кр по дисциплине Конструкционные и защитно-отделочные материалы. Контрольная работа по дисциплине Конструкционные и защитноотделочные материалы
 Скачать 328.11 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Волжский политехнический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Волгоградский государственный технический университет» (ВПИ (филиал) ВолгГТУ)
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Волжский 2022 г. Оглавление 1. Роль сжимающих остаточных напряжений 3-4 стр. 2. Азотирование ……………….4-5 стр. 3. Поверхностная закалка деталей………………………………………..5-8 стр. 4. Цианирование………………………………………………………….8-10 стр. 5. Вальцевание ……………………...10-12 стр. Список литературы 12 стр. 1. Роль сжимающих остаточных напряжений Повышение усталостной прочности деталей машин является весьма актуальной проблемой. С целью повышения усталостной прочности применяются различные методы улучшения поверхностного слоя металла. Известно, что эксплуатационные свойства деталей машин определяются значительной степени состоянием сравнительно тонких поверхностных слоев металла. Следует особо отметить существенную роль сжимающих остаточных напряжений в повышении коррозионно-усталостной прочности деталей (штанг полых и сплошных), упрочненных механической или термической обработкой. Причем благоприятное действие этих напряжений возрастает для деталей, имеющих надрезы закрытые (пустоты, закрытые трещины, включения и т. д.) и открытые (резьбы, проточки, трещины и прочее). При этом надо иметь в виду, что для материалов равнопрочных при растяжении и при сжатии эффективность остаточных напряжений (подразумевается их влияние на усталостную прочность) будет незначительна. В последнее время процесс цементации используется для повышения усталостной прочности деталей машин. В промышленности широкое применение получило повышение усталостной прочности деталей, ослабленных концентраторами напряжений, и прессовых соединений методом поверхностной пластической деформации. Опыт применения этого метода при капитальном ремонте крупных газовых компрессоров типа 1 Г-266/320 свидетельствует о его эффективности. Повышение усталостной прочности может быть достигнуто отделкой поверхностей в зоне конструктивных концентраторов напряжений, вплоть до их полирования созданием на поверхностях деталей в зонах концентрации напряжений остаточных напряжений сжатия. Напряжения сжатия создаются поверхностным наклепом, химико-термической обработкой и поверхностной закалкой детали. Электрохимические покрытия (особенно твердые), сварочно-наплавочные работы, металлизация и напыление неметаллов создают остаточные напряжения растяжения, что снижает усталостную прочность деталей. При выборе способов восстановления деталей, работающих в условиях циклически действующих нагрузок и напряжений, необходимо учитывать это обстоятельство. Кроме того, необходимо иметь также в виду, что практически все виды обработки резанием, особенно шлифование, как правило, тоже создают на поверхности напряжения растяжения. 2. Азотирование Увеличение интенсивности закалки углеродистой стали увеличивает предел выносливости в 2—3 раза. Однако, наряду с этим, падает вязкость металла, что может на практике привести к разрушению детали. Поэтому для улучшения прочности детали применяют специальные методы обработки—поверхностную закалку, цементацию, азотирование и т. д.,—при которых сердцевина остается мягкой, что увеличивает ее стойкость против удара. При этом увеличение предела выносливости зависит от толщины слоя, подвергающегося термообработке. Наличие такой корки особенно важно в тех случаях, когда деталь работает на изгиб или скручивание. Для повышения усталостной прочности могут быть использованы лишь те способы, при которых не получается поверхностных трещин или возможна ликвидация этих трещин путем полировки, либо других операций. В проведенных опытах при отпуске до температуры 300— 400° С твердость значительно снизилась, что может быть использовано во многих случаях эксплуатации деталей подвижного состава для повышения усталостной прочности, если детали выходят из строя по усталостным трещинам или ломаются. При этом имеется возможность обрабатывать детали (хотя и с трудом) режущими инструментами. Эти данные дают основание считать кратковременное азотирование одним из возможных методов повышения усталостной прочности деталей, находящихся под воздействием атмосферной коррозии. [c.19] Дробеструйную обработку применяют также для повышения усталостной прочности деталей машин. Дробеструйный наклеп создает упрочненный поверхностный слой, в котором образуются напряжения сжатия, уменьшающие или уничтожающие напряжения растяжения. Азотирование заключается в насыщении поверхностных слоев стальных деталей азотом, что способствует повышению их твердости, прочности и стойкости против механического и коррозионного износа. Азотированные детали характеризуются повышенной усталостной прочностью, хорошо противостоят знакопеременным нагрузкам. 