Упрочнение поверхностей деталей.

Полученные путём обработки заготовок детали будут иметь малый срок службы при их эксплуатации в условиях действия переменных нагрузок, сил трения и воздействий внешней среды. Обеспечение требуемого срока службы деталей реализуется на стадиях разработки их конструкций и изготовления, когда предусматриваются и реализуются технологические воздействия на поверхностные слои деталей, в результате которых изменяются физико-механические свойства этих слоёв таким образом, что они в наибольшей степени обеспечивают длительную и надёжную эксплуатацию.

Широкое применение нашли способы повышения срока службы деталей поверхностным упрочнением, сюда относятся:

1. Способы, основанные на применении наклёпа, т. е. холодной пластической деформации поверхностного слоя материала детали. Наиболее распространёнными являются:

а) дробеструйная обработка;

б) накатка роликами.

2. Способы, основанные на химико-термических процессах:

а) цементация;

б) азотирование;

в) цианирование (нитроцементация);

г) диффузионная металлизация и др.

3. Способы, основанные на применении поверхностной закалки:

а) пламенная поверхностная закалка;

б) закалка токами высокой частоты;

в) лазерное упрочнение и др.

4. Способы, основанные на нанесении нового слоя;

а) электролитическое хромирование и др.

 

ПОДШИПНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Антифрикционные свойства трущихся пар зависят от сочетания материалов вала, подшипника и смазки.

Подшипниковые материалы выбирают в применении к работе в паре со стальными или реже чугунными цапфами валов. В связи с тем, что стоимость валов, как правило, значительно выше стоимости вкладышей (особенно таких валов, как коленчатые и другие коренные валы), они должны изнашиваться меньше, чем вкладыши. Подшипники работают тем надежнее, чем выше твердость шеек валов. Шейки, как правило, закаливают. Под быстроходные подшипники шейки закаливают (после цементации) до высокой твердости 55...60 HRC_Э или азотируют.

К подшипниковым материалам могут быть предъявлены комплексные требования, соответствующие основным критериям работоспособности подшипников, а именно: а) низкому коэффициенту трения в паре с материалом шейки вала; б) износостойкости; в) сопротивлению усталости.

Эти комплексные требования можно выполнить, если будут обеспечены следующие основные свойства подшипниковых материалов:

а) теплопроводность, обеспечивающая интенсивный теплоотвод от поверхностей трения, и малый коэффициент линейного расширения во избежание больших изменений зазоров в подшипниках;

б) прирабатываемость, обеспечивающая уменьшение кромочных и местных давлений, связанных с упругими деформациями и погрешностями изготовления;

в) хорошая смачиваемость маслом и способность образовывать на поверхностях стойкие и быстро восстанавливаемые масляные пленки;

г) коррозионная стойкость;

д) малый модуль упругости.

Кроме того, существенное значение имеют технологические свойства: литейные, хорошая обрабатываемость резанием и т. д.

Хорошей работе антифрикционного материала благоприятствует структура баббитов, характеризуемая пластической основой с более твердыми, вкрапленными в нее составляющими.

Подшипниковые антифрикционные материалы по химическому составу делят на три группы:

Баббиты — давно применяемые в технике высококачественные подшипниковые сплавы на основе олова или свинца, характеризуемые низкой твердостью (применяют только в качестве заливки или тонкослойных покрытий), хорошей прирабатываемостью и относительно низкими требованиями к твердости шеек вала и к состоянию трущихся поверхностей.

Недостатки баббитов — относительно невысокое сопротивление усталости, ограничивающее их применение в машинах ударного действия и в быстроходных поршневых машинах.

При высоких скоростях и давлениях применяют высокооловянные баббиты Б83, Б88, допускающие работу при давлениях до p = 20 МПа и = 75 МПа×м/с. Во избежание выплавления баббиты применяют при температурах до 110°С. Характерные примеры применения: в подшипниках паровых турбин, мощных электрических генераторов и двигателей. Высокооловянные баббиты вызывают минимальный износ цапфы.

Бронзы. Универсальными антифрикционными свойствами обладают оловянные и оловянно-цинково-свинцовые бронзы. Широко известна универсальная оловянно-фосфористая бронза БрО10Ф1, особо эффективная при высоких давлениях и средних скоростях. Применение ее ограничивается большим содержанием олова. К числу оловянно-цинково-свинцовых бронз относятся БрО4Ц4С17 и БрО4Ц7С5.

