4. Деформационное упрочнение поверхностного слоя

ДЕФОРМАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

 Этот вид упрочнения поверхностного слоя характеризуется тремя показателями: глубиной, степенью и градиентом наклепа. Эти параметры определяются путем измерения микротвердости приповерхностных слоев, так как деформационное упрочнение сопровождается повышением микротвердости металла пропорционально степени деформации. Микротвердость измеряется на поверхности косых срезов образцов с помощью микротвердомеров типа ПМТ-3. Применение косых срезов (под углом ε = 1…2° к поверхности) позволяет увеличить масштаб глубины слоя и повысить точность измерений. Фактическую величину угла ε рекомендуется контролировать на инструментальном микроскопе.

Глубина наклепа , где l — расстояние от исследуемой поверхности до границы исследуемой зоны.

Определение наклепанной зоны проводится путем последовательных измерений микротвердости на поверхности косого среза; ее границей считается крайняя (наименее удаленная от поверхности) точка с исходной микротвердостью. Более точные результаты дает рентгеноструктурный анализ, однако его применение связано с рядом технических трудностей. Степень наклепа

 %,

где  — микротвердость обработанной поверхности;  — микротвердость исходного недеформированного металла.

IV.5. Расположение неровностей в зависимости от способа обработки

Продолжение табл. V.5

Продолжение табл. V.5

Градиент наклепа

Глубину наклепа можно определить аналитически с помощью формул, применяемых в теории пластичности. При несвободном резании

                                                                                                               (V.5)

Угол скалывания (сдвига) определяется по формуле

                                                                                                                        (V.6)

 С помощью формул (V.5) и (V.6) можно получить достаточно точные результаты, в большей степени совпадающие с данными рентгеноструктурного анализа, чем с результатами измерения микротвердости [20]. Тем не менее они могут быть рекомендованы для практического использования лишь в качестве формул первого приближения.

  В результате деформационного упрочнения поверхностного слоя микротвердость его возрастет по сравнению с исходной [62]: у алюминия – на 90–100 %, латуни — 60–70, мягкой конструкционной и аустенитной стали — 40–50, твердой конструкционной стали — 20–30 %. Глубина наклепанного слоя у сталей средней твердости составляет при черновой обработке резцом 0,4–0,5 мм, чистовой обработке резцом — 0,07–0,09, шлифовании — 0,04–0,06, полировании — 0,02–0,04. Глубина наклепа в значительной степени зависит от свойств обрабатываемого материала. Мягкие материалы подвергаются наклепу в большей степени, чем твердые, высокопластичные, труднообрабатываемые материалы, например стали аустенитного класса, наклепываются значительно сильнее, чем конструкционные. Так, глубина наклепа при обработке жаропрочной стали ЭИ437А в среднем в три раза больше, чем при обработке стали 45.

  На степень и глубину наклепа влияют также режимы резания, геометрия режущего инструмента, степень его затупления, т. е. все факторы, определяющие протекание пластической деформации в зоне резания.

Увеличение скорости резания способствует уменьшению глубины и степени наклепа, а подачи и глубины резания — их увеличению. В табл. V.6 приведены значения h_н и U_н при точении стали ЭИ437А с различными режимами резания [57].

IV.6. Глубина и степень наклепа при точении стали

 Наиболее сильное влияние на наклеп поверхности оказывает подача, несколько меньше — глубина и скорость резания. Для большинства материалов (углеродистых сталей, жаропрочных и титановых сплавов) зависимость глубины и степени наклепа от скорости резания является экстремальной, причем точке минимума соответствует оптимальная, определенная для каждого материала температура контакта.

 Изменение переднего и заднего углов в приемлемых на практике пределах вызывает изменение характеристик наклепа на 20 %.

Увеличение износа инструментов, особенно задней поверхности, вызывает зн0430ительное увеличение глубины наклепанного слоя (на 200–250 %) в пределах нормативного износа; степень наклепа при этом увеличивается в 1,3–2,0 раза. На рис. V.12 приведена зависимость глубины и степени наклепа от радиуса округления режущих кромок фрезы при фрезеровании сплава ЭИ437. При шлифовании сохраняются аналогичные зависимости.