Назначение и сущность способа восстановления деталей давлением

Восстановление деталей обработкой давлением основано на использовании пластических свойств металла. Под пластичностью металлов понимается их способность при определенных условиях под действием нагрузки принимать остаточные (пластические) деформации без нарушения целостности.

Рис. 1. Схема восстановления деталей давлением

Пластическая деформация при восстановлении деталей осуществ­ляется различными способами: осадкой (рис. 81, а), правкой, раздачей (рис 81, б), обжатием (рис 81, в). Обработка давлением вызывает не только изменение формы и размеров деталей, но и влияет на механические свойства и струк­туру металла. Последние определяются теми явлениями, которые происходят в металле детали под влиянием пластической дефор­мации и температуры.

Особенность кристаллического строения металла состоит в том, что атомы его занимают в пространстве строго определенное положение, образуя простран­ственную или кристаллическую решетку. При упругой деформации (при напряжениях ниже ав) происхо­дит упругое смещение одних слоев атомов относительно других. После прекращения действия нагрузки атомы, образующие кри­сталлическую решетку, вернутся в первоначальное положение. Кристаллическое тело примет прежнюю форму, благодаря свой­ству, которое называется, упругостью. При дальнейшем увеличении нагрузки упругое изменение в атом­ной структуре переходит в пластическое. После снятия нагрузки кристаллическая решетка не возвращается в исходное состояние, а принимает какое-то другое, происходит пластическая (остаточная) деформация. Пластическая деформация, таким образом, возникает при напря­жениях выше предела упругости. Ниже предела упругости пласти­ческой деформации нет. При пластической деформации происходит перемещение одной части кристалла по отношению к другой по плоскости наиболее легкого сдвига. В результате сдвигов расположение атомов в кри­сталлической решетке меняется, получается искажение кристал­лической решетки, причем цельность кристалла не нарушается.

Вследствие сдвига, получающегося при пластической деформа­ции, между двумя сдвинувшимися частями кристалла образуется слой металла с искаженной кристаллической решеткой с мелкими осколками зерен и нарушениями по их границам. Мелкие осколки зерен создают шероховатости на плоскостях сдвига и препятствуют взаимному перемещению зерен. Все это приводит к тому, что при увеличении деформации (при повышении нагрузки) новый сдвиг происходит по другим плоскостям, следовательно, область в пло­скости сдвига оказывается более прочной, чем остальная часть кристалла. Таким образом, пластическая деформация, вызвавшая сдвиги, упрочнила материал и повысила его способность сопротивляться пластическим деформациям. Чем больше будет пластическая де­формация (чем больше образуется сдвигов), тем металл будет ока­зывать большее сопротивление при действии на него внешних сил.

Упрочнение металла в результате холодной пластической дефор­мации называется наклепом или нагартовкой. В результате наклепа механические свойства металла, предел текучести, предел прочности и твердости повышаются, пластич­ность же металла снижается.

Изменения механических свойств и структуры металла в ре­зультате холодной обработки не являются стойкими. Пластиче­ская деформация детали в холодном состоянии, вызывающая обра­зование сдвигов и искажение кристаллической структуры, приводит металл в неустойчивое структурное состояние. Нагрев наклепанного металла до невысоких температур (200 300° С для железа) ведет к снятию искажений кристаллической решетки. Прочность и твердость наклепанного металла при этом частично снижаются, а пластичность повышается. Характер струк­туры металла при таком небольшом нагреве не меняется. Изложенные явления частичного восстановления механических свойств металла без изменения его структуры называются возвратом или отдыхом. При более высоком нагреве подвижность атомов увели­чивается и начинается процесс восстановления структуры с обра­зованием новых зерен взамен деформированных.

Процесс изменения структуры в результате нагрева металла после холодной пластической деформации называется рекристалли­зацией.

Минимальной температурой рекристаллизации (порог рекри­сталлизации) будет такая температура, при которой заметно резкоепадение твердости (до первоначального значения — до наклепа) и рост пластичности.

На конечную структуру металла оказывает влияние не только температура, но и степень предшествующей холодной деформации. Обработка давлением (пластическая деформация), протекающая при температуре ниже процесса рекристаллизации и вызывающая упрочнение (наклеп), называется холодной обработкой. Обработка давлением (пластическая деформация), ведущаяся

при температуре выше температуры рекристаллизации, при

которой металл имеет структуру без следов упрочнения, назы­вается горячей обработкой. Скорость рекристаллизации сильно повышается с ростом темпе­ратуры. Кроме наклепа, на свойства металла оказывают влияние оста­точные напряжения, возникающие в нем в результате неравномер­ной деформации отдельных участков тела детали. Остаточные внутренние напряжения в теле детали могут возникнуть также в результате неоднородного строения металла, неравномерного нагрева или охлаждения различных его частей. В процессе работы детали остаточные внутренние напряжения могут суммироваться с напряжениями, вызываемыми действиями внешней нагрузки, или вычитаться из них и тем самым увеличивать или уменьшать проч­ность детали. В результате действия остаточных напряжений могут быть короб­ления детали, появление трещин и пр. Для снятия внутренних напряжений и улучшения пластических свойств детали необходимо давать термообработку — отжиг или нормализацию. Для отжига наклепанного металла применяют температуры также более высокие, чем температура рекристаллизации. При восстановлении деталей температура горячей обработки давлением и скорость нагрева имеют особо важное значение, по­скольку ведется обработка не заготовки, а готовой детали. По­этому особенно важно избегать обезуглероживания поверхностного слоя детали и больших потерь металла на окалину. Для уменьшения обезуглероживания и окалины поверхностного слоя деталей, особенно цементированных, нагрев желательно вес­ти в науглероживающей среде, например в ящиках с карбюриза­тором или в нейтральной среде, а продолжительность нагрева давать минимальную. В процессе восстановления деталей горячей обработкой давле­нием термическая обработка их снимается, поэтому после горячей осадки или раздачи детали необходимо подвергнуть термической обработке согласно чертежу. При холодной осадке (обжатии) деталей в зависимости от их материала будут происходить в большей или меньшей мере явле­ния упрочнения (наклепа).