 |
Качество термически обработанных деталей.
|
|
|
|
ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Раздел 1. Особенности эксплуатации деталей ЖДТ, эксплуатационные характеристики и факторы, на них влияющие
Сравнительная характеристика качества автосцепок различных заводов
Корпуса автосцепок, изготовленные Уральским заводом, характеризуются значительно меньшим количеством изломов в эксплуатации, чем корпуса Люблинского и Бежицкого заводов. Причина – сталь Уралвагонзавода содержала небольшие количества хрома, никеля, меди, повышающие ее прочность за счет легирования феррита.
На этом заводе корпуса отливают с прибылью по перемычке, которая является наиболее слабым местом детали с точки зрения трещиноустойчивости. Значительно хуже работают корпуса Бежицкого сталелитейного завода (более 30% вышедших из строя).
Что касается дефектов, то в стержне хвостовика изломавшиеся корпуса Уралвагонзавода имеют разностенность, Бежицкого – разностенность и раковины, Люблинского – раковины и спаи.
Из общего количества изломов около 15% приходится на тяговые хомуты, где основной вид изломов – усталостные. В сечении без литейных дефектов – 60% изломов, по причине литейных дефектов – 30 %.
Хрупкий излом, которому способствовали газовые поры в металле тяговой полосы, наблюдался у 10% разрушенных хомутов. Развитию трещин в тяговой полосе способствует неравномерное распределение нагрузки на полосы от задней опорной части.
Из всего этого можно сделать вывод, что в эксплуатации наблюдается 2 вида изломов – хрупкий и усталостный. Некоторое количество изломов можно отнести к промежуточному типу – малоцикловой усталостный излом. Наличие изломов, имеющих усталостный характер, указывает на необходимость проведения испытаний корпуса автосцепки и тягового хомута на выносливость для совершенствования конструкции.
|
|
|
Факторами, способствующими изломам, являются:
- некачественное изготовление деталей (литье);
- нарушение технологии ремонта (сварка);
- усталостное старение металла (длительная эксплуатация);
- отрицательные температуры (хладноломкость).
Наибольшее количество изломов наблюдается в деталях, проработавших в эксплуатации более 15 лет.
Основные механические и эксплуатационные характеристики деталей ЖДТ
Усталостная прочность деталей.
Большинство поломок деталей происходит от усталости металла. Явление усталости в металлах зависит от многих причин, в том числе качества термической и механической обработки деталей, дефектов в металле, конфигурации и размеров поверхностных дефектов, предела выносливости металла.
Литые концентраторы напряжений:
- галтели;
- выточки;
- острые кромки;
- надрезы.
Негативно влияет на трещиноустойчивость также увеличение размера детали, правка деталей после термической обработки (механическое восстановление конфигурации покоробленной детали).
Повышение предела прочности достигается за счет создания в поверхностных слоях детали сжимающих напряжений посредством термомеханической обработки, наклепа. В упрочнении стали всю большую роль играют процессы цементации, нитроцементации (карбонитрирования), азотирования. Эти виды химико-термической обработки позволяют увеличить усталостную прочность за счет повышения механических свойств поверхностного слоя детали.
После низкотемпературного отпуска термически упрочненных деталей напряжения изменяются и могут изменить знак на растягивающие.
При стендовых испытаниях в условиях, близких к эксплуатационным, трудно выявить воздействие циклической вязкости на трещиноустойчивость.
|
|
|
Контактная прочность.
При работе соприкасающихся деталей под действием контактных нагрузок, поэтому способность стали противостоять контактному разрушению является ее важнейшей эксплуатационной характеристикой.
Контактная прочность стали и чугуна может быть повышена химико-термической обработкой, поверхностной индукционной закалкой.
Как правило, при увеличении глубины и твердости упрочненного слоя контактная прочность повышается, значительное влияние оказывает количество остаточного аустенита. Если в процессе эксплуатации деталь подвергается знакопеременным нагрузкам, остаточный аустенит не допускается. Согласно исследованиям, при обработке дробью контактная прочность незначительно снижается, так как в этом случае сказывается влияние расположения волокон по отношению к действующим напряжениям (статическая прочность одинакова, но пластические свойства у образцов с поперечным расположением волокон меньше на 50%, чем с продольным). Контактная прочность образцов с поперечной ориентировкой выше в 3 раза, чем с торцевой ориентировкой.
Техническому значению контактной прочности соответствует какое-либо определенное соотношение твердости и глубины, что обеспечивается подбором режима.
Вибрационная вязкость стали.
Циклическая или вибрационная вязкость металла – его способность поглощать энергию в необратимой форме при воздействии циклически повторяющихся односторонних или знакопеременных циклических нагрузок. Величина циклической вязкости не зависит от предела выносливости.
