Основные закономерности процесса кристаллизации (стр. 3 из 5)
Отжиг
Отжигом называют вид термической обработки, заключающейся в нагреве выше критических температур с последующим медленным охлаждением (обычно вместе с выключенной печью).
В зависимости от температуры нагрева отжиг подразделяют на полный (нагрев выше верхней критической температуры) и неполный (выше нижней критической температуры). Доэвтектоидные стали подвергают обычно только полному отжигу (нагрев на 30…50оС выше АС3), заэвтектоидные стали – неполному (нагрев на 50…70оС выше АС1).
Нормализация
Нормализацией называют вид термической обработки, включающей нагрев выше верхних критических точек доэвтектоидных сталей на 30…50оС, заэвтектоидных – 50…70оС с последующим охлаждением на воздухе.
Микроструктура доэвтектоидных сталей перлитного класса после нормализации по фазовому составу получается такой же, как и после отжига, только более мелкозернистой вследствие ускоренного охлаждения на воздухе. Это способствует повышению твердости и прочности нормализованных сталей (по сравнению с отожженными) примерно на 10…15%.
Закалка
Закалкой называют вид термической обработки, заключающейся в нагреве сталей выше критических температур с последующим охлаждением со скоростями больше критических или критическими. При этом аустенит превращается в мартенсит, представляющий собой пересыщенный раствор углерода в тетрагональной α-решетке.
Указанные скорости охлаждения обеспечиваются применением соответствующих охлаждающих сред.
Закалку подразделяют на полную (нагрев на 30…50оС для доэвтектоидных и на 50…70оС для заэвтектоидных сталей выше верхних критических температур) и неполную (нагрев на 30…50оС или на 50…70оС соответственно выше нижней критической температуры).
Закалка, вследствие больших остаточных напряжений в закаленных изделиях, высокой хрупкости мартенсита, не является окончательной термической обработкой. Поэтому закаленные изделия подвергают дополнительной термической обработке, называемой отпуском.
Отпуск закаленных сталей
Отпуском называют вид термической обработки, заключающийся в нагреве закаленных сталей до температур, не превышающих АСI.
По температуре нагрева отпуск подразделяют на:
- низкотемпературный (НТО) – до 200 (250) оС;
- среднетемпературный (СТО) – 350…450 (480) оС;
- высокотемпературный (ВТО) – 500…650 (680) оС.
Закалка с высокотемпературным отпуском называется термическим улучшением (или просто улучшением).
Температура, время выдержки и скорость охлаждения после отпуска выбирается в зависимости от характера и назначения изделия, химического состава стали и требований к свойствам.
5. Требования, предъявляемые к подшипниковым сплавам. Сплавы, их структура и свойства.
Основной тенденцией развития конструкций дизельных двигателей является повышение удельной мощности за счет форсирования по среднему эффективному давлению сгорания и частоте вращения коленчатого вала.
Реализация этой тенденции в конкретных конструкциях двигателей неизбежно приводит к повышению механических и термических нагрузок на детали и узлы и в том числе на подшипники коленчатого вала. Кроме того, требования повышения экономичности двигателей, условия их работы в различных климатических условиях и др. факторы, а также специфические требования потребителей приводят к увеличению температуры смазочного масла, а, следовательно, температуры подшипника и соответственно снижению минимальной толщины смазочной пленки в подшипнике. При этом увеличиваются периоды работы подшипников в условиях нарушения режимов гидродинамического трения.
В этих условиях, роль подшипниковых материалов в вопросе обеспечения заданных показателей надежности и долговечности подшипниковых узлов и двигателей в целом, резко возрастает.
Требования, предъявляемые к подшипниковым материалам хорошо известны, и основными из них являются:
- Прочность и способность выдерживать знакопеременные механические нагрузки
- Хорошие антифрикционные свойства
- Высокая износостойкость
- Способность удерживать посторонние частицы, находящиеся в смазочном масле, без повреждения шейки коленчатого вала
- Высокая коррозионная стойкость
- Способность хорошо прирабатываться и компенсировать неточности изготовления, сборки и результаты износа поверхностей подшипника в эксплуатации
- Возможность работать в условиях кратковременных нарушений режимов жидкостного трения
- и т.п.
