Исследование свойств диффузионного слоя быстрорежущих сталей (Исследовательский раздел дипломного проекта), страница 5

, где   – толщина первого удаленного слоя.

Плечо, с которым это усилие изгибало часть пластины, будет:

  , где        (1)

 – исходная (до удаления первого слоя) толщина пластины.

Тогда, соответствующий момент, приходящийся на единицу длины контура пластины, будет:

   (2)

С другой стороны, величину этого момента можно подсчитать и по той деформации, которой сопровождается удаление первого слоя. С этой целью используем уравнение чистого изгиба пластин:

, где     (3)

 – момент, приходящийся на единицу параметра пластины,

 – модуль упругости материала пластины,

 – толщина пластины,

 – коэффициент Пуассона,

 – радиус сферической поверхности, которую принимает плоская пластина после приложения момента.

Применительно к данному случаю это уравнение принимает вид:

, где   (4)

 – толщина пластины после удаления первого слоя,

 – база, на которой производиться замер стрелы прогиба.

Изменение кривизны пластины учитывается в данном уравнении приращением  стрелы прогиба. При этом за положительное направление стрелы прогиба принято направление обратное тому, в котором производилось удаление слоя, т. е. прогиб пластины считается положительным, если та сторона, с которой удалялся первый слой, является выпуклой.

Соотношение между радиусом сферы R и стрелой прогиба f выражается зависимостью:

Решая совместно уравнения (2) и (4) в отношении σ₁ получим:

 

Как видно из этого уравнения напряжение  – возникающие в первом удаленном слое толщиной  зависит от следующих множителей:

 – толщина пластины после удаления первого слоя, возведенная в куб,

 – толщина удаленного первого слоя,

 – изменение стрелы прогиба пластины после удаления первого слоя.

 – толщина пластины до удаления первого слоя.

По аналогии с напряжением в первом слое можно написать выражение во втором слое и т. д.

Оценку структуры опытных образцов проводили с помощью микроскопа Метам РВ - 22.

Химико-термическую обработку образцов производили по следующему режиму:

1.Аустенизация совмещенная с процессом науглероживания t = 950⁰ С,  длительность – 8 часов.

2. Догрев под закалку – 1100⁰С.

3. Закалка в масле.

4. Отпуск трехкратный  t = 560⁰ С.

Исследования твердости проводили на приборе Роквелла.

Результаты исследований

В результате обработки опытных данных, были получены кривые распределения напряжений в упрочненном слое  (рисунок 3.3). Из которых видно, что величина сжимающих напряжений в поверхностном слое достигает 30 МПа. Они в свою очередь компенсируются растягивающими напряжениями, возникающими в сердцевине и достигающими значений порядка 42 МПа.

Рисунок 3.3 – Распределение напряжений в упрочненных образцах

Рисунок 3.4 – Распределение напряжений в упрочненных образцах по глубине

Микроанализ образцов показал, что в процессе догрева под закалку была сформирована структура аустенит соответствующая 12 баллу по ГОСТ 5639-82 (рисунок 3.5). В результате закалки и трех отпусков сформирована структура скрытоигольчатый мартенсит. Твердость сердцевины не затронутой упрочнением составила 59…60 HRC_э. Эта величина определяется структурой сердцевины. При этом металл приобретает повышенную вязкость. В тоже время твердость упрочненного слоя составляет 64…65 HRC_э, что объясняется присутствием в нем большого количества мелких карбидов, способных повысить износостойкость металла. Кроме того, благоприятное распределение остаточных напряжений по сечению металла создает условия для повышения его усталостной долговечности. 

Рисунок 3.5 – Структура образцов (аустенит)×1000

Заключение

Исследования показали, что комплексная термо-химическая обработка позволяет получить градиент свойств в инструменте изготовляемом из быстрорежущих сталей. В результате при высокой твердости поверхности, обеспечивающей износостойкость инструмента, его прочность сохраняется за счет повышения вязкости сердцевины.