СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ

ВЛИЯНИЕ ОКСИДИРОВАНИЯ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СОЕДИНЕНИИ

В машиностроении распространены соединения, в кото­рых одна из сопрягаемых поверхностей оксидирована. В работе, [42] отмечается, что в этом случае прочность соединений возрастает, хотя количественных зависимо­стей не приводится. Прочность конических соединений исследовали на образцах (см. рис. 2.9), в которых валы были оксидированы [40]. Оксидирование осуществляли в щелочном растворе, содержащем (г/л): гидроокиси натрия — 650, азотнокислого натрия — 130. Детали вы­держивали в растворе в течение 60 мин при температу­ре 40° С.

Величина наибольших крутящих моментов и осевых усилий, передаваемых соединениями, которые собраны тепловым или гидропрессовым способом с применени­ем масла 7га вязкостью vso° =16,1 мм2/с, находится в ли­нейной зависимости от давлений р и р* (рис. 2.18, 2.19). В случае применения авиамасла МС-20 вязкостью

Рис. 2.19. Зависимость усилия осевого сдвига от давлений р и Р* в соединениях с оксидирован­ными валами, собранных тепловым способом (1) и гидропрессовым с помощью масла МС-20 (2)

Vioo°=16,7 мм2/с прямоли­нейный характер зависимо­сти сохраняется лишь при малых давлениях (30— 40 МПа) и при дальнейшем его росте относительная прочность соединений сни­жается.

В соединениях с оксидированными валами, как и без покрытия, расчетные давления р* во всех случаях мень­ше расчетно-экспериментальных р. Соответственно дав­лениям отличаются и значения коэффициентов трения. При определении давления расчетно-эксперименталь - ным методом /кр, /Р оказались на 7—20% выше, чем при их оценке по расчетным давлениям (рис. 2.20,2.21).

В соединениях, сформированных тепловым способом, наибольшие значения /Кр получили при давлениях р< <40 МПа, при его росте они снижаются и в пределах Р=40... 85 МПа практически остаются неизменными (рис. 2.20). В диапазоне р=30... 100 МПа постоянные значения коэффициентов трения получены при испыта­нии соединений на осевой сдвиг и кручение, собранных соответственно тепловым способом и гидропрессовым с применением масла Тга (см. рис. 2.20 и 2.21). Иная зависимость коэффициента трения при кручении и осе­вом сдвиге от давлений получена для соединений, сфор-
Fpfp

0,4 0,2

20 40 60 р, р;МПа 20 40 60 80 р,/Г,МПа А) Б)

Рис. 2.21. Зависимость коэффициентов трения при осевом сдвиге от давлений р и р* в соединениях с оксидированными валами, собран­ных тепловым способом (а) и гидропрессовым с маслом МС-20 (бУ

Мированных гидропрессовым способом с применением масла МС-20 (см. рис. 2.20,6 и 2.21,6).

Для практических целей наибольший интерес пред­ставляют коэффициенты трения при р<30 МПа (табл. 2.17).

В зависимости от способа сборки оксидирование ва­лов вызывает увеличение прочности соединений в 1,39—- 1,66 раза. Наибольший эффект достигается в случае тепловой сборки соединений, у которых /кр=0,406, /р= = 0,397, а прочность возрастает в 1,66 и 1,39 раза соот­ветственно. При гидропрессовой сборке с применением масла Таг коэффициент трения в окружном направлении в среднем на 11,4% ниже, чем при тепловой сборке, и составляет 0,360, что в 1,57 раза выше, чем в образцах без покрытия. В случае применения масла МС-20 коэф­фициенты трения по сравнению с тепловой сборкой

-снижаются на 23,7% в окружном и 14% в осевом на­правлениях, но по отношению к образцам без покрытия. прочность соединений в обоих направлениях возрастает в 1,39 раза.

Причины повышения прочности соединений и зави­симость ее от вязкости масла при гидропрессовой сбор­ке были выявлены в процессе металлографических ис­следований зоны контакта на образцах с посадочным диаметром 55 мм и конусностью 1 : 50. Материал и со­стояние сопрягаемых поверхностей соответствовали ис­пытанным образцам. С целью сопоставления результа­тов исследований образцы выполняли как с оксидиро­ванными, так и с неоксидированными валами.

Характер взаимодействия контактируемых поверх­ностей изучали на микрошлифах косого среза вдоль всей зоны контакта по схеме, приведенной в работе [8]. Характер деформаций в зоне контакта определяли путем измерения микротвердости на приборе ПМТ-3 по обычной методике.

Типичные участки зоны контакта в соединениях без покрытия, собранных гидропрессовым способом, пока­заны на рис. 2.22, а. Между деталями преобладает плот­ный контакт в виде механического зацепления. Однако по линии контакта наблюдаются пустоты, в которых - скапливается масло, что в процессе металлографиче­ских исследований проявлялось в виде масляных пятен лри уколах в зону контакта. В зоне контакта в основ­ном имеют место упругие деформации, но при р> ~>50 МПа встречаются участки с пластическими дефор­мациями как на втулке, так и на валу.

Иной характер взаимодействия контактируемых по­верхностей наблюдается в соединениях с оксидирован­ными валами. В случае тепловой сборки по всей длине соединений имеется очень плотный контакт с ярко вы­раженным механическим зацеплением (рис. 2.22, б). В зависимости от характера микронеровностей втулки толщина оксидной пленки меняется вплоть до соприкос - - новения с вершинами основного материала.

