Плазменное поверхностное упрочнение металлов
Реферат - Разное
Другие рефераты по предмету Разное
одит к снижению напряжения сжатия в центре упрочненной зоны, что связано с увеличением объема жидкой ванны и, как следствие этого, уменьшение скорости охлаждения. Увеличение мощности плазменной струи (дуги) приводит к существенному изменению тепловых процессов, фазовых и структурных превращений при упрочнении, вследствие чего изменяются не только остаточные напряжения в центре упрочненной зоны, но и характер их распределения поперек зоны в направлении оси y. На рис. 2.10. показано распределение на поверхности стали У10, 9ХМФ в зависимости от мощности.
Рис. 2.10. Распределение остаточных напряжений на поверхности
сталей У10 (а) и 9ХФМ (б) при различной мощности
плазменной струи. 1.Р = 2.5 кВт; 2. Р = 3,5 кВт; 3. Р = 5,5 кВт /оплавление/
В работах [1,16, 32, 35] отмечалось, что значительное влияние на распределение остаточных напряжений при поверхностном упрочнении оказывает скорость обработки.
На рис. 2.11. доказано влияние скорости обработки сталей 20, 45, 40Х, 9ХМФ.
При небольших скоростях обработки в центре упрочненной зоны (с оплавлением) сталях 20, 45,40Х формируются растягивающие напряжения, а краям зоны оплавления - напряжения сжатия.
С увеличением скорости обработки напряжения в центре зоны переходят из растягивающих в сжимающие.
На стали 9ХМФ с увеличением скорости обработки напряжения сжатиявцентре, зоны
(у 0) переходят в растягивающиеся.
Рис.2.11. Изменение остаточных напряжений в
центре упрочненной зоны в зависимости
от скорости обработки (мощность Р=4, 5 кВт);
1. Сталь 20; 2. Сталь 45; 3. Сталь 40Х;
4- Сталь 9ХФМ
Проведенные исследования показали, что распределение остаточных напряжений по ширине упрочненной зоны на всех исследованных сталях характеризуются сильной неравномерностью. Более резкий переход от сжимающих напряжений к напряжениям растяжения наблюдается по глубине упрочненного слоя, что в некоторых случаях может приводить к снижению прочности (вследствие хрупкого скола участков упрочненного слоя).
Рис. 2.12. Зависимость остаточных напряжений
в упрочненных сталях 45(1), 30ХГСА(2), от температуры отпуска.
В связи с этим, необходимо выбирать оптимальные режимы упрочнения
(в зависимости от типа стали) с благоприятным распределением остаточных напряжении Кроме того, при поверхностном упрочнении необходимо создавать благоприятные остаточные напряжения по величине, знаку и распределению, при которых в наибольшей мере компенсируются напряжения, создаваемые внешним напряжением. Известны случаи [18,19] снятия или перераспределения остаточных напряжений в процессе работы - под воздействием циклических упругих деформаций, малых пластических деформаций , при однократных перегрузках или невысокого, но продолжительного нагрева в процессе работы и т.д. Так, в процессе отпуска, происходит уменьшение остаточных напряжений за счет их релаксации. В образцах из стали 45, ЗОХГСА, закаленных при помощи плазменного упрочнения, после низкотемпературного отпуска наблюдается уменьшение сжимающих остаточных напряжений в упрочненном слое, рис.2. 12.
Способы плазменного поверхностного упрочнения можно разделить на два больших направления процессы, проводящиеся с материалами в твердом состоянии и при расплавлении их поверхности [9, 10, 13, 14, 23-26]. На рис. 2.13. Приведена часть вариантов плазменного поверхностного упрочнения, которые теоретически и практически возможно осуществить.
- Способы плазменного поверхностного упрочнения
Рис. 2.13. Способы плазменного поверхностного упрочнения материалов
В настоящее время наиболее широко исследуются следующие направления:
1. Закалка сплавов из твердого состояния со скоростями нагрева и охлаждения 102-104С\с;
2. Закалка сплавов из жидкого состояния с высокими скоростями плавления и кристаллизации 102 105 С\с ;
3. Поверхностное легирование, наплавка материала, обработка предварительно нанесенных на металл покрытий, нагрев поверхностных слоев после традиционной ХТО;
4. Оплавление и затвердевание с высокими и сверхвысокими скоростями (104- 107 С\с), приводящие к аморфизации (стеклованию) тонкого поверхностного слоя.
На стадии лабораторных исследований находится плазменное ударное упрочнение, реализуемое за счет коротких промежутков времени. Газодинамический напор плазменного потока создает в зоне обработки давление, ( 400-800 МПа), что значительно выше предела текучести аустенита. Многочисленные исследования в области плазменного упрочнения [9, 10, 13, 14, 23-26] с использованием электронной и оптической микроскопии показали, что зона термического воздействияплазменной струи (дуги) имеет форму сегмента и по своему строению аналогична ЗТВ электронного и лазерного луча [1, 16. При нагреве плазменной струей (дугой) поверхности металла происходит нагрев поверхности слоя до различных температур, вследствие чего он имеет слоистое строение. В зависимости от микроструктуры и микротвердости в сталях по глубине различают три слоя.
- Первый слой - зона оплавления, имеет место при закалке из расплавленного состояния. Зона оплавления имеет столбчатое строение с кристаллами, вытянутыми в направлении теплоотвода. Основная структурная составляющая мартенсит.
- Второй слой - зона закалки из твердой фазы, образующийся в интервале температур Тпл › Тзак › ТАс1. По глубине с