperatūroje ir po to lėtai aušinant. Dėl tokio atkaitinimo plieno nevienalytiškumas cheminės sudėties atžvilgiu išlyginamas. Tokia aukšta temperatūra būtina difuzijos procesams paspartinti. Esant aukštai kaitinimo temperatūrai ir ilgai veikiant, gaunama stambiagrūdė struktūra, kuri pašalinama vėlesniu visišku atkaitinimu.Rekristalizacinis atkaitinimas būtinas norint pašalinti darbinį sukietėjimą ir vidinius įtempimus po šaltosios deformacijos ir pasiruošti tolesnei deformacijai.Tokio atkaitinimo rezultatas , susidaro vienalytė smulkiagrūdė struktūra su mažu kietumu ir dideliu klampumu Mažas atkaitinimas naudojamas tik vidiniam įtempimui, atsirandančiam po apdirbimo, sumažinti Normalizavimas susideda iš plieno kaitinimo, palaikymo tam tikroje temperatūroje ir palikimo atvėsti Normalizavimas yra pigesnė terminė operacija nei atkaitinimas, nes krosnys naudojamos tik šildymui ir laikymui.
Plieno terminis apdorojimas taip pat apima grūdinimas. Šio proceso esmė – kaitinti plieną iki aukštos temperatūros ir po to greitai atvėsinti. Grūdinimo tikslas – suteikti plienui didesnį stiprumą ir kietumą, bet tuo pačiu sumažinant kietumą ir plastiškumą.Kietinimas pasižymi dviem savybėmis: grūdinamumu ir grūdinimu. Grūdinimas būdingas tam tikras kietumas, kurį plienas įgyja po grūdinimo, taip pat priklauso nuo anglies kiekio pliene.Plienai su labai mažu anglies kiekiu (iki 0,3) negali būti grūdinami ir jiems nenaudojami.
Kietėjimas – tai sukietėjusios zonos (regiono) įsiskverbimo gylis.Kietinimas priklauso nuo plieno cheminės sudėties.Didėjant anglies kiekiui, kietumas didėja.Kietėjimui įtakos turi ir aušinimo greitis.Kuo didesnis aušinimo greitis,tuo didesnis kietumas.Todėl grūdinant vandenyje, kietumas yra didesnis nei grūdinant aliejuje Dideli grūdintos dalies dydžiai taip pat žymiai sumažina kietumą.
Aušinimo būdai taip pat priskiriami prie terminio apdorojimo operacijų.
Žingsnis grūdinimas atliekamas greitai atšaldant druskos vonioje, po to brandinamas ir atšaldomas ore. Pakopinis grūdinimas taikomas dalims, pagamintoms iš anglinio plieno mažo skerspjūvio (8-10 mm).Plienams su mažu kritiniu kietėjimo laipsniu, pakopinis grūdinimas daugiausia naudojamas didelio skerspjūvio gaminiams.Su izoterminiu grūdinimu kaip ir pakopinis grūdinimas, detalės peršaldomos aplinkoje, esančioje toliau ore.Šio grūdinimo būdo privalumai – didesnis klampumas, įtrūkimų nebuvimas, minimalus deformavimas.Sudėtingos formos gaminiams taikomas izoterminis grūdinimas.Detalių panardinimo į aušinimo skystį metodai taip pat vaidina svarbų vaidmenį. Pavyzdžiui, ilgi pailgi gaminiai (grąžtai, čiaupai) panardinami griežtai vertikalioje padėtyje, kad būtų išvengta deformacijos.
plieno grūdinimas - Tai terminis apdorojimas, kuris vyksta po grūdinimo ir susideda iš plieno kaitinimo iki tam tikros temperatūros, išlaikymo ir aušinimo.Plieno grūdinimo tikslas – sumažinti vidinius įtempius, padidinti klampumą ir plastiškumą.
Yra žemas, vidutinis ir aukštas grūdinimas Žemas grūdinimas atliekamas 150-200 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Dėl to sumažėja vidiniai įtempimai, padidėja plastiškumas ir kietumas, pastebimai nesumažėjus kietumui ir atsparumui dilimui.Pjovimo ir matavimo įrankiai yra mažai grūdinami, taip pat dalys, kurios turi turėti didelį atsparumą dilimui ir kietumą. Esant vidutiniam grūdinimui, kaitinimas atliekamas iki 350-450 laipsnių Celsijaus. Šiuo atveju šiek tiek sumažėja kietumas, žymiai padidėja elastingumas ir atsparumas smūgiinėms apkrovoms. Naudojamas spyruoklėms, spyruoklėms, smūginiams įrankiams.Aukštas grūdinimas atliekamas 550-650 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Tuo pačiu metu žymiai sumažėja kietumas ir stiprumas, tačiau labai padidėja kietumas ir plastiškumas, tačiau konstrukciniams plienams sukuriamas optimalus mechaninių savybių derinys. Naudojamas didelėms apkrovoms veikiančioms dalims. Terminis apdorojimas, susidedantis iš grūdinimo ir aukšto grūdinimo, vadinamas gerinimu, yra pagrindinis konstrukcinių plienų apdirbimo būdas. Ekspozicijos trukmė priklauso nuo detalių dydžio: kuo jos didesnės, tuo ekspozicija ilgesnė.. Mažas įrankių grūdinimas dažniausiai įvyksta per 0,5-2,5 val. Matavimo priemonėms atliekamos ilgesnės atostogos, iki 10-15 valandų.
