Способ приработки кинематических пар трения

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (Ю (Н) !

511 4 G 01 N 3/56, В 23 F 19/06

6г ГОИ3

1 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ъ ii у

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ нагружают с постепенным увеличением . нагрузки по колебательному закойу выше номинального ее значения до величины, соответствующей ориентированным структурным изменениям в матерна- QQ лах зубчатой пары, и снижением нагрузки до номинального значения с одновременным наложением колебаний в течение времени до достижения уста- е, новившихся потерь на трение.

До приложения механической наг- hJ рузки и в начальный период нагружения производят дополнительное структурное раэупорядочение материала передачи с помощью источника немеханического возбуждения материала рабочих

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

I (6!) 877404 (21) 4170725/25-08 (22) 20.10.86 (46) 23 А !2.89. Бюл, У 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт редукторостроения (72) Л.И,Бершадский, Л.С.Заманский и М,Л.Бершадский (53) 621.914.6 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 877404, кл. 0 01 N 3/56, 1979. (54) СПОСОБ ПРИРАБОТКИ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАР ТРЕНИЯ (57) 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

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологии приработки и тренировки передач зацеплением, может быть использовано для достижения их оптимальных эксплуатационных показателей при работе в тяжелых режимах и является усовершенствованием изобретения по авт.св, В 877404.

Цель изобретения — повышение поверхностной прочности и долговечности передач за счет облегчения переориентации структуры поверхностных слоев кинематический пары, Сущность способа заключается в том. что ппри пвиоаботке передачу повышение поверхностной прочности и долговечности передач эа счет облегчения переориентации структуры поверхностных слоев материалов кинематической пары. Передачу нагружают возрастающим воздействием, изменяющимся по колебательному закону, При этом до приложения механической нагрузки и в начальный период нагружения производят дополнительное раэупорядочение материала рабочих поверхностей с помощью источника немеханического возбуждения, например облучения, Уровень возбуждения подбирают так, чтобы до начала пркпожения нагрузки возбуждаемые поверхностные слои металла не претерпевали фазовых превращений, а в процессе нагружения трением одновременно реализовались механизмы ориентации и структурно-фазового упрочнения.! з,п,. ф-лы.

1530989 поверхностей зубьев, например облучения, приводяшего к поньппению энтропии системы в результате структурного разупорядочения (энтропийная накачка), При этом снижается свободная

5 энергия актинации структурных изменений, т.е, облегчается и интенсифицпруется протекание структурно-фазоных процессов, в данном случае структурной переориентации и упрочненпя поверхностного слоя металла, Уровень энтропийной накачки подбирают так, чтобы поверхностные слои металла не претерпевали фазовых превращений без дополнительной активации механической нагрузкой, а в процессе нагружения трением одновременно реализовались механизмы ориентации и структурно-фазового упрочнения, например возникали мартенситные структуры, ориентированные относительно нектора скорости перемещения контактирующих поверхностей, Немеханическое возбуждение прекращают по исте- э5 чении времени релаксации трибосистемы, например при снижении уровня потерь на трение на величину

30 где Л Е вЂ” разность между начальным и установившимся уровнем потерь; е основание натуральных логарифмов (установившийся уронень определяется по эталонным парам или путем экстраполяции кривой изменения потерь на трение во времени).

Сочетание динамического нагружения пары трения с дополнительной энтропийной накачкой рабочих поверхностей приводит к модифицирующей тренировке, ориентации модифицируемых ,локально упрочняемых структур по отношению к вектору нагружающего воздействия и повьппению прочности и долговечности при заданном виде нагру1 жения, например динамическом контакт ном нагружении, Это обусловлено.тем, 50 что при известных методах приработки свободная энергия активации равна

Еа -1О Т Ha (Ua внутренняя энергия, Т вЂ” абсолютная температура, Яо — энтропия активации), а энтропийная накачка равносильна снижению свободной энергии активации Ед Ua — Т ° (Яа + Ниц ), где - „ — энтропия накачки.