Как показали измерения микротвердости, при дав­лениях до 60 МПа пластические деформации, в основ­ном, имеют место в оксидной пленке. При больших дав­лениях пластические деформации появляются и в по­верхностных слоях основного материала контактирую­щих деталей. Особенность контактирования соединений

'4 ■ ф

Рис. 2.22. Типичные участки зоны контакта в конических соедине­ниях (Х250) при р=60 МПа (втулка сверху от линии контакта, вал — внизу):

А — гидропрессовая сборка соединений без покрытия, б — тепловая сборка с оксидированными валами

С оксидированными валами состоит в том, что более твердые микронеровности втулки внедряются в мягкую оксидную пленку, которая заполняет впадины микропро­филя охватывающей детали и вызывает существенное увеличение фактической площади контакта. В этом случае относительное смещение сопрягаемых поверхно­стей должно сопровождаться одновременным срезом микрообъемов оксидированного слоя, что и вызывает повышение прочности соединений.

У соединений с оксидированными валами, формируе­мых гидропрессовым способом, взаимодействие контакт-
«ых поверхностей также можно охарактеризовать как упругопластическое, при котором в основном материале преобладают упругие деформации, а в оксидной плен­ке — упругопластические. В случае применения мало­вязкого масла Т22 упругопластические деформации ок­сидной пленки при давлениях до 100 МПа не препятст­вуют его удалению из зон контакта и прочность соеди­нений снижается незначительно. Однако при р>30МПа вязкие масла, например масло МС-20, выжимаются из зон контакта в меньшей мере и скапливаются в закры­тых микрообъемах, создаваемых внедрившимися в ок­сидную пленку неровностями втулки. Увеличение давле­ния масла приводит к росту пластических деформаций, а это, в свою очередь, способствует образованию боль­шего количества микрообъемов масла и, следовательно, - более интенсивному снижению прочности соединений, наблюдаемому на рис. 2.18, б и 2.19.

Для оценки эксплуатационных свойств соединений важно знать их прочность после повторной сборки. С этой целью образцы, прошедшие испытания после пер­вой сборки и подвергнутые многократной сборке — раз­борке для замера оц, были вторично испытаны на проч­ность при тех же условиях опыта. При вторичной сбор­ке образцов тепловым способом изменение коэффици­ентов трения при кручении в зависимости от давлений - осталось прежним (рис. 2.23). Однако их среднее значе­ние снизилось до /кр=0,331, что в 1,23 раза меньше, ■чем при первой сборке, но все же в 1,37 раза выше прочности образцов без покрытия. При вторичном ис­пытании образцов на осевой сдвиг коэффициенты тре­ния практически остались на прежнем уровне.

Прочность соединений на проворот, вторично испы­танных после гидропрессовой сборки с применением масла МС-20, наоборот, по мере увеличения давления возросла в 1,1—1,74 раза, достигая примерно значений, зафиксированных при первичных испытаниях. В случае

Применения масла Т22 коэффициенты трения также рас­тут, но в меньшей мере — в 1,1—-1,5 раза. При вторич­ном испытании на осевой сдвиг образцов, собранных тидропрессовым способом, коэффициенты трения были близки к прежним значениям.

После вторичных испытаний на проворот и много­кратных сборок—разборок гидропрессовым способом со­прягаемые поверхности находились в удовлетворитель­ном состоянии (рис. 2.24). Задиры на поверхностях контакта отсутствовали, лишь в месте перехода от сво­бодной поверхности меньшего диаметра к сопрягаемой в процессе десятикратных разборок гидропрессовым способом на длине 10—15 мм имелись осевые риски.

Снижение прочности при вторичных испытаниях - образцов, собранных тепловым способом, связано с ча­стичным разрушением оксидного слоя при первых испы­таниях. Внешне это проявляется в том, что сопрягае­мые поверхности после испытаний становятся светлее свободных поверхностей (см. рис. 2.24, а). Более отчет­ливо это видно на увеличенном в 6 раз фрагменте по­верхности вала (см. рис. 2.24,6), где светлая часть на­ходилась в контакте, а темная была свободной. В ре­зультате разрушения оксидной пленки параметр шеро­ховатости у вала снизился с ^?а=0,45... 1,25 мкм перед испытанием до Ra=0,25 ... 1,00 мкм после первого испы­тания, тогда как у втулок он остался на прежнем уровне.

Повышение прочности соединений, собранных гидро­прессовым способом, при вторичных испытаниях на про­ворот обусловлено отсутствием закрытых микрообъемов масла в результате частичного среза оксидных неровно­стей при первых испытаниях и образования на поверх­ностях валов мелких продольных рисок в процессе сборки—разборки соединений. После первых испытаний осевой силой на поверхностях контакта наблюдали не­значительные осевые риски, которые не ухудшили их качества. Однако после вторичных испытаний на кон­тактируемых поверхностях некоторых образцов имеются более глубокие риски, задиры, вырывы. Именно схва­тыванием контактируемых тел при распрессовке объяс­няется сохранение и даже некоторое превышение перво­начальной прочности соединений во время вторичных испытаний как при тепловой, так и при гидропрессовой сборках, несмотря на частичное разрушение оксидной пленки. Параметр шероховатости поверхности валов после вторичных испытаний снизился с ^?а = 0,35... 0,70 мкм до #а=0,12... 0,45 мкм, а у втулок практи­чески не изменился.

Оксидирование является эффективным средством по­вышения прочности соединений. При этом сборка мо­жет осуществляться как тепловым, так и гидропрессо­вым способом. При гидропрессовой сборке целесообраз­но применение маловязких масел, например турбинного Т22. Разборка соединений гидропрессовым способом не ухудшает качества сопрягаемых поверхностей и сущест­венно не отражается на прочности соединений.