Kartu su karšto plieno apdirbimu naudojamas ir šaltasis apdirbimas. Gydymas šalčiu susideda iš to, kad grūdinamos detalės kuriam laikui panardinamos į aplinką, kurios temperatūra žemesnė nei 0 laipsnių Celsijaus.Šaltasis apdorojimas turi būti atliekamas iš karto po sukietėjimo. Taip apdorojami matavimo prietaisai, precizinių mechanizmų dalys, rutulinių guolių dalys.Šaltasis apdorojimas nesumažina vidinių įtempimų, todėl po jo būtinas grūdinimas.
16 mechaninių pavarų paskirtis
Pavarų paskirtis iš esmės yra sumažinti arba padidinti variklio ar kito sukimosi judesio šaltinio greitį atitinkamai padidinant arba sumažinant sukimo momentą. Daugumai darbinių mašinų dalių reikia mažesnio sukimosi greičio, todėl reikia reduktorių (greičių dėžių). Daugiklis – pavara, didinanti sukimosi greitį. Be to, kad variklio sūkių skaičius ir sukimo momentas tiesiog paverčiamas tam tikru kartų skaičiumi, transmisijos gali:
laipsniškai arba be pakopų reguliuoti mašinų darbinio korpuso sukimosi greitį;
atbulinis judėjimas, t.y. užtikrina judėjimą pirmyn ir atgal;
transformuoti vieno tipo judesius į kitą (pavyzdžiui, sukimąsi į linijinį, siūbuojantį, su pertrūkiais ir pan.);
paskirstyti judesį tarp kelių mašinos vykdomųjų organų (pavyzdžiui, vairuoti kelias mašinas arba varomuosius automobilio ratus iš vieno variklio).
18 Pavarų gamybos metodai. Pavarų medžiagos
Mažo skersmens (mažiau nei 100...150 mm) ratai gaminami vientisai iš štampuotų ruošinių be įdubos. Gaminami didesnio skersmens (iki 400...500 mm) ratai (svoriui sumažinti) su įdubomis ir skylutėmis. Vienetinėje ir smulkioje gamyboje tokių ratų ruošiniai gaunami iš valcuotų strypų arba kaltinių, gautų atviro kalimo būdu, o stambioje ir masinėje gamyboje – štampuojant.
Didelio skersmens (virš 400...500 mm) ratai gaminami suvirinti arba liejami. Žiedinė krumpliaratis gaminamas iš vieneto su velenu (krumpliaračio velenu), jei ratlankio storis pleišto griovelio susilpnintoje vietoje yra mažesnis nei 2,5 m, taip pat jei keliami aukšti rato centravimo tikslumui reikalavimai. velenas. Pavarų velenai dažniausiai gaminami iš kaltinių ruošinių.
Pavarų transmisijos atsirado senovėje. Senovėje krumpliaračiai buvo taip gerai žinomi, kad netgi buvo naudojami kaip papuošalai ir dekoracijos. Medinė pavara buvo pakeista bronzine, o vėliau geležine. Pirmąją pavarų perdavimo teoriją Aristotelis pateikė tris su puse amžiaus prieš Kristų (2.1 pav.).
Sraigtinės pavaros idėja buvo išreikšta XVII a. garsus anglų mechanikos mokslininkas Robertas Hukas. Tiesa, buvo pastebėta, kad tokie ratai sukelia ašines jėgas, tačiau XIX a. spėjo sujungti dvi sraigtines pavaras su priešinga dantų kryptimi ir gauti ševroninę pavarą. Tokie ratai pirmiausia buvo pradėti naudoti valcavimo staklėse.
Visi šie pavarų tipai šiandien sėkmingai naudojami; buvo pridėti tik apskriti, arba arkiniai, dantys, kurių gamyba buvo technologiškai pažangesnė už ševroninius (2.4 pav.). Taip pat pasirodė nauja sėkminga pavara, skirtingai nuo daugelio kitų, kurios nepasirodė iš teigiamos pusės - M. L. Novikovo pavara (1954). Dantys, anot M.L.Novikovo, profiliuoti išilgai apskritimo lankų, o vieno danties išgaubimas sutampa su įdubimu kitame. Šiuo atveju dantys yra sraigtiniai, todėl dantų darbiniai paviršiai gali būti apibūdinami kaip apskriti sraigtiniai *(* Pavaros su Novikovo krumpliaračiais plačiau aptariamos 8.2.1. punkte). Tokios krumpliaračio apkrova yra 1,5... 1,7 karto didesnė nei panašaus dydžio ir medžiagos evoliucinės spiralinės krumpliaračio. Trūkumai - jautrumas centro atstumo pokyčiams, dantų pjovimo įrankio sudėtingumas.
