Способ приработки кинематических пар трения Советский патент 1989 года по МПК G01N3/56 B23F19/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологии приработки и тренировки передач зацеплением, может быть использовано для достижения их оптимальных зксп- луатационных показателей при работе в тяжелых режимах и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 877404.

Цель изобретения - повышение поверхностной прочности и долговечности передач за счет облегчения переориентации структуры поверхностных слоев кинематический пары.

Супшость способа заключается в том. что при поиоаботке передачу

нагружают с постепенным увеличением нагрузки по колебательному закону вьппе номинального ее значения до величины, соответствующей ориентированным структурным изменениям в материалах зубчатой пары, и снижением нагрузки до номииального значения с одновременным наложением колебаний в течение времени до достижения установившихся потерь на трение.

До приложения механической нагрузки и в начал йый период иагруже- ния производят дополнительное структурное разупорядочение материала передачи с помощью источника немеханического возбуждения материала рабочих

сд

со

о

00

с

N)

по зерхностей зубьев, например облуче- 1ТИЛ, приводящего к повышению энтропии системы в результате структурного разупорядочения (энтропийная накачка). При этом снижается свободная энергия активации структурных изме- неилй, т.е. облегчается и интенсифицируется протекание структурно-фазовых процессов, в данном случае структурной переориентации и упрочнения поверхностного слоя металла. Уровень знтропийной накачки подбирают так, чтобы поверхностные слои металла не претерпевали фазовых превраще- НИИ без дополнительной активации механической нагрузкой, а в процессе нагружения трением одновременно реализовались механизмы ориентации и структурно-фазового упрочнения, на- пример возникали мартенситные структуры, ориентированные относительно вектора скорости перемещения контактирующих поверхностей. Немеханическое возбуждение прекращают по исте- ченш времени релаксации трибосис- темы, например при снижении уровня потерь на трение на величину

E

„ - -1-).

где Д Е - разность между начальным и установившимся уровнем потерь; е - основание натуральных логарифмов (установившийся уройень определяется по эталонным нарам или путем эк страполяции кривой изменения потерь на трение во времени).

Сочетание динамического нагруже40

ния пары трения с дополнительной энтропийной накачкой рабочих поверхностей приводит к модифицирующей тренировке, ориентации модифицируемых локально упрочняемых структур по от- , ношению к вектору нагружающего воздействия и повьшению прочности и долговечности при заданном виде нагру- жения, например динамическом контакт- ном нагружении. Это обусловлено. теь, что при известных методах приработки свободная энергия активации равна 0 а д - внутренняя энергия, Т - абсолютная температура, Sg - энтропия активации), а энтропии- .. ная накачка равносильна снижению сво50

бодной энергии активации Е,

и„ -т. (За + В„дц), где энтропия накачки, .

В соответствии с законом Лрреииу- са, применяемым для широкого к.17а с:а процессов (в том числе пластической деформации), знтропийная накачка обуславливает также повышение скорости структурной перестройки ЕО

VT

Q o 5

0

5

0

, ..

0

где С - частотный множитель; k - константа Больцмана,

Локальность упрочняем1их структур обеспечивается локальным характером воздействия облучения, что не может быть достигнуто при механическом (контактном) нагружении, когда вовлекается сравнительно большой объем металла. Кроме того, источник немеханического динамического возбуждения повышает температуру в контакте, что также ускоряет процесс приработки и фазовых превращений.

При реализации только одного динамического нагружения мартенситные преврап|ения могут происходить спонтанно. Этот процесс протекает неуправляемо, не обеспечивает ориентации структур по отношению к вектору нагружающего воздействия и возможен лишь при большой свободной энергии активации, т,е, (при перегрузках), что недопустимо из-за возникновения явлений повреждаемости.

Режим работы источника энтропийной накачки задают в внце нерегулярных макроскопических импульсов (флуктуации) соответствующего параметра, величина которых подбнрается минимальной из условия возникновения в трибосистеме кинетического фазового перехода,

В качестве источника энтропийной накачки используют лазерное облучение. Кроме того, в качестве источника немеханического возбуждения возможно использование ионно-нлазменно- го облучения, которое осуществляют в среде, содержащей модифицирующие компоненты, например углерод и азот, Это расширяет возмоясности образования новых фаз путем образования карбидов, нитридов карбонитридов.

