Химико-термическая и термическая обработка

В случае проведения термообработки уже после того как резьба будет наката, последняя потеряет свои преимущества, что будет обусловлено снятием остаточных напряжений вследствие нагрева материала, табл. 7.3. Из этого следует, что для болтов, резьба которых была изготовлена путем пластичной деформации, последующая термообработка нежелательна, то же самое можно отнести к болтам, головка которых была получена путем холодной высадки.

Рис. 7.12. Кривая характеризующая  долговечность соединения в зависимости  от массовой доли углерода Сс, содержащегося  в поверхностном слое резьбы

Необходимо отметить, что в момент термообработки уже готовых болтов происходит процесс удаления углерода из поверхностных слоев, что, в свою очередь, уменьшает предел выносливости всего соединения, в случае если его резьба была накатанной до значения равного σ_аи, характерного для соединений с нарезным типом резьбы. Для того чтобы не допустить удаления углерода термообработку необходимо проводить в специальных печах с защитной атмосферой.

Влияние, которое оказывает углерод, находящийся в поверхностном слое на сопротивление усталости соединения исследовались Г. Майером и Р. А. Уолкером. Рис. 7.12 отображает зависимость долговечности от содержания углерода. Буквой А на рисунке обозначена обезуглероженная поверхность болта, при твердости 37,7 HRСа; буква В — 38,6 HRСа; буква С обозначает среднюю массовую долю углерода при 44,5 HRСа; буква D - 32,2 HRСа; буква Е обозначает науглероженную поверхность болта при 47,9 HRСа. Если проанализировать эти данные то можно сделать вывод – избегать необходимо как слишком низкого, так и слишком высокого содержания углерода в материале.

Для повышения предела выносливости деталей используют химико-термическую обработку, что подразумевает азотирование или цементацию деталей. Г. Виганд для испытаний использовал болты М14*1,5, выполненные из стали с содержанием 0,25 % С, 2,5 % Сr, 0,3 % Мо (σв = 1050 МПа) при σт = 200 МПа. Так, после термообработки величина σ_аи имела значение в 60 МПа, а после азотирования, глубина которого составляла 0,12 мм, σ_аи имело значение 80 МПа, при глубине азотирования 0,25 мм величина σ_аи составила 100 МПа.

По своему эффекту процесс азотирования схож с обкаткой, так как в обоих случаях в поверхностных слоях создаются характерные остаточные напряжения.

В тоже время не стоит упускать из виду, что нитридные слои отличаются своей хрупкостью и потому склонны к растрескиванию при значении σ равным 0,7σ_т, это влечет за собой снижение предела выносливости и в этом случае азотировании применимо только при небольшой величине затяжки болтов, σ₀=(0,2…0,3) σ_т.

Таблица 7.3

Значения σап для резьбовых соединений в зависимости от термической и химико-термической обработки (σ_m = 200 МПа)

* σ_m = 450 МПа.