Be cilindrinių krumpliaračių, nuo senų laikų žinoma ir kita pavarų rūšis – kūginės. Jei cilindrinių ratų ašys yra lygiagrečios viena kitai, kūginiams ratams jos susikerta, dažniausiai stačiu kampu (stačiakampės kūginės pavaros). Kūginių krumpliaračių atsiradimą pirmiausia lėmė malūnų poreikiai. Tiek vėjo, tiek vandens malūnuose variklio ašis (vėjo arba vandens ratai) buvo išdėstyta horizontaliai, o girnų – vertikali. Todėl reikėjo mechaninės transmisijos, perduodančios sukimąsi kampu, dažniausiai tiesiai.
Iš pradžių maža kūginių ir cilindrinių krumpliaračių krumpliaračiai buvo gaminami žibinto pavidalu – iki šiol išlikę, pavyzdžiui, laikrodžių mechanizmuose. Tai buvo labai lengva padaryti naudojant primityvius įrankius, nes jį sudarė du diskai su strypais tarp jų. Paprastai tokių strypų būdavo šešios (kadangi su kompasu apskritimą lengviausia padalyti į šešias dalis), todėl iš pradžių šis ratas Rusijoje buvo vadinamas „krumpliaračiu“, kuris vėliau buvo paverstas „krumpliaračiu“. Taip vis dar vadinama bet kuri maža pavara. Su krumpliaračiu buvo suporuotas didelis, dažniausiai žibinto ratas, sujungtas, pavyzdžiui, su vėjo ratu, o krumpliaratis buvo prijungtas prie kilnojamos girnos. Rezultatas buvo primityvus kūginis krumpliaratis. Vėliau, žinoma, galios kūginėse krumpliaračiuose dantys buvo pradėti profiliuoti dažniausiai išilgai evoliucinės, bet taip pat ir išilgai cikloidinio, Novikovo sujungimo profilio ir kitų profilių, pavyzdžiui, tiesių.
Kūginiai krumpliaračiai gali turėti tiesius dantis, daugiausia skirtus mažam greičiui, sraigtinius (retai) ir apskritus dantis.Ratai su apskritais dantimis yra stipresni už tiesius, veikia sklandžiau ir, paradoksalu, yra technologiškai pažangesni. Tiesa, jų montavimas yra kur kas sudėtingesnis ir reikalauja daug didesnio tikslumo nei spyruoklinių ratų montavimas.
Palyginti su kitomis pavaromis, planetinės ir banginės pavaros yra palyginti nauji išradimai. Planetinę pavarą 1781 metais pasiūlė garo mašinos išradėjas J. Wattas ne visiškai pagal paskirtį, o norėdamas pakeisti kito išradėjo garo varikliui patentuotą alkūninį mechanizmą. Tačiau po šimtmečio planetinės pavaros pradėtos aktyviai naudoti pagal paskirtį automobilių transmisijose. „Jauniausia“ iš pavarų yra banginė pavara. Pirmą kartą tokią transmisiją JAV užpatentavo inžinierius Masseris 1959 metais ir per gana trumpą laiką paplito daugelyje technologijų sričių.
17 Pavaros.
Krumpliaratis yra mechanizmas arba mechanizmo dalis, apimanti krumpliaračius. Judėjimas perduodamas sujungiant krumpliaračių porą.
Mažesnė pavara dažniausiai vadinama krumpliaračiu, didesnė – ratu. Pavarų parametrams priskiriamas 1 indeksas, rato parametrams 2 indeksas.
Pavarų privalumai ir trūkumai
Pavarų privalumai:
Galimybė pritaikyti įvairiems greičių, galių ir perdavimo skaičių diapazonams.
Didelė apkrova ir maži matmenys.
Didesnis patvarumas ir veikimo patikimumas.
Pavaros skaičiaus pastovumas.
Didelis efektyvumas (87-98%).
Lengva prižiūrėti.
Pavarų trūkumai:
Didelis standumas neleidžia kompensuoti dinaminių apkrovų.
Aukšti reikalavimai preciziškam gamybai ir montavimui.
Triukšmas dideliu greičiu.
Pavarų klasifikacija
Pagal pavaros santykį:
Su pastoviu pavaros santykiu;
Su kintamu perdavimo santykiu.
Pagal dantų profilio formą:
Involiucija;
Apvalus (Novikovo pavaros);
Cikloidinis.
Pagal dantų tipą:
Tiesūs dantys;
Sraigtinis;
Ševronas;
Kreivinis.
Pagal santykinę veleno ašių padėtį:
Su lygiagrečiomis ašimis (cilindrinės krumpliaračiai su tiesiais, įstrižais ir smailiais dantimis);
Su susikertančiomis ašimis (kūginėmis pavaromis);
Su susikertančiomis ašimis.