3. Поверхностная закалка деталей В последнее время широкое распространение получила поверхностная закалка деталей. Она позволяет добиться высокой твердости, прочности и износоустойчивости поверхностного слоя, а также повышенной усталостной прочности стальных деталей. Отличие ее от обычной объемной закалки состоит в том, что нагревается до температуры закалки и затем быстро охлаждается только поверхность детали на глубину закаливаемого слоя. В ЛенНИИхиммаше разработан проект реконструкции соединений штоков крупных поршневых компрессоров с целью повышения их надежности. Была поставлена следующая задача при минимальном изменении конфигурации деталей соединений получить более равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы и тем самым повысить коэффициенты запаса усталостной прочности соединений. Поверхностная закалка во всех случаях создает на поверхности деталей значительные сжимающие напряжения, которые приводят к повышению усталостной прочности, снижают коррозионный эффект и значительно понижают чувствительность деталей к концентраторам напряжений. Шатунные болты изготовляют из высококачественной стали 38Х2МЮА, болты для мелких машин можно изготовлять из стали 45, 40ХН, 20ХНЗА, гайки — из стали 35Х и 35. Для улучшения структуры металла болты подвергают термообработке (закалке с отпуском) до твердости HR 27—34. Посадка болта в корпусе шатуна Н7/g . Гайка должна навертываться от руки с усилием, но без зазора. Забоины и другие дефекты резьбы не допускаются. Для предохранения от механических повреждений шатунные болты с навернутыми гайками следует хранить отдельно от других деталей. В целях повышения усталостной прочности переходные поверхности выполняют с большими радиусами, параметр шероховатости / а.= 1,25 мкм. Ю. Н. Петров указывает на возможность применения для восстановления изношенных деталей машин электролитических сплавов, считая, что при этом создаются условия получения весьма ценных электролитических покрытий с разносторонними свойствами — высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и т. д. Он указывает также на возможность при электролитическом осаждении железа применения проточного электролита для крупных деталей сложной конфигурации, по аналогии с электролитическим хромированием и подчеркивает, что значительное увеличение плотности тока приводит к повышению твердости железных осадков с 600 до 800 кПмм . Герметик ГЭН-150 применяется на железнодорожном транспорте, а также в машиностроении и других отраслях промышленности для защиты сопрягаемых поверхностей от коррозии, фреттинг-коррозии, для повышения усталостной прочности, уменьшения вибрационных воздействий, как прокладочный материал вместо пайки и сварки, для заделки трещин в деталях, склеивания металлов между собой и с другими материалами, покрытия изделий с целью предохранения их от воздействия температуры и агрессивных сред. Он используется также при ремонте локомотивов для восстановления натягов при посадке подшипников качения. Весьма перспективным является применение герметика для защиты от коррозии труб на нефтепромыслах, герметизации литых деталей из алюминиевых и магниевых сплавов. Его прочность незначительно уменьшается после облучения дозой 10 фэр. Физические основы явлений усталости еще не изучены в достаточной степени. В связи с этим конструктор должен применять проверенные на практике технологические и конструктивные способы повышения усталостной прочности. В ряде случаев возможно снижение циклических нагрузок повышением упругости деталей в направлении действия нагрузок и введением упругих связей между деталями, передающими и воспринимающими нагрузку. Так, если в соединениях, работающих при циклических нагрузках, повысить упругость блоков, то понизится величина действующих на болты сил и сократится интервал между экстремальными значениями нагрузки. Преждевременное разрушение хромированных стальных деталей, подвергающихся действию высоких знакопеременных нагрузок, препятствует в ряде случаев использованию электролитического хрома для защиты от эрозии или увеличения износостойкости. Поэтому повышение усталостной прочности хромированных деталей является важным вопросом в области хромирования. Известно, что дизели с неразделенными камерами дают обычно более высокую жесткость сгорания, чем дизели с разделенными камерами, а также с пленочным и объемно-пленочным смесеобразованием. Резкое взрывоподобное сгорание во второй фазе приводит к повышенному выдавливанию масла из