Многие металлы и сплавы при высоком пределе выносливости имеют низкую циклическую вязкость.
Износ деталей
Износ трущихся поверхностей может происходить в результате абразивного изнашивания, усталостного воздействия, схватывания, задирания.
В процессе трения наблюдается:
а) развитие температуры в местах соприкосновения поверхностей;
б) схватывание и вырыв металла при сухом трении;
в) выкрашивание металла;
г) окисление поверхности.
С помощью термической обработки можно значительно воздействовать на параметры износостойкости детали (отжиг высокотемпературный для разложения карбидов в сером чугуне, поверхностное упрочнение трущихся поверхностей).
|
|
|
Меры для предотвращения износа:
– подбор состава масла;
- изменение конструкции детали;
- применение приработки и суперфинишные операции.
Часто износ наступает вследствие выщербления карбидов, которые попадают в смазку из разрушенной поверхности и энергично начинают изнашивать трущиеся детали. Существуют прямые пары (деталь с меньшей твердостью, но большей поверхностью скользит по детали с большей твердостью, но меньшей поверхностью) и обратные пары. Обратные пары обладают большей надежностью.
В общем случае, для уменьшения износа одна из трущихся поверхностей должна обладать большей твердостью и однородностью механических свойств. Одна из наиболее эффективных мер борьбы с износом вследствие вырывания – упрочнение связи поверхностных слоев с подслоем, что исключает продавливание поверхностных микрослоев металла и сохраняет стойкость металла самой поверхности.
Другой важной причиной, ускоряющей износ, является деформация детали в результате термической обработки, так как в поверхностных слоях в этом случае возникают высокие напряжения.
Некоторые стали при цементации склонны к пересыщению диффузионного слоя углеродом. Особенно опасны крупные включения карбида и цементитной сетки, разрушающиеся при возрастании давления на поверхность детали.
Ошибочно судить об износостойкости только по твердости поверхности. Следует учитывать также прочность поверхностных слоев и подслоя.
От химического состава стали зависит количество остаточного аустенита после термической обработки. Сам аустенит, полученный при быстром охлаждении, сопротивляется износу лучше, чем при медленном. Аустенит легированной стали меньше подвержен износу, чем углеродистой.
От содержания углерода в стали зависит твердость мартенсита, а также напряжения и деформации, возникающие при его обработке. На практике наблюдаются случаи, когда наряду с аустенитом в поверхностном слое имеется трооститная структура, что приводит к катастрофическому износу. Главной причиной этого является уменьшение содержания углерода, которое имеет место при большом количестве карбидообразующих элементов.
|
|
|
Для уменьшения износа вследствие заедания и царапания необходимо максимально повышать твердость, обеспечивая прочность подслоя и сердцевины. При абразивном изнашивании целесообразно применять различные виды термической обработки для трущихся деталей, например – улучшение для одной детали и индукционная закалка для другой.
Для предотвращения износа следует также подбирать специальную сталь.
Но даже при соблюдении всех норм и соответствии стали техническим условиям может произойти катастрофический износ вследствие загрязнений стали шлаком, сернистыми соединениями и газами.
Качество термически обработанных деталей.
В результате термической обработки изделия становятся более надежными и долговечными главным образом вследствие повышенной сопротивляемости усталости и износу.
Поэтому вопрос о качестве термообработанных деталей необходимо рассматривать отдельно для деталей, упрочняемых с поверхности и по всему сечению.
С поверхности: помимо повышения усталостной и контактной прочности обеспечивается повышение износостойкости.
По всему сечению: повышается усталостная прочность, сопротивляемость износу и хладноломкости.
Повышение качества поверхностноупрочненного слоя достигается химико-термической обработкой, закалкой ТВЧ или газовым пламенем. Качество поверхностного слоя определяется структурой закаленного и отпущенного слоя: он должен состоять из дисперсного мартенсита или троостита и мартенсита в зависимости от требуемой твердости. Феррит при всех условиях не допускается.
Требования к деталям: закалке ТВЧ подвергаются, как правило, среднеуглеродистые стали (Сталь 40, Сталь 45, Сталь 40Х и т.п.).
Детали, подвергаемые улучшению: качество данной детали зависит от структуры. В сердцевине не должно содержаться феррита, должна быть сорбитная, сорбито-трооститная или троостито-мартенситная структура. Для особоответственных деталей улучшенная сталь должна обладать высокой пластичностью и вязкостью, в этом случае после термической обработки вырезают образцы из центральной части детали в нагруженных, наиболее напряженных местах и подвергают испытанию на статическую прочность и ударную вязкость.
|
|
|