Pagal pradinių paviršių formą:
Cilindrinis;
Kūginis;
Hiperboloidas;
Pagal ratų periferinį greitį:
Lėtai judantis;
Vidutinis greitis;
Greitai.
Pagal saugumo laipsnį:
Atviras;
Uždaryta.
Pagal santykinį ratų sukimąsi ir dantų vietą:
Vidinė pavara (rato sukimasis viena kryptimi);
Išorinė pavara (rato sukimasis priešinga kryptimi).
Evoliucinė pavara
Evoliucinė pavara leidžia perduoti judesį esant pastoviam pavaros santykiui.
Evoliucinis krumpliaratis yra krumpliaratis, kuriame danties profiliai yra išilgai apskritimo. Norėdami tai padaryti, krumpliaračių dantys turi būti nubrėžti išilgai kreivės, kurioje bendra normalioji, nubrėžta per dantų profilių sąlyčio tašką, visada eina per tą patį linijos, jungiančios krumpliaračių centrus, tašką. , vadinamas sužadėtuvių stulpu.
Pjovimo krumpliaračių dantys
Pavarų pjovimas atliekamas kopijuojant arba valcuojant. Naudojant kopijavimo metodą, ertmės tarp dantų formuojamos įrankiu, kuris turi ertmės profilį - diskiniu pjaustytuvu, pirštiniu pjaustytuvu, brošiu ar šlifavimo disku. Šio metodo tikslumas sumažėja. Taikant valcavimo metodą, dantys išpjaunami įrankiu stovo šukos, kaitlentės pjaustytuvo arba pjovimo krumpliaračio pavidalu. Pjovimas vyksta priverstinio įrankio sujungimo su ruošiniu pjovimo staklėje metu. Valcavimo metodas užtikrina nepertraukiamą pjovimo procesą, kuris užtikrina didesnį našumą ir tikslumą, palyginti su kopijavimo metodu. Be pjovimo, naudojamas ir dantų valcavimo metodas, kuris padidina stiprumą 15-20%. Tikslios pavaros yra šlifuojamos ir šlifuojamos. Dantų skaičiaus įtaka danties formai ir stiprumui
Norint sumažinti pavarų dėžės dydį, naudojami ratai su nedideliu dantų skaičiumi. Pakeitus dantų skaičių, pasikeičia danties forma. Mažėjant z, didėja evoliucinio profilio kreivumas, mažėja storis prie pagrindo ir viršaus Krumpliaračių tikslumas
Gaminant krumpliaračius neišvengiamos klaidos, kurios išreiškiamos žingsnio, ratų suvedimo, teorinio danties profilio, centro atstumo nuokrypiais ir tt Visos šios klaidos lemia padidėjusį triukšmą eksploatacijos metu ir priešlaikinį krumpliaračio sunaikinimą.
Pavarų tikslumas reguliuojamas standartais, kurie suteikia 12 tikslumo laipsnių, o laipsnis nurodomas mažėjančia tikslumo tvarka. Dažniausi yra 6, 7, 8 ir 9 tikslumo laipsniai.Dantų paviršiaus pažeidimai
Visų tipų dantų paviršių pažeidimai yra susiję su kontaktiniais įtempiais ir trintimi:
Nuovargio skilimas yra pagrindinis danties paviršiaus sunaikinimo būdas, kai krumpliaračiai yra gerai sutepti. Transmisija veikia ilgai, kol atsiranda nuovargis paviršiniuose dantų sluoksniuose. Paviršiuje atsiranda nedidelės įdubos, kurios išauga ir virsta kriauklėmis. Pagrindinės priemonės, apsaugančios nuo atskilimo: matmenų nustatymas pagal nuovargį, remiantis kontaktiniais įtempiais; padidinti medžiagos kietumą termiškai apdorojant; didinant dantų gamybos tikslumo laipsnį.
Abrazyvinis nusidėvėjimas yra pagrindinė krumpliaračių gedimo priežastis dėl prasto tepimo (atviros ir uždaros, bet prastai apsaugotos nuo užteršimo; žemės ūkio, transporto, kėlimo mašinos; kasybos įranga). Pagrindinės priemonės, apsaugančios nuo nusidėvėjimo: danties paviršiaus kietumo didinimas, apsauga nuo užteršimo, specialių aliejų naudojimas.
Užstrigimas dažniausiai įvyksta labai apkrautose ir greitaeigėse pavarose. Šių krumpliaračių dantų sąlyčio vietoje susidaro aukšta temperatūra, kuri skatina alyvos plėvelės plyšimą ir metalinio kontakto susidarymą. Čia vyksta metalo dalelių suvirinimas ir vėlesnis jų atskyrimas nuo mažiau patvaraus paviršiaus. Susidarę ataugos prisideda prie užgrobimo. Priemonės, apsaugančios nuo užstrigimo, yra tokios pačios kaip ir nuo nusidėvėjimo.