зазоров в парах трения ЦПГ и подшипниках коленчатого вала. Кроме того, оно вызывает снижение усталостной прочности деталей и в особенности антифрикционного слоя подшипников коленчатого вала. Совершенно обоснованным следует считать мнение ряда исследователей о том, что высокая жесткость сгорания более опасна, чем его кратковременно действующее максимальное давление. Помимо общего повышения усталостной прочности наклепанных деталей, дробеструйная обработка сопровождается образованием в поверхностных слоях благоприятных остаточных напряжений сжатия, которые могут достигать 60—70 кг/лш . Однако очень высокие остаточные напряжения сжатия в поверхностных слоях дают высокие растягивающие напряжения в остальной части сечения детали, а это может неблагоприятно сказаться при работе деталей в условиях однородного статического нагружения, например при растяжении тонких деталей. Дробеструйный наклеп дает также повышенную стойкость при коррозийно-усталостных разрушениях. 4. Цианирование Различают два вида цианирования а) высокотемпературное с целью повышения твердости, износостойкости и усталостной прочности деталей из конструкционных сталей б) низкотемпературное с целью повышения твердости и красностойкости инструмента из быстрорежущей стали и пресс-форм для литья под давлением. Сопротивление усталостному разрушению во многом зависит от состояния поверхности деталей и наличия концентраторов напряжений. Концентраторами являются отверстия и засверловки, канавки, лыски и поднутрения, шлицы, переходы сечения, посадки с натягом и другие факторы. Микрошероховатость поверхности является также концентратором напряжений и чем хуже состояние поверхности, тем ниже усталостная прочность детали. Резко снижают сопротивление усталости деталей процессы износа поверхности. Особой защиты требуют циклически нагруженные детали от коррозии. Процессы коррозии и усталостного разрушения взаимно ускоряются, их сочетание представляет повышенную опасность для конструкции. Строгой зависимости между пределом усталости и пределами прочности материалов не обнаружено, но чем выше прочностные характеристики, тем выше и пределы усталости. Однако, высокопрочные материалы обладают повышенной чувствительностью к концентрации напряжений, которая может свести на нет их преимущества в прочности. Поэтому конструкцию таких деталей следует освобождать от влияния концентраторов и прорабатывать с особой тщательностью. С увеличением прочности материала возрастает и его чувствительность к состоянию поверхности. Конструктор располагает обширным арсеналом мер, позволяющих повысить усталостную прочность и надежность работы деталей. Среди них отметим следующие: Физико-химические процессы, происходящие вблизи поверхности при химико-термической обработке, заключаются в образовании диффундирующего вещества в атомарном состоянии вследствие химических реакций в насыщенной среде или на границе раздела среды с поверхностью металла (при насыщении из газовой или жидкой фазы), сублимации диффундирующего элемента (насыщение из паровой фазы), последующей сорбции атомов элемента поверхностью металла и их диффузии в поверхностные слои металла. Концентрация диффундирующего вещества на поверхности металла возрастает с повышением температуры (по экспоненциальному закону) и с увеличением продолжительности процесса (по параболическому закону). Диффузионный слой, образующийся при химикотермической обработке деталей, изменяя стpyктypнo-энepгeтичeкoe состояние поверхности, оказывает положительное влияние не только на физико-химические свойства поверхности, но и на объемные свойства деталей. Химико-термическая обработка позволяет придать изделиям повышенную износостойкость, жаростойкость, коррозионную стойкость, усталостную прочность и т. д. 5. Вальцевание Для повышения усталостной прочности и износостойкости шеек валов используют термическое. химико-термическое и механическое упрочнения. Сложность технологических процессов при термическом и химико-термическом упрочнении деталей иногда приводит к поверхностным дефектам — трещинам, шелушению и т, п. Вальцевание, создавая наклеп поверхности, вызывает появление на ней остаточных напряжений сжатия, что является причиной повышения усталостной прочности. Этот вид обработки применяется для отделки поверхностей деталей, изготовленных из мягкой стали, бронзы, латуни и других вязких металлов. Вальцевание применяется большей частью после чистовой обработки резцом. В результате вальцевания поверхность приобретает полированный вид. Одним из наиболее важных в прикладном отношении является доклад Бабей и др. (СССР) "Роль водорода в коррозионно-механическом растрескивании нержавеющих сталей". Авторами предложен способ повышения усталостной прочности