CC BY
4СТАБИЛИЗИРУЮЩАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ
Валиуллина Алиня Айдаровна
Казанский Национальный Исследовательский Технологический Университет, студент факультета нанотехнологий и наноматериалов, Казань
Габдуллина Гульназ Музагитовна
Казанский Национальный Исследовательский Технологический Университет, студент факультета нанотехнологий и наноматериалов,
г.Казань
Каратаев Оскар Робиндарович
Доцент - Кафедра «Машиноведения» Казанского Национального Исследовательского Технологического Университета,
г.Казань
THE STABILIZING PROCESSING OF DETAILS IN AUTOMOTIVE INDUSTRY Valiullina Alinya Aydarovna, Kazan National Research Technological University, student 3 courses, Kazan Gabdullina Gulnaz Muzagitovna, Kazan National Research Technological University, student 3 courses, Kazan Karatayev Oscar Robindarovich, The associate professor - Department of «Engineering science» of the Kazan National Research Technological University, Kazan АННОТАЦИЯ
Данная статья посвящена исследованию химико-термической обработки металлов и сплавов и упрочняющей обработке. В первой части статьи рассматриваются такие методы -термической обработки, как фосфорирование и хромомарганцирование. Во второй части описан процесс упрочняющей обработки - алмазное выглаживание. ABSTRACT
This article is devoted to research of chemical heat treatment of metals and alloys and the strengthening processing. In the first part of article such methods - heat treatment, as a fosforirovaniye and a hromomargantsirovaniye are considered. In the second part process of the strengthening processing - a diamond vyglazhivaniye is described. Ключевые слова: метал; химико-термическая обработка; деталь. Keywords: metal; chemical heat treatment; detail.
Упрочнение деталей машин - одна из актуальных задач машиностроения. Большинство деталей машин работают в условиях изнашивания, кавитации, циклических нагрузок, коррозии при криогенных или высоких температурах, при которых максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях металла, где сосредоточены основные концентраторы напряжения. Газотермическое напыление, наплавка, химико-термическая обработка повышают твёрдость, кавитационную и коррозионную стойкость и, создавая на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивают надёжность и долговечность деталей машин. При сохранении достаточно высокой пластичности, вязкости и трещиностойкости данные методы повышает надёжность и долговечность машин и понижает расход металла на их изготовление вследствие уменьшения сечения деталей. Для обоснованного выбора способа поверхностного упрочнения необходимо сравнить данные технологических возможностей известных способов упрочнения.
Химико-термическая обработка.
Под ХТО подразумевается процесс поверхностного насыщения стали различными элементами путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Упрочнение металлов и сплавов, увеличение их стойкости к воздействиям агрессивных внешних факторов при нормальной и повышенной температурах является основной целью химико-термической обработки.
Фосфорирование
Процесс насыщения поверхности сталей фосфором исследован слабо. Между тем он не связан с серьезными технологическими препятствиями: фосфор имеет достаточное количество устойчивых соединений (например, фосфаты щелочных металлов), которые могут быть использованы в качестве активных сред. Особые свойства а-твердых растворов фосфора в железе учитывают при легировании автоматных сталей; фосфиды железа пока не нашли специального применения.
Фосфор по отношению к полиморфизму железа принадлежит к альфагенным элементам. Высшие фосфиды железа FеР и FеР3 при насыщении не образуются. Низшие фосфиды железа практически не имеют интервалов гомогенности. Особенностью диаграммы состояния является существование метастабильной эвтектики Fе + Fe2P с низкой температурой плавления —около 950°С, что представляет известные трудности при жидкостном фосфорировании.
Положительная особенность способа — возможность применения высоких температур без опасности оплавления: оно не возникает благодаря порошкообразной консистенции смеси (отсутствию жидкой фазы) и низкому содержанию активного элемента. Качество поверхности образцов высокое.
Возможно безэлектролизное насыщение в стеклообразных расплавах фосфатов с использованием химического восстанови геля — порошкообразного карбида кремния (карборунда SiC). Восстановлению подвергают двух- и трехзамещенные фосфаты натрия.
Фосфорирование с образованием слоя а-фазы способствует некоторому повышению износостойкости, но менее значительному, чем при цементации. Другие свойства слоев этого типа не исследованы.
Слой состоит из трех зон: FеВ с некоторым количеством мелких пор, пористой зоны Fе2В и толстой плотной зоны фосфористого феррита. Рентгено- структурный анализ показал наличие В слое также фазы FeзР
Пористость боридной зоны и малая ее толщина (50100 мкм) объясняются необходимостью транспорта железа наружу сквозь диффузионный барьер — слой феррита. По этой же причине гемиборид более порист, чем моноборид.
Преимущество электролизного насыщения — мощная восстанавливающая способность, что позволяет создать в слое значительно более высокие концентрации фосфора. Оптимальной ванной оказалась смесь из 30% №С1 + 70% №3Р04.
Хромомарганцирование
Хромомарганцирование железоуглеродистых сплавов проводится с целью повышения поверхностной твердости и износостойкости в условиях трения скольжения, абразивного изнашивания и кавитации.
Хромомарганцирование сталей
Процесс ведут в порошковых смесях на основе ферромарганца (марганца) и феррохрома (хрома) с добавками А12О3 и №С1 в контейнерах с плавками затворами. Хромомарганцированные изделия имеют серебристо белый цвет.