Plastikiniai poslinkiai pastebimi labai apkrautose mažo greičio pavarose, pagamintose iš švelnaus plieno. Perkrovus ant minkšto dantų paviršiaus atsiranda plastinės deformacijos, po kurių slysta sprogimas. Plastikinius poslinkius galima pašalinti padidinus dantų darbinio paviršiaus kietumą.
Dantų kietojo paviršiaus sluoksnio lupimasis, paveiktas paviršinio grūdinimo (nitridavimas, cementavimas, grūdinimas) Šis destrukcijos tipas stebimas žemos kokybės terminiu apdorojimu. Lupimąsi skatina perkrova.
Pavarų tepimas
Dantų dygimo procese dėl riedėjimo ir slydimo trinties įkaista krumpliaratis, dyla dantys, mažėja efektyvumas. Transmisijos darbingumui užtikrinti į rato tinklelį tiekiamas tepalas, kuris sumažina kontaktinius įtempius, apsaugo dantis nuo intensyvaus trinties ir korozijos, pašalina susidėvėjimo produktus, sumažina smūgio jėgą tinkle ir pagerina šilumos išsiskyrimą.
Pavaros efektyvumas
Krumpliaračių galios nuostoliai susideda iš nuostolių dėl trinties tinkle, trinties guoliuose ir hidraulinių nuostolių dėl maišymo ir alyvos purslų (uždarosios pavaros). Tinklų nuostoliai sudaro pagrindinę perdavimo nuostolių dalį, jie priklauso nuo gamybos tikslumo, tepimo būdo, darbinių paviršių šiurkštumo, rato greičio, tepalų savybių ir rato dantų skaičiaus. Didėjant dantų skaičiui, didėja perdavimo efektyvumas.
Pavarų dėžėje prarasta galia virsta šiluma, kuri, jei ji nėra pakankamai atvėsinta, gali perkaisti transmisiją.
Pavarų dizainas
Priklausomai nuo ruošinio paskirties, dydžio ir technologijos, krumpliaračiai turi skirtingą konstrukciją.
Cilindrinės ir kūginės krumpliaračiai gaminami kaip vienas mazgas su velenu (krumpliaračio velenu). Tai paaiškinama tuo, kad atskira gamyba padidina produkcijos savikainą dėl preciziško apdirbimo reikalaujančių paviršių brangimo, taip pat dėl būtinybės naudoti vieną ar kitą jungtį (pavyzdžiui, raktą). Lizdinės pavaros naudojamos tais atvejais, kai jos turi judėti velenu arba priklausomai nuo surinkimo sąlygų.
Ratai, kurių skersmuo da ≤ 150 mm, gaminami kietų diskų pavidalu iš valcuotų gaminių arba iš kaltinių.
Konstrukcinis tvirtumas dažnai priklauso nuo medžiagos būklės detalės paviršiniuose sluoksniuose. Vienas iš plieninių detalių paviršiaus grūdinimo būdų yra paviršiaus grūdinimas.
Dėl paviršiaus grūdinimo, gaminio paviršinių sluoksnių kietumas didėja kartu didėjant atsparumui dilimui ir patvarumo ribai.
Visiems paviršiaus grūdinimo tipams būdingas detalės paviršinio sluoksnio pašildymas iki kietėjimo temperatūros, po to greitas aušinimas. Šie metodai skiriasi dalių šildymo būdais. Sukietėjusio sluoksnio storis paviršiaus grūdinimo metu nustatomas pagal kaitinimo gylį.
Labiausiai paplitęs yra elektroterminis grūdinimas kaitinant gaminius aukšto dažnio srovėmis (HFC) ir grūdinimas dujų liepsna kaitinant dujų-deguonies arba deguonies-žibalo liepsna.
Grūdinimas aukšto dažnio srovėmis.
Metodą sukūrė sovietų mokslininkas V. P. Vologdinas.
Jis pagrįstas tuo, kad jei metalinė dalis yra patalpinta į kintamąjį magnetinį lauką, kurį sukuria laidininkas-induktorius, tada joje bus sukeltos sūkurinės srovės, dėl kurių metalas įkaista. Kuo didesnis srovės dažnis, tuo plonesnis sukietėjęs sluoksnis.
Paprastai naudojami mašininiai generatoriai, kurių dažnis yra 50...15000 Hz, ir vamzdiniai generatoriai, kurių dažnis didesnis nei 10 6 Hz. Sukietėjusio sluoksnio gylis iki 2 mm.
Induktyvumo ritės pagamintos iš varinių vamzdelių, kurių viduje cirkuliuoja vanduo, todėl neįkaista. Induktoriaus forma atitinka išorinę gaminio formą, o tarpas tarp induktoriaus ir gaminio paviršiaus turi būti pastovus.
HDTV grūdinimo technologinio proceso schema parodyta pav. 16.2.