При высоких скоростях и давлениях (до р = 30 МПа) и, в частности, при переменных нагрузках, характерных для двигателей внутреннего сгорания, применяют свинцовую бронзу БрС-30, обладающую повышенным по сравнению с высокооловянными баббитами сопротивлением усталости. Свинцовая бронза предъявляет гораздо более высокие, чем баббиты, требования к твердости цапф (обязательна закалка) и к шероховатости поверхностей цапф и вкладышей, а также к смазочным маслам, так как окисленные масла вызывают коррозию.

Износ цапф — больше, чем при баббитовых вкладышах. Увеличением содержания свинца до 35% можно уменьшить износ. Свинцовую бронзу наносят на ленту, из которой штампуют вкладыши, или заливают во вкладыши. В связи с опасностью коррозии применение свинцовой бронзы несколько сокращается.

В ответственных подшипниках рабочую поверхность вкладыша покрывают тонким приработочным слоем из сплава свинца с оловом, индия или олова.

Важную группу составляют подшипниковые сплавы на основе алюминия, характерные высокой теплопроводностью, обеспечивающей меньшую температуру и соответственно меньшее изменение вязкости масла. Они обладают высокой коррозионной стойкостью и сопротивлением усталости, а также экономичны вследствие низкой стоимости исходного материала.

Безоловянные алюминиевые подшипниковые сплавы обладают достаточно высокими антифрикционными свойствами, но при высоких скоростях обладают недостаточным сопротивлением задирам, чувствительны к загрязнению масла, а также имеют повышенный коэффициент линейного расширения. В СССР наибольшее распространение из этих сплавов получил сплав АСМ, широко применяемый для подшипников тракторных двигателей.

Наиболее перспективными считают алюминиево-оловянные антифрикционные сплавы, обладающие высокими антифрикционными свойствами и сопротивлением усталости. Применяют сплавы АО9-2 (9% олова, 2% меди, заготовки — литье, монометалл), АО9-2Б (литье, биметалл), АО9-1 и АО20-1 (прокат, биметалл). Эти сплавы обеспечивают оптимальную структуру и способны в режимах масляного голодания образовывать на поверхностях цапф защитную пленку из олова. Например, сплавы АО9-1 и АО9-2 успешно применяют в подшипниках двигателей внутреннего сгорания тепловозов, судов, тяжелых тракторов.

Из цинковых подшипниковых сплавов распространен сплав ЦАМ 10-5 (10% алюминия, 5% меди, остальное цинк). Благодаря своим достаточно хорошим антифрикционным свойствам, недефицитности исходных материалов, невысокой стоимости и простоте изготовления его широко применяют вместо баббитов типа Б16 и бронз.

Все большее распространение получают полиметаллические многослойные подшипники. В частности, для автомобильных двигателей применяют подшипники, имеющие стальную основу, слой свинцовистой бронзы толщиной 0,25 мм, служащий податливой подушкой с хорошей теплопроводностью и сопротивлением усталости, весьма тонкий слой никеля или сплава меди с цинком во избежание диффузии олова и, наконец, поверхностный антифрикционный, хорошо прирабатывающийся слой олово — свинец толщиной 25 мкм.

Для тихоходных умеренно нагруженных подшипников можно применять антифрикционные чугуны (ГОСТ 1585-79). Твердость цапфы вала должна быть обязательно выше твердости чугунных вкладышей на (20...40) НВ. Должны быть обеспечены тщательный монтаж и минимум перекосов, тщательная приработка с постепенным повышением нагрузки, бесперебойная смазка.

Металлокерамические материалы. Эти материалы, изготовляемые из порошков путем прессования и спекания в защитной атмосфере, применяют в связи с их удовлетворительной работой при скудном смазывании. Материалы имеют пористую структуру с объемом пор 15...35 %, который заполняется маслом (путем специальной пропитки вкладышей горячим маслом).

Широкое применение имеют железо-графитовые вкладыши, содержащие 1... 3% графита (остальное железо). Применяют также бронзографитовые вкладыши, содержащие 10% олова, 1...4% графита (остальное медь), но они по своим свойствам мало отличаются от значительно более дешевых железографитовых вкладышей. Обработка резанием не рекомендуется; возможно калибрование. Основная область применения этих материалов — самосмазывающиеся подшипники, в которых трудно или невозможно обеспечить надежную смазку обычными средствами.