На армко-железе слой представляет собой твердый раствор хрома и марганца в железе переменной концентрации. Тип решетки твердого раствора определяется концентрацией в нем хрома и марганца. На средне- и высокоуглеродистых сталях слон состоит из карбидной зоны и зоны твердого раствора. Карбидная зона слоя, полученного в смесях, богатых хромом, представлена карбидами хрома Сг23С6 и Сг7Сз, легированными марганцем и железом, а зона слоя, полученного в смесях, богатых марганцем, — карбидом цементитного типа (Мп, Сг, Ре)вС.
Хромомарганцирование обычно проводят в смесях с соотношением FeMn : FeCl = 1:2-2:3. Толщина получаемых при этом слоев определяется технологическими параметрами процесса насыщения.
Поверхностная микротвердость хромомарганциро-ванного слоя армко-железа в зависимости от состава среды изменяется от 2500 до 5000 МПа. Карбидная зона хромомарганцированного слоя менее хрупка и прочнее связана с основным металлом, чем карбидная зона хромированного слоя. Хромомарганцирование в 2-3 раза повышает износостойкость средне- и
высокоуглеродистых сталей, по сравнению с закаленными низкоотпущенным состояниемобработка сплав металл упрочня
Процесс ведут по тем же режимам и в тем по составу средах, что и хромомарганцирование сталей.
Карбидный слой хромомарганцированых чугунов имеет высокую микротвердость (11000-17500Мпа в зависимости от состава насыщающего состава и режима насыщения). С увеличением длительности и температуры процесса твердость карбидной зоны повышается. Изменения содержания в смеси ферромарганца, окиси алюминия и хлористого аммония в исследованных пределах существенного влияния на твердость карбидной зоны не оказывает. Твердый раствор марганца и хрома в железе имеет микротвердость 5000-7000 Мпа.
Упрочнение поверхностного слоя
Алмазное выглаживание
Алмазное выглаживание сопровождается смятием гребешков микронеровностей и появлением наклепа на обрабатываемой поверхности вследствие скольжения по ней алмазного инструмента под определенным давлением. Поверхности, обработанные алмазным выглаживанием, обладают высокой износоустойчивостью при образовании пар трения и высокой усталостной прочностью. Особо важно значение этого процесса при изготовлении подвижных пар гидроуплотнений. В этом случае металлическая деталь гидроуплотнения не подвергается традиционной термической обработке для повышения твердости, поскольку необходимая твердость поверхности обеспечивается алмазным выглаживанием сырой заготовки.
В качестве инструмента при алмазном выглаживании применяют державку, в которой закрепляют в оправе кристалл алмаза или синтетического сверхтвердого материала массой 0,5-1,0 карата. Алмазное выглаживание осуществляют, как правило, за один проход, так как увеличение числа проходов не изменяет существенно шероховатость поверхности упрочняемой детали.
Усилие прижатия инструмента к детали также имеет большое значение. При усилии меньше оптимального микронеровности сглаживаются не полностью, а при большем поверхностный слой перенаклепывается и разрушается.
Инструмент для выглаживания состоит из наконечника с алмазом и державки (Рис.8). Державка при работе крепится на суппорте станка или в пиноли задней бабки. Нагружающие механизмы державок имеют упругие элементы (пружины), обеспечивающие непрерывный контакт алмаза с обрабатываемой поверхностью и примерно одинаковое усилие выглаживания.
И 0,8
Рис 8 Наконечник для алмазного выглаживания
Скорость алмазного выглаживания принимается в зависимости от материала обрабатываемой заготовки. Так, для цветных сплавов и мягких сталей она принимается в пределах 10—80 м/мин, для закаленных сталей 200—250 м/мин. Алмазным выглаживанием обрабатывают заготовки из черных и цветных металлов, предварительно обработанных шлифованием, тонким точением и другими методами, обеспечивающими заданную точность. Из-за нестабильности качества выглаживанием не обрабатывают детали со значительными отклонениями формы в поперечном сечении или неравномерной твердостью поверхности. Выглаживание можно выполнять на универсальных и специальных станках. В процессе выглаживания поверхностей в месте контакта деформирующего элемента и обрабатываемой детали возникают значительные контактные напряжения.
Детали с поверхностью, обработанной алмазным выглаживанием, обладают хорошими эксплуатационными качествами: высокой износостойкостью и усталостной прочностью.
Заключение
В данной статье были рассмотрены методы ХТО, такие как фосфорирование и хромомарганцирование, а так же способы упрочнения поверхностного слоя наплавка легированного металла и алмазное выглажи-
вание. Эти виды применяются для придания заготовке требуемых свойств. Фосфорирование помогает улучшить технологические свойства, такие как прочность, твердость. Возможно применение при высоких температурах. Хромомарганцирование железоуглеродистых сплавов проводится с целью повышения поверхностной твердости и износостойкости в условиях трения. Наплавку или напыление легирующими металлами выполняют для увеличения износостойкости, жаропрочности и эксплуатационной стойкости поверхностей деталей, работающих в условиях больших знакопеременных нагрузок, высоких температур и давлений, в абразивных и агрессивных средах, а также в целях замены дефицитных и дорогостоящих металлов. Алмазное выглаживание применяют для упрочнения готовых изделий.
Литература:
1. Борисенок Г.В. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник/ Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошнин. - М.: Металлургия, 1981. -243, 377 с.
2. Евдокимов В.Д., Клименко Л.П., Евдокимова А.Н. Технология упрочнения машиностроительных материалов, 2005. - 211, 260 с.