Ryžiai. 16.2. Aukšto dažnio grūdinimo technologinio proceso schema
Pakaitinus induktorių 2 3...5 s, 1 dalis greitai perkeliama į specialų aušinimo įrenginį - purkštuvą 3, per kurio angas ant šildomo paviršiaus purškiamas gesinimo skystis.
Didelis šildymo greitis perkelia fazių transformacijas į aukštesnę temperatūrą. Kietėjimo temperatūra kaitinant aukšto dažnio srovėmis turi būti aukštesnė nei įprasto kaitinimo metu.
Tinkamomis šildymo sąlygomis po aušinimo gaunama smulkiaadatinio martensito struktūra. Kietumas padidėja 2...4 HRC lyginant su įprastiniu grūdinimu, padidėja atsparumas dilimui ir ištvermės riba.
Prieš grūdinant aukšto dažnio šiluma, gaminys yra normalizuojamas, o po sukietėjimo – žemas grūdinimas 150...200 o C temperatūroje (savaiminis grūdinimas).
Šį metodą labiausiai patartina naudoti plieno gaminiams, kuriuose anglies kiekis didesnis nei 0,4%.
Metodo privalumai:
· didesnis efektyvumas, nereikia šildyti viso gaminio;
· aukštesnės mechaninės savybės;
· detalės paviršiaus dekarbonizacijos ir oksidacijos nebuvimas;
· deformacijos defektų ir kietėjančių plyšių susidarymo mažinimas;
· procesų automatizavimo galimybė;
· aukšto dažnio grūdinimo naudojimas leidžia pakeisti legiruotą plieną pigesniu angliniu plienu;
· leidžia grūdinti atskiras detalės dalis.
Pagrindinis metodo trūkumas– didelė indukcinių instaliacijų ir induktorių kaina.
Patartina naudoti serijinėje ir masinėje gamyboje.
Kietėjimas dujų liepsna.
Šildymas atliekamas acetileno-deguonies, dujų-deguonies arba žibalo-deguonies liepsna, kurios temperatūra 3000...3200 o C.
Paviršinio sluoksnio struktūra po sukietėjimo susideda iš martensito, martensito ir ferito. Sukietėjusio sluoksnio storis 2...4 mm, kietumas 50...56 HRC.
Metodas naudojamas dideliems sudėtingo paviršiaus gaminiams (sraigtiniams krumpliaračiams, sliekiniams), plieno ir ketaus valcavimo ritiniams grūdinti. Naudojamas masinėje ir individualioje gamyboje, taip pat remonto darbams.
Šildant didelius gaminius, degikliai ir aušinimo įrenginiai juda palei gaminį arba atvirkščiai.
Metodo trūkumai:
· mažas našumas;
· sunku reguliuoti sukietėjusio sluoksnio gylį ir šildymo temperatūrą (perkaitimo galimybė).
Senėjimas
Grūdinimas taikomas lydiniams, kurie buvo gesinti polimorfine transformacija.
Taikoma medžiagoms, kurios kietėja be polimorfinės transformacijos. senėjimas.
Grūdinimas be polimorfinės transformacijos – tai terminis apdorojimas, kuris žemesnėje temperatūroje fiksuoja lydiniui būdingą būseną aukštesnėje temperatūroje (persotintas kietas tirpalas).
Senėjimas– terminis apdorojimas, kurio metu pagrindinis procesas yra persotinto kieto tirpalo skilimas.
Dėl senėjimo kinta sukietėjusių lydinių savybės.
Skirtingai nuo grūdinimo, po senėjimo padidėja stiprumas ir kietumas, mažėja plastiškumas.
Lydinių senėjimas yra susijęs su kintamu perteklinės fazės tirpumu, o kietėjimas senėjimo metu įvyksta dėl dispersinių kritulių skaidant persotintą kietą tirpalą ir dėl to atsirandančių vidinių įtempių.
Senstant lydiniuose, nuosėdos iš kietų tirpalų atsiranda šiomis pagrindinėmis formomis:
· plonalėkštė (disko formos);
· lygiašiai (sferiniai arba kubiniai);
· adatos formos.
Nuosėdų formą lemia konkuruojantys veiksniai: paviršiaus energija ir tampriosios deformacijos energija, kurios linkusios į minimumą.
Lygiagrečių nuosėdų paviršiaus energija yra minimali. Plonų plokštelių pavidalo nuosėdoms elastinių iškraipymų energija yra minimali.
Pagrindinis senėjimo tikslas – padidinti stiprumą ir stabilizuoti savybes.
Senėjimas išskiriamas į natūralų, dirbtinį ir po plastinės deformacijos.
Natūralus senėjimas yra spontaniškas sukietėjusio lydinio stiprumo padidėjimas ir plastiškumo sumažėjimas, atsirandantis jį veikiant normalioje temperatūroje.
Kaitinant lydinį, padidėja atomų mobilumas, o tai pagreitina procesą.
Jėgos padidėjimas veikiant aukštesnėje temperatūroje vadinamas dirbtinis senėjimas.
