CC BY
9
УДК 621.787.4
ИССЛЕДОВАНИЕ УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ ВАЛОВ БОЛЬШИХ ДИАМЕТРОВ
А. Л. Стешенков, C. Г. Чулкин АО «ЦТСС»
Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Промышленная, д. 7 E-mail: steshenkov@gmail.com СПбГМТУ
Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3 E-mail: sergej.chulkin@yandex.ru
Описываются результаты упрочнения гребных валов диаметром 420 мм с использованием существующих технологий.
Ключевые слова: упрочнение, гребной вал, обкатка.
RESEARCH OF THE HARDENED LAYER, LARGE-DIAMETER SHAFTS
A. L. Steshenkov, C. G. Chulkin JSC "CTS"
7, Promyshlennaya Str., St-Petersburg, Russian Federation E-mail: steshenkov@gmail.com SPBGMTU
3, Lotsmanskaya Str., St. Petersburg, Russian Federation E-mail: sergej.chulkin@yandex. ru
The article describes the results of strengthening the propeller shafts with a diameter of 420 mm using existing technologies.
Keywords: strengthening, propeller shaft, running-in.
Твердость исходного вала 294 HV, что соответствует нижней границе значений по требованиям ГОСТ 8536-79 (см. табл. 1).
Поверхность валов процессе обработки подверглась значительному перегреву, о чем свидетельствуют цвета побежалости. В табл. 1 приведены фотографии поверхности и описание.
Таблица 1
Поверхность валов диаметром 420 мм после обкатки
P, KN
0
0.75*P0 9.75тс
Поверхность светло-серая, однородная по цвету, с выраженным рельефом
Поверхность серая, гладкая, однородная, рельеф исчез
Окончание табл. 1
Поверхность неоднородная, появились мелкие пятна, отличающиеся по цвету, цвет желто-оранжевый
Поверхность очень темная, шоколадного цвета, появился грубый рельеф - борозды вдоль направления движения ролика
Изменение твердости по глубине после обработки показано на рис. 1. На этих валах удалось достигнуть упрочнения поверхностного слоя до 30 % (при максимальной нагрузке). Максимум твердости находится в поверхностном слое, далее за ним следует неглубокий минимум, после которого твердость материала практически не изменяется и соответствует твердости необработанного вала. Для образцов 3.42.02 и 3.42.03 в непосредственной близости к поверхности твердость слегка падает, что наблюдалось ранее (1 этап) и вероятно связано с наведением растягивающих напряжений в тонком подповерхностном слое.
450
400-
^ 350-
300-
250
Рис. 1. Распределение твердости образцов 3.34.01 - 3.34.04 от края (поверхности) к центру
1
-1-1-1-1-1-1-1-1-1—
0,0 5,0х103 1,0х104 1,5х104 2,0х104
Расстояние от поверхности, мкм
На рис. 2-5 показана структура образцов вала диаметром 420 мм в исходном состоянии и после обработки. После обработки при номинальном и превышающем номинальное усилиях на расстоянии 1-2 мм от поверхности заметна область с вытянутыми зернами.
»-• ' • • • Г -......
, М'' 7
> ■ г«-.; :>■ . •;• -
Рис. 2. Структура исходного вала
Рис. 4. Панорама структуры ВЗ.42.03 (а), микроструктура подповерхностной области (б), микроструктура центральной области (в)
Рис. 5. Панорама структуры ВЗ.42.04 (а), микроструктура подповерхностной области (б), микроструктура центральной области (в)
Таблица 2
Результаты обкатки вала диаметром 420 мм
Усилие 9,75 13 16,25
НВо 294
HBmax 300 342 378
Толщина упрочненного слоя, мм 2,7 4,5 5,5
Рассчитанная толщина упрочненного слоя, мм 8,1 9,3 10,4
1,2 1,9
Упрочнение, % 2 16 29
HBmin 295 295 290
Расстояние от поверхности с минимальной твердостью 3 5 7
На рис. 6 показана зависимость толщины упрочненного слоя от усилия обкатки, толщина была определена по зависимостям микротвердости, а также по микроструктурам как толщина зоны имеющая вытянутые зерна.
10-
я я
я 6 -
& я
^ л
я 4 -
я
а
ц
определенная по твердости
- — рассчитанная
- — определенная по микроструктуре
12 13 14
Усилие, тс
Рис. 6. Толщина упрочненного слоя вала диаметром 420 мм
8
2
Как было сказано ранее распределение твердости по толщине для всех валов имеет минимум в приповерхностном слое, значение которого примерно совпадает с твердостью необработанного вала. Можно предположить, что при обработке из-за сильного разогрева материала происходит самоотпуск поверхностных слоев, в процессе которого материал разупрочняется. В среднем, чем выше усилие, тем выше степень и глубина упрочнения, но в то же время тем больше разогрев материала и тем более глубокие слои подвергаются отпуску. Наложение процессов упрочнения вследствие пластической обработки и разупрочнения вследствие нагрева приводит к сложной картине распределения твердости по глубине вала.
Положение минимума (по расстоянию от поверхности) может быть легко определено из графиков.
© Стешенков А. Л., Чулкин С. Г., 2019
