Упрочнение взрывом

Сущность метода заключается в воздействии взрывной волны на обрабатываемую поверхность заготовок. Упрочнение при импульсных нагрузках взрывом значительно отличается от обычного упрочнения. Эффект упрочнения зависит от скорости удара. При взрыве в металле могут возникнуть высокие локальные температуры, вызывющие фазовые превращенияв локальных участках. Одновременно с этим действуют процессы, присщие обычному упрочнению при обычных скоростях деформирования.

Основные схемы упрочнения энергией взрыва:

а) б) в)

Рис. Способы упрочнения взрывом.

а) с укладыванием взрывчатого вещества на повехность детали; б) с использованием передающей среды; в) с метанием пластины на поверхность детали;

1 - деталь; 2 - заряд; 3 - передающая среда; 4 - метательная пластина

Схему а) используют для упрочнения деталей большого сечения, если к ним не предъявляют высоких требований по шероховатости и если предусматривают припуск на обработку поверхности, обработанной взрывом (ж/д рельсы,звенья цепей экскаваторов, траки гусениц…). Можно применять и для точных деталей большого сечения. При этом припуск должен быть достаточен для устранения возникающих дефектов, но не должен превышать толщины упрочнённого слоя. При окончательной обработке резанием не допускается высоких температур и разупрочнения поверхности. Эту схему используют для повышения износостойкости, статической и усталостной прочности

Схемы б) и в) применяют для упрочнения точных и высокоточных деталей, в том числе сложной геометрической формы. Предающая среда защищаетобрабатываемую поверхность от повреждений в результате действия взрывчатого вещества, передаёт импульс взрыва, воздействует на обрабатываемую поверхность. Регулирует давление и время действия взрывного импульса. Плотность среды должна быть тем большей, чем больше нужно получить глубину и степень наклёпа и чем выше твёрдость обрабатваемого материала. В качестве передающей среды используют воздух, воду и другие вещества.

Технологический процесс упрочнения взрывом характеризуется следующими основными параметрами:

1. Вид взрывчатого вещества:

2. Форма заряда: сферическая, цилиндрическая, плоская – определяет форму ударной волны и продолжительность воздействия на заготовку.

3. Масса заряда – определяет силу ударной волны.

4. Дистанция взрыва – определяет силу ударной волны.

5. Предающая среда – регулирует силу и равномерность воздействия ударной волны.

Расчёт зарядов ведут по специальным методикам.

Наряду с упрочнением взрыв применяют для штамповки и сварки, причём сврка может сочетаться с упрочнением. При сварке взрывом в основном получают композитные материалы – плакированные листы. Листовые заготовки из углеродистой стали могут быть плакированы с обеих сторон листами из нержавеющей стали, причём, толщина наружных слоёв составляет всего 10…20% толщины среднего слоя.

Порядок сварки листового материала: листы для сварки укладывают пакетом, сверху насыпают слой взрывчатого вещества, устанавливают детонатор, производят взрыв. Од воздействием высокого давления происходит пластическая деформация поверхностных слоёв соединяемых листов, они разогреваются и сплавляются. Под действием ударной волны зона соединения приобретает волнистость, что обеспечивает исключительно высокую прочность соединения.

Трёхслойный лист после закалки и отпуска обладает таким сочетанием механических свойств, которое невозможно получить у каждого материал в отдельности - синэргетический эффект. Например, при плакировании стали 40Х (σв=600МПа) листами из более прочной стали 30ХГСА предел прочности повышается до σв=1400…1500МПа, но при этом относительное удлинение уменьшается с 30% до 7…10%.

Для упрочнения необходимо применять гораздо меньшую силу заряда, чтобы не изменить форму детали. В зависимости от материала, формы, размеров деталей для упрочнения при взрыве необходимо развивать давление р=5000…30000МПа.

Наибольшуючувствмтельность к упрчнению взрывом проявляютстали аустенитного класса. Например, у стали Г13Л твёрдость повышается надо 40%, и почти настолько же повышается износостойкость.

Основным преимуществом упрочнения взрывом являются: равномерность упрочнения по все упрочняемой поверхности, возможность упрочнения криволинейных, труднодоступных внешних и внутренних поверхностей, большие скорости деформации, большая производительность, возможность получения композиционных материалов высокого качества.

Область применения данного метода упрочнения: крестовины железнолорожных путей, зубья ковшей экскаваторов, детали дробилок, роликовые сербряно-медные контакты для электродвигателей (одновременно со сваркой), стали перлитного и мартенситного классов дают незначительный прирост твёрдости, но износостойкость их увеличивается существенно.