Lydinio tempiamasis stipris, takumo riba ir kietumas didėja ilgėjant senėjimo trukmei, pasiekia maksimumą ir tada mažėja (perdėto senėjimo reiškinys)
Natūraliai senstant, per didelis senėjimas nevyksta. Kylant temperatūrai, senėjimo stadija pasiekiama anksčiau.
Jei sukietėjęs lydinys, turintis persotinto kieto tirpalo struktūrą, yra plastiškai deformuojamas, paspartėja ir procesai, vykstantys senstant - tai yra senėjimo įtampa.
Senėjimas apima visus procesus, vykstančius persotintame kietame tirpale: procesus, kuriais ruošiamas atskyrimas, ir pačius atskyrimo procesus.
Praktikai didelę reikšmę turi inkubacinis laikotarpis – laikas, per kurį sukietėjusiame lydinyje vyksta paruošiamieji procesai, kai išlaikomas didelis plastiškumas. Tai leidžia šaltai deformuotis po grūdinimo.
Jei senstant vyksta tik išskyrimo procesai, tai reiškinys vadinamas dispersinis kietėjimas.
Po senėjimo mažai anglies turinčio plieno stiprumas didėja, o plastiškumas mažėja dėl išsklaidyto tretinio cementito ir nitridų nusodinimo ferite.
Senėjimas yra pagrindinis aliuminio ir vario lydinių, taip pat daugelio aukštos temperatūros lydinių stiprinimo būdas.
1.3.5.1 lentelė
|
Stiprinimas fizikiniais ir fizikiniais-cheminiais metodais
Mašinų dalių, veikiančių aukštesnėje temperatūroje inertinėse dujose, atsparumui dilimui ir paviršiaus kietumui padidinti naudojamas paviršiaus atsparumas karščiui ir atsparumas korozijai, grūdinimas naudojant elektrinio kibirkštinio apdorojimo būdus. Šis metodas susideda iš gaminio metalo (katodo) paviršiaus sluoksnio legiravimo su elektrodo medžiaga (anodu) kibirkštinio išlydžio metu oro aplinkoje. Dėl legiruojančio metalo cheminių reakcijų su azotu, anglimi ir detalės metalu paviršiniuose sluoksniuose susidaro kietėjančios struktūros ir sudėtingi cheminiai junginiai, atsiranda difuziniam dilimui atsparus grūdintas sluoksnis, kurio kietumas yra didelis. Daugiasluoksnėms dangoms padengti naudojami jonų-plazmos apdorojimo metodai.
Stiprinimas plastinės deformacijos metodais
Grūdinimas atliekamas siekiant padidinti metalo paviršinio sluoksnio atsparumą nuovargiui ir kietumą bei suformuoti jame nukreiptus vidinius įtempius, daugiausia gniuždymo įtempius, taip pat reguliuojamą paviršiaus mikronelygumo reljefą.
Grūdinimo apdorojimas paviršiaus plastine deformacija efektyviai naudojamas staklių detalių gamybos technologinio proceso apdailos operacijose, o ne galutinių apdirbimo operacijų, pjovimo ašmenimis ar abrazyviniais įrankiais, operacijose.
Paviršiaus plastinė deformacija, atliekama nenaudojant išorinės šilumos ir užtikrinant nurodyto paviršiaus sluoksnio savybių rinkinio sukūrimą, vadinama šaltuoju grūdinimu.
Metalo sluoksnis, kuriame atsiranda šios savybės, atitinkamai vadinamas šalto apdirbimo būdu.
Dėl šaltojo grūdinimo padidėja visos metalo atsparumo deformacijoms charakteristikos, mažėja jo plastiškumas ir didėja kietumas.
Kuo plienas minkštesnis, tuo didesnis grūdinimo intensyvumas; ant nekietintų plienų dėl paviršiaus deformacijos galima pasiekti daugiau nei 1000% kietumo padidėjimą, o grūdinto plieno tik 10-15%. Kietumo padidėjimą lemia deformuoto plieno struktūra.
Paviršius kietinamas bombarduojant jį plieno arba ketaus šratais, rutuliais ar suspensijos, kurioje yra abrazyvinių dalelių; ridenimas voleliais, rutuliais ar sukamuoju įrankiu, vytis.
Šratinimas suteikia negilią plastinę deformaciją iki 0,5-0,7 mm. Naudojamas nedidelių sudėtingų formų dalių paviršiams, taip pat mažo standumo dalims, tokioms kaip spyruoklės, lakštinės spyruoklės ir kt.
Dažniausiai naudojamas 0,8-2 mm skersmens plieninis šratas. Grūdinimo gylis šratinio pūtimo metu neviršija 0,8 mm.
Dalies paviršius įgauna tam tikrą šiurkštumą ir nėra toliau apdorojamas.
Apdorojimo režimas nustatomas pagal šūvio padavimo greitį, šūvio suvartojimą laiko vienetui ir ekspoziciją – laiką, per kurį apdorotas paviršius yra veikiamas smūgių. Detalės paviršius turi būti visiškai padengtas įlenkimo žymėmis.