Для получения метастабильных структур в процессе энтропийной накачки дополнительно рсуществляют

регулируемые нагрев-охлаждение триб осистемы.

Данный комплекс технологнчег.ких приемов непосредственно пр1тменим к приработке передач зацеплением, так как в этом случае участки немеханического возбуждения материала рабочих поверхностей зубьев совмещены с элементами их контакта и при фиксированном направлении источника возбуждения в зону контакта перемещение указанных участков и элементов по профилю упрочняемого зуба в процессе вращения происходит синхронно относительно полосы возбуждения.

Примером реализации способа может быть ускоренная упрочняемая приработка зубчатых передач с межосевым расстоянием 100 мм. Яубчатые колеса изготавливаются из стали 25ХГМ (термо- улучшенной)о На зубья передачи наносится обмазка, содержащая азот и углерод. До нагружения передачи производится ее облучение на лазерной установке в течение 3 ммн со следующими характеристиками лазерного излучения: плотность энергии ,2 Дж/мм,

7

длительность импульса / мс, пятна (ширина полосы) А 1

диаметр коэфП м

фициент перекрытия пятен Kj 0,5, При этой плотности энергии возбуждаемые поверхностные слои не претерпевают фазовых превращений. Затем при непрерывном лазерном облучении и скорости вращения 500 об/мин производится нагружение с повьшгением среднего значения крутящего момента от 200 до 550 Н М, например, по экспоненциальному закону. Частота нагружения поддерживается в пределах 2-3 Гц, а амплитуда колебаний 50 Н М, После указанного нагружения в течение 10 мин образование пятна контакта заверщается. Структурные исследования проводят известными методами, например, на металлографическом микроскопе ММР-4 и электронном сканирующем микроскопе Камскан-4ДВ,

Непосредственно у поверхности зубьев расположен слой с микротвердостью

Н,

7500-ЯОПО Ша толщиной 10 0

5

0

5

15 мкм. Ниже слой с Н 9300 МПа, Структуры обоих слоев - мартенсит, небольгаое количество аустенита и кярбилы, Ясследования косого шлифа на микрог.копе ММР-4 показьтают,что в отличие от структуры, полученной после лазерного облучения, в случае совместного corjtacoBHHHpro действия лазерного облучения и нагружения трением наблюдают одновременный поворот фрагментов в соответствующих микроструктурных составляющих относительно вектора скорости перемещения контактирующих поверхностей, В отдельных случаях наблюдают направленную ориентацию потоков вводимых легирующих элементов. При зтом имеет место также ориентация структуры поверх-i ностпьгх пленок толщиной порядка ЗОООА в направлении перемещения контактирующих поверхностей. Ускоренные испытания на контактную вьшосли- вость и износ показали повышение долговечности передачи,

Формула изобретения

1 , Способ приработки кинематичес- | ких пар трения, по авт,св, № Я7740А, отличающийся тем, что, с целью повьппения поверхностной прочности и долговечности передачи 5 за счет облегчения переориентации структуры поверхностных слоев материалов кинематической пары, до приработки и в ее начальный период производят дополнительное структурное изменение материала пары с помощью источника немеханического возбуждения материала рабочих поверхностей зубьев до уровня, предшествующего фазовым превращениям материала,

2, Способ по п,1, о тл ич аю- щ и и с я тем, что режим работы источника немеханического возбуждения .задают в виде нерегулярных импульсов.

0

0

5

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологии приработки и тренировки передач зацепления, и может быть использовано для достижения их оптимальных эксплуатационных показателей при работе в тяжелых режимах. Цель изобретения - повышение поверхностей прочности и долговечности передач за счет облегчения переориентации структуры поверхностных слоев материалов кинематический пары. Передачу нагружают возрастающим воздействием, изменяющимся по колебательному закону. При этом до приложения механической нагрузки и в начальный период нагружения производят дополнительное разупорядочение материала рабочих поверхностей с помощью источника немеханического возбуждения, например облучения. Уровень возбуждения подбирают так, чтобы до начала приложения нагрузки возбуждаемые поверхностные слои металла не претерпевали фазовых превращений, а в процессе нагружения трением одновременно реализовались механизмы ориентации и структурно-фазового упрочнения. 1 з.п.ф-лы.