Очевидно, что в перечисленных требованиях имеются взаимоисключающие. Так, например, увеличение прочности и износостойкости материала напрямую связано с повышением его твердости, а это ведет к ухудшению антифрикционных свойств, способности прирабатываться и удерживать посторонние частицы без повреждения шейки вала.
Для обеспечения всех этих (часто взаимоисключающих) требований был создан триметаллический подшипник, состоящий из стального корпуса,
слоя антифрикционного сплава (бронзы или алюминия) и тонкого (0,02…0,04 мм) приработочного покрытия свинец-олово-медь с барьерным слоем никеля. Этот тип вкладыша наиболее распространен в современных форсированных дизельных двигателях и выпускается всеми ведущими изготовителями подшипников.
Именно тонкое приработочное покрытие в современных подшипниках
способствует обеспечению всех взаимоисключающих требований к ним. Однако его возможности в настоящее время практически исчерпаны в применении к разрабатываемым перспективным форсированным конструкциям двигателей. Причинами этого являются:
1. Недостаточная усталостная прочность свинцовистого сплава в условиях постоянно повышающихся нагрузок.
2. Резкое снижение твердости (прочности) сплава с повышением температуры.
3. Запрет на использование свинцовистых сплавов, в первую очередь в странах Европы.
4. Необходимость использования сложных дорогостоящих очистных сооружений при гальванических процессах.
Поэтому многие ведущие специализированные фирмы производители подшипников разрабатывают конструкции с новыми типами покрытий для дизелей высокой степени форсирования.
Основой таких покрытий является сплав алюминия с 20% олова, наносимый так называемым методом PVD (Physical Vapor Deposition), что соответствует процессу вакуумного ионно-плазменного напыления. Схема такого подшипника приведена на рис. 1.
| 1а |  |  |
| 1б |  | |
| 1в |  |
Рис. 1.
Впервые нанесение на сталебронзовые вкладыши покрытия алюминия с оловом применила фирма Glyco (в настоящее время Federal Mogul, Wiesbaden) Германия. Микроструктура слоя покрытия, названного фирмой “Sputter”, и, характеризуемая равномерным распределением частиц олова в алюминии, представлена на рис. 1а. Для улучшения адгезии такого покрытия с бронзой, оно наносится через подслой сплава никеля с хромом.
Для получения покрытия аналогичного состава и свойств, Австрийская фирма Miba разработала свою технологию его получения на основе того же физического метода PVD. Типичный образец микроструктуры такого покрытия, с равномерным распределением оловянных частиц в виде более крупных дендридов в алюминии представлен на рис.1в.
Покрытие выдерживает удельные нагрузки превышающие 100 МПа и значительно увеличивает ресурс подшипника. Однако высокая твердость сплава (HV 90-110) ухудшает антифрикционные свойства подшипника и делает его более чувствительным к различным нарушениям при изготовлении, ремонте и эксплуатации.
Фирма «Технокомплекс» разработала технологию вакуумного ионно-плазменного напыления (PVD-ТК) для нанесения на бронзовый слой комплексного покрытия алюминий-олово с переменным содержанием олова. В таком покрытии основной слой соответствует сплаву алюминия с 20% олова, а к поверхности содержание олова увеличивается для улучшения антифрикционных свойств, прирабатываемости, способности к запрессовке посторонних частиц и т.д. Это позволяет устранить вышеупомянутые противоречия между прочностью и антифрикционными качествами покрытий вкладышей и создать подшипник нового типа, способный работать в двигателях практически всех типов. Кроме того, комбинации и сочетания материалов в слое могут быть различными для обеспечения наилучших показателей надежности и ресурса работы конкретных двигателей. Микроструктура такого покрытия приведена на рис. 1с.
Важным положительным качеством процесса вакуумного ионно-плазменного напыления также является его экологическая безопасность в сравнении с гальваническим процессом.
| ЦЕЛЬНОКАТАНЫЕ КОЛЬЦА | |
| Диаметр | 140 - 6000 мм |
| Высота | 30 - 1200 мм |
| Масса | 5 - 12000 кг |
| Марки сталей и сплавы российские |
| ШХ15СГ 20Х2Н4А ШХ4 20ХН |
| Марки сталей и сплавы зарубежные |
| 100Cr6 100CrMo7 18NiCrMo5 |
Для обеспечения требований наиболее важны 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) прирабатываемоcть, обеспечивающая умень-шение кромочных и местных давлений, связанных с упругими деформациями и погрешностями изготовления;