Apdorojamos medžiagos paviršiaus kietumas ir plastinės deformacijos gylis priklauso nuo kietėjimo režimų, fizinių ir mechaninių savybių, medžiagos struktūros ir cheminės sudėties. Didžiausią įtaką paviršiaus kietumui daro specifinis deformuojančio elemento, besiliečiančio su ruošiniu, slėgis ir šio slėgio veikimo dažnis. Viršijus didžiausią leistiną slėgį arba apkrovos ciklų skaičių, sustoja kietumo augimas ir sustoja dėl kietėjimo, t. .
Norint sukietinti gaminius, kurių kietumas yra iki HRC65, naudojamas deimantinio šlifavimo metodas. Jis gali pakeisti galutinį šlifavimą ir paviršiaus poliravimą. Metodas yra labai universalus. Tai racionalu apdirbti plieno grūdintas ir termiškai nesugrūdintas detales su paviršiaus dangomis ir be jų, taip pat detales iš spalvotųjų metalų ir lydinių.
Paviršinio sluoksnio grūdinimas suspensijos srove (skystis + abrazyvinės dalelės) naudojamas tais atvejais, kai reikalingas didžiausias sukietėjusio sluoksnio gylis.
Stiprinimas sprogimo energija gali padidinti atsparumą dilimui, paviršiaus sluoksnio kietumą, stiprumo ir takumo ribas, statinį stiprumą (suvirintų jungčių dėl darbo sukietėjimo ir šilumos paveiktos zonos), ciklinį stiprumą ir pagerinti. metalo paviršinio sluoksnio kokybė.
Stiprinimas veikiant impulsinėms apkrovoms sprogimo būdu labai skiriasi nuo grūdinimo įprastomis sąlygomis.
Kai veikiamas didesnis greitis, susijęs su sprogimu, kietėjimo efektas didėja, kai smūgio greitis didėja. Metale gali kilti aukšta vietinė temperatūra, sukeldama fazių transformacijas vietinėse vietose. Tuo pačiu metu vyksta procesai, būdingi kietėjimui esant normaliam tempimo greičiui, pvz., susipynimas, šlytis ir suskaidymas.
Po galutinio mechaninio ir terminio apdorojimo peilių paviršiai sukietėja.
Dalies sutvirtinimas mikrokaroliukais leidžia:
a) sukurti ploną sukietėjimą ant dalių, turinčių aštrius kraštus arba mažus įdubimų ir griovelių spindulius;
b) pašalinti po mechaninio apdorojimo paviršiniame sluoksnyje galimus liekamuosius tempimo įtempius ir sukurti liekamuosius gniuždymo įtempius;
c) padidinti paviršiaus kietumą;
d) padidinti ir stabilizuoti ištvermės ribą;
e) padidinti paviršiaus švarumą viena ar dviem klasėmis iki 0,63 ...0,32
Ultragarsinis grūdinimas užima ypatingą vietą tarp grūdinimo technologijų. Metalo sutvirtinimas apdirbant ultragarsu pasižymi daugybe savybių – greitumu, dideliu efektyvumu ir galimybe apdoroti gaminius, kurių negalima grūdinti kitais būdais. Be to, ultragarso derinimas su kitu grūdinimo būdu dažnai gali padidinti pastarojo veiksmingumą. Ultragarsinio grūdinimo privalumai taip pat apima galimybę sukurti paviršiaus ir tūrio grūdinimą tam tikros klasės detalėms, taip pat jų derinius. Tokiu atveju pasiekiamas palankus vidinių įtempių pasiskirstymas metale ir konstrukcinė būklė, kai galima 2-3 kartus padidinti dalių, veikiančių esant kintamoms apkrovoms, saugos ribas ir dešimtis kartų padidinti jų tarnavimo laiką.
Ultragarsinis grūdinimas gali būti atliekamas skystyje, kuriame sklinda ultragarsiniai virpesiai, arba ultragarso dažniu vibruojančių deformuojančių kūnų pagalba.
Ultragarso bangos procesą skystyje lydi didesnis plyšimų skaičius mažyčių burbuliukų pavidalu per tempimo pusperiodį, o jų žlugimas suspaudimo pusperiodžio metu – kavitacija. Šiuo metu burbulai griūva, susidaro vietinis momentinis slėgis, pasiekiantis šimtus atmosferų. Kavitacijos burbuliukai pirmiausia atsiranda ant produktų, dedamų į skystį, paviršiaus. Kai burbuliukai subyrėja, detalės paviršius sukietėja. Grūdinimo gylis, kietumas, taigi ir sukietėjusio sluoksnio atsparumas dilimui.
Ultragarsinis detalių grūdinimas naudojant deformuojančius korpusus gali būti atliekamas pagal dvi technologines schemas:
a) tiesiogiai veikiant įrankiu apdorojamą paviršių;
b) apdoroto paviršiaus poveikis darbo terpei (plieniniams rutuliukams).
Įkeliama...