стальных деталей в коррозионных и агрессивных по водороду срезах за счет создания на поверхности детали пластически деформированного слоя путем обработки резанием термически обработанной детали. Высокая эффективность дробеструйного способа поверхностного упрочнения деталей установлена лабораторными опытами и широким применением в производственной практике. Упрочнению наклепом дробью подвергаются автомобильные и тракторные полуоси, шатуны, торсионные валы, шейки и галтели прямых и коленчатых валов, штоки, пальцы кривошипов, рессорные листы, пружины, сварные соединения и. др. Дробеструйный наклеп является действенным и простым способом увеличения долговечности деталей, работающих при переменных нагрузках, особенно рессор и пружин. Значительное повышение усталостной прочности наблюдается у деталей, имеющих резкие конструктивные концентрации напряжений — надрезы, галтели, бурты, пазы, отверстия, неподвижные посадки и т. п. При больших габаритах изделий следует проводить местную термическую обработку зоны сварного соединения. При сварке встык деталей, имеющих различную толщину, возникают остаточные напряжения, которые приводят к усилению коррозии. Для уменьшения напряжений желательно уравнивание толщины свариваемых деталей на участке шва. Необходимо избегать наложения швов в высоконапряженных зонах конструкции, так как остаточные сварные напряжения, суммируясь с рабочими напряжениями, вызывают опасность коррозионного растрескивания. Рекомендуется не деформировать металл около сварных швов, заклепок, отверстий под болты. Механическая обработка швов фрезой, резцом или абразивным кругом обеспечивает плавное сопряжение шва и основного металла и этим способствует уменьшению концентрации напряжений в соединении и повышению его коррозионно-механической прочности. Особенно эффективна механическая обработка стыковых соединений, предел выносливости которых после обработки шва растет на 40—60 %, а иногда достигает уровня предела выносливости основного металла. Стыковые соединения по сравнению с другими видами сварных соединений характеризуются минимальной концентрацией напряжений и наибольшей усталостной прочностью. Опыты показали, что не всегда на практике целесообразна высокая чистота поверхности, получаемая шлифованием, для получения минимальрюго снижения усталостной прочности от предварительной коррозии. Правильный подбор режимов и видов механической обработки при изготовлении деталей машин является резервом в повышении долговечности машин, работающих в условиях возможной предварительной коррозии. Наши исследования, а также исследования показали, что накатка роликами или дробеструйный наклеп могут устранить понижение выносливости при действии коррозионноактивных сред (при базе исследования N = 2-10 циклов), и даже усталостная прочность стальных деталей в этих случаях может оказаться большей, чем усталостная прочность ненаклепанных деталей в воздухе. Это объясняется уплотнением поверхностного слоя и закрытием (завальцовыванием) путей для проникновения активных сред внутрь металлов через дефекты поверхности, а также возникновением при наклепе благоприятно действующих остаточных напряжений сжатия. Повышению выносливости стали в активных средах в результате наклепа поверхности способствует также замазывание дефектов поверхности ферритом, который течет по поверхности стали при ее пластической деформации. Список литературы Григорьева В.А. Испытания авиационных двигателей [Текст]: учеб. пособие для вузов / под общ.ред. В.А.Григорьева и А.С.Гишварова. —М.:Машиностроение, 2009. — 504 с.: ил. Дружинин И.В. Технологический подход к управлению конкурентоспособностью машин [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. 2007. №1. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2007/2 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус. Жарский И. М. Технологические методы обеспечения надежности деталей машин [Текст] : учеб. пособие для вузов / И. М. Жарский, И. Л. Баршай, Н. А. Свидунович, Н. В. Спиридонов ; под общ. ред. И. М. Жарского. - Минск: Выш. шк. , 2005. - 299 [1] с.: ил.; 22 см — Библиогр.: с. 295—297. — 30000 экз. - ISBN 985-06-0923-0. Санамян Г И. Имитационное моделирование операций упрочнения поверхностным пластическим деформированием [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. 2008. №2. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2008/69 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус. Суслов А.Г., Федоров В.П., Горленко О.А. и др. С90 Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений [Текст] / Под общей ред. А.Г. Суслов Машиностроение, 2006. -448, [1] с.: ил.; 22 см — Библиогр.: с. 445—446. — 50000 экз. .ru | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||