Некоторые аспекты параметрической взаимозаменяемости

Для обеспечения параметрической взаимозаменяемости очень важно соблюдать взаимозаменяемость исходных материалов, заготовок и полуфабрикатов, так как характеристики и постоянство механических, физических и химических свойств материалов определяют качество деталей и частей электрических машин и приборов, а также их эксплуатационные показатели. Например, в люминесцентных лампах и в электровакуумных приборах состав газа оказывает большое влияние на эксплуатационные показатели этих приборов.

Взаимозаменяемость по механическим свойствам материала деталей.

Для получения улучшенных эксплуатационных свойств деталей и инструмента устанавливают оптимальное значение механических свойств материала, из которого они изготовлены, и допуски на отклонения этих свойств. Так, резцы, фрезы и сверла из вольфрамовых быстрорежущих сталей марок Р18 и Р9 должны иметь твердость HRC 62—65; развертки, метчики, протяжки — твердость HRC 62—63. Режущие инструменты из кобальтовой быстрорежущей стали марки Р9К10, эффективно работающие при тяжелых режимах резания с высокой температурой в зоне резания, но при отсутствии ударных нагрузок, должны иметь твердость HRC 65—66 и т. д.

Оптимальные пределы прочности, пластичности, твердости и других показателей механических свойств материала деталей зависят от конструкции и условий работы изделий, от свойств применяемых материалов и устанавливаются опытным путем. При этом следует иметь в виду, что с увеличением твердости материала снижаются его пластические свойства и увеличивается чувствительность к концентрации напряжений.

При повышенной твердости материала удлиняется время приработки деталей (например, зубчатых колес) и требуется более высокая точность изготовления и наименьшая шероховатость поверхностей деталей.

Повышение надежности и долговечности достигается путем создания оптимальных показателей качества поверхности материала деталей: глубины и степени наклепа, направления и величины остаточных напряжений, структуры, текстуры и сплошности поверхностного слоя материала (т. е. отсутствие микротрещин, раковин, посторонних включений), однородности химического состава, а также оптимальной шероховатости.

Наклеп (нагарто'вка) — упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Наклеп повышает циклическую прочность деталей, которые работают при температуре, близкой к нормальной, и при переменных нагрузках. Так, усталостная прочность резьбовых соединений при правильно выбранных режимах накатывания резьбы болтов из легированной стали (при которых образуются значительный наклеп без отслаивания верхних слоев металла, волокнистая текстура и напряжения сжатия) может быть повышена в 2 раза и более по сравнению с прочностью соединений, у которых резьба болтов шлифована и наклеп отсутствует^[1]. При этом производительность накатки несколько понижается.

У стальных деталей, не имеющих значительных концентраторов напряжений и работающих при температуре, близкой к нормальной, наклеп увеличивает предел выносливости в среднем на 30% [66]. Но для деталей из жаропрочных сплавов, работающих при повышенной температуре, значительный и сквозной наклеп, созданный растяжением, в 2—3 раза и более снижает длительную статическую прочность. Поэтому детали из жаропрочных сплавов должны изготавливаться так, чтобы наклепа не было или чтобы он был незначительным, так как наличие в поверхностном слое наклепа и искажений зерен металла вызывает ускоренное окисление и выгорание легирующих элементов, рекристаллизацию сплава в поверхностном слое, что приводит к снижению жаропрочных свойств и преждевременному разрушению деталей.

Глубину и интенсивность наклепанного слоя так же, как и знак остаточных напряжений, можно регулировать путем подбора режимов механической обработки и сочетаний последней с различными видами термической обработки деталей. Например, по данным А. В. Подзей и Г. 3. Серебренникова [57], увеличение скорости резания, уменьшение глубины резания, применение более мягких шлифовальных кругов и обильного охлаждения снижают величину и глубину распространения растягивающих остаточных напряжений. Применение отжига, сквозного нагрева с последующим быстрым охлаждением или виброконтактного полирования, выравнивающего температуру в поверхностном слое, позволяет получить в нем остаточные напряжения сжатия.

Наклеп и микроструктура металла оказывают влияние на электромагнитные и другие физические свойства деталей. Например, известно, что наклеп пластин магнитопроводов уменьшает их магнитную проницаемость. Причем мелкозернистая электротехническая сталь имеет преимущества над крупнозернистой, поскольку ее магнитная проницаемость выше.

• [1] Якушев А. И. Влияние технологии изготовления и основных параметров резьбына прочность резьбовых соединений. М.: Оборонгиз, 1956. 190 с.