В соответствии с законом ApppFIHv са, применяемым для широкого кла1 с» процессов (и том числе пластической деформации), энтропийная пака .ка обуславливает также повышение скорости структурной перестройки

Е

U=U е т где С вЂ” частотный множитель; — константа Больцмана, Локальность упрочняемых структур обеспечивается локальным характером воздействия облучения, что не может быть достигнуто при механическом (контактном) нагружении, когда вовлекается сравнительно большой объем металла. Кроме того, источник немеханнческого динамического возбуждения повышает температуру н контакте, что также ускоряет процесс приработки и фазовых превращений, При реализации только одного динамического нагружения мартенситные превращения 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 понреждаемости.

Режим работы источника энтропийной накачки задают в виде нерегулярных макроскопических импульсов (флуктуаций) соответствующего параметра, величина которых подбирается минимальной из условия нозникновения н трибосистеме кинетического фазового перехода, В качестве источника энтропийной накачки используют лазерное облучение. Кроме того, в качестве источника немеханического возбуждения нозможно использонание ионно-плазменного облучения, которое осуществляют в среде, содержащей модифицирующие компоненты, например углерод и азот, Это расширяет возможности образования HQBblx фаз путем образования карбидов, нитридов карбонитридов.

Для получения метастабильных структур в процессе энтропийной накачки дополнительно осуществляют регулируемые нагрев-охлаждение трибосистемы, 5 15

Данный комплекс технологических

30989 долговечности передачи.

Составитель И,Кузнецова

Техред М.Дидык Корректор М,Шароши

Редактор А,Козориз

Заказ 7947/45 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 приемов непосредственно применим к приработке передач зацеплением, так как в этом глучае участки немеханичес кого возбуждения материала рабочих поверхностей зубьев совмещены с элементами их контакта и при фиксированном направлении источника возбуждения в зону контакта перемещение укаэанных учасгков и элем íòîâ по профилю упрочняемого зуба в процессе вращения происходит синхронно относительно полосы возбуждения.

Примером реализации сгособа может быть ускоренная упрочняемая приработка зубчатых передач с межосевым расстоянием 100 мм, Зубчатые колеса изготавливаются из стали 25ХГМ 1термо— улучшенно i) . На зубья передачп наносится обмазка, содержащая азот и углерод. До нагружения передачи производится ее облучение на лазерной установке в течение 3 мпн со следующими характеристиками лазерного излучения: плотность энергии 1,2 Дж/мм

z длительность импульса 7 мс, диаметр пятна (ширина полосы) 4 10 м, коэффициент перекрытия пятен К = 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 повьш ением среднего значения крутящего момента от 200 до 550 H м, например, по экспоненциальному закону. Частота нагружения поддерживается в пределах

2-3 Гц, а амплитуда колебаний

50 Н ° м. После указанноro нагружения в течение 1О мин образование пятна контакта завершается, 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

H „ 7500-8000 МПа толщиной 10—

15 мкм. Ниже слой с Н„, 9300 МПа.

Структуры обоих слоев — мартенсит, небольшое количество аустенита и карбиды, Исследования косого шпифа на микроскопе ММР-4 показывают,что в отличие от структуры, полученной после лазерного облучения, в случае совместного согласованного действия лазерного облучения и нагружения трением наблюдают одновременный поворот

15 фрагментов в соответствующих микроструктурных составляющих относительно вектора скорости перемещения контактирующих поверхностей, В отдельных случаях наблюдают направленную

20 ориентацию потоков вводимых легирующих элементов ° При этом имеет место также ориентация структуры поверх вострых пленок толщиной порядка о

3ОООА в направлении перемещения

25 контактирующих поверхностей, Ускоренные испытания на контактную выносливость и износ показали повышение формула изобретения

1. Способ приработки кинематичес- 1 ких пар трения, по авт.св, 9 877404, отличающийся тем, что, с целью повышения поверхностной прочности и долговечности передачи

35 за счет облегчения переориентации структуры поверхностных слоев материалов кинематической пары, до приработки и в ее начальный период производят дополнительное структурное

40 изменение материала пары с помощью источника немеханического возбуждения материала рабочих поверхностей зубьев до уровня, предшествующего фазовым превращениям материала, 45 2. Способ по п l о т л и ч а юшийся тем, что режим работы ис точника немеханического возбуждения задают в виде нерегулярных импульсов.