Борьба за скорость - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги полные TXT) 📗
Электроискровая обработка — открытие советских ученых Б. Р. и Н. И. Лазаренко — позволяет наносить равный слой металла на металлическую деталь. При этом получается очень прочное покрытие. Так электроискровым способом покрывают резцы слоем твердого сплава.
Оказалось, что вообще электроискровая обработка дает более прочную поверхность, чем механическая. О том, как электрическая искра обрабатывает металл, мы поговорим ниже.
Закалка токами высокой частоты.
Электричество может закаливать поверхность металла.
Вспомним про быстроходные зубчатые передачи. Зубчатые колеса нужно сделать износоустойчивыми. Что же тут, казалось бы, мудреного! Закалить их — и только. Но этим дело лишь испортишь.
Если вся шестерня будет закалена, она станет не только твердой. Она станет и хрупкой. А хрупкая шестерня не выдержит толчков и ударов, неизбежных при работе зубчатой передачи.
Выход в том, чтобы закалить металл лишь с поверхности, не закаляя сердцевины. Твердая «корка» предохраняет от износа, а вязкая сердцевина хорошо сопротивляется толчкам и ударам.
Это и позволяет сделать закалка токами высокой частоты, разработанная лауреатом Сталинской премии В. П. Вологдиным и другими советскими учеными.
Шестерня помещена внутрь нагревательного индуктора высокочастотной закалочной установки. Этот индуктор создает быстропеременное электромагнитное поле. Оно возбуждает токи в металле шестерни, которые растекаются по поверхности, прогревают ее; внутрь же тепло не проходит. Закаливается только тонкий поверхностный слой — то, что нам и нужно.
Как происходит закалка токами высокой частоты, каковы были ее первые шаги?
Вот что рассказывает лауреат Сталинской премии доктор технических наук профессор Г. И. Бабат:
«Наступил долгожданный момент первого испытания. Большая шестерня от коробки передач укреплена внутри нагревательного витка из медной трубки.
Щелкает контактор. Генератор включен. Нагрев начался.
Блестящая полированная поверхность стали темнеет. По ней проходят цвета побежалости: соломенно-желтый, синий, темнобурый.
Измеритель мощности показывает, что сталь потребляет восемьдесят киловатт. Проходит секунда, вторая. Боковая поверхность шестерни начинает светиться вишневым накалом.
И тут — удивительная вещь! — стрелка измерителя мощности идет в обратную сторону. Резко падает поток энергии, потребляемой раскаленным металлом.
Сталь берет теперь в 8 раз меньше мощности, чем мгновенье до того.
Нам повезло, удивительно повезло! Оказалось, что наиболее распространенные марки стали обладают свойством уменьшать свое потребление мощности — „самовыключаться“ из процесса нагрева, как только температура поверхностных слоев изделия достигнет значения, необходимого для закалки… Так сталь сама себя спасает от перегрева…
Электролиз.
Для массового производства существуют теперь специальные закалочные станки-автоматы. Они вводят закаливаемое изделие в индуктор, автоматически дают требуемую выдержку нагрева, а затем переносят изделие в охлаждающую жидкость (воду, масло, эмульсию), или же охлаждающая жидкость выбрызгивается на нагретое изделие через отверстия в нагревательном индукторе. Такие закалочные автоматы могут быть включены в общую линию станков механической обработки. При этом отпадает иногда необходимость в специальном термическом цехе.
Высокочастотный нагрев удешевляет производство, оздоровляет условия труда, повышает живучесть механизмов».
Химией, теплом, электричеством не исчерпывается, однако, вооружение технолога.
Он может обработать деталь дробью. Если посмотреть, как это делается, то покажется, что совершается преступление. Готовую обработанную деталь бомбардируют градом маленьких стальных или чугунных шариков, размером от 0,5 до 1,5 миллиметра. Они с силой выбрасываются струей сжатого воздуха или лопатками быстровращающейся турбинки.
Обработка дробью упрочняет поверхностный слой на глубину примерно 0,2 миллиметра. Происходит, как говорят инженеры, наклеп — упрочение металла, вызванное изменением свойств его поверхностного слоя.
Долговечность, живучесть детали возрастает в несколько раз.
Кроме обдувки дробью, технолог может применить, если речь идет о детали цилиндрической формы, обкатку роликами, также вызывающую наклеп, а значит, и повышение поверхностной прочности.
Деталь зажата между тремя стальными закаленными роликами. Ролики давят на нее с силой тем большей, чем крупнее деталь. И, держа ее в своих крепких объятиях, они обкатывают ее, «проглаживают», как своеобразный утюг, со всех сторон. Ровная, приглаженная поверхность получается после такой обкатки, притом и более прочная. Иногда утюжка роликами делает поверхность детали такой чистой, что ни шлифовки, ни полировки уже не требуется.
Электрополировка.
Наклепом пользуются и при хорошо известных способах холодной обработки — таких, как ковка, штамповка, прокатка, которые придают металлу повышенную прочность. Штамповка, кроме того, позволяет изготовлять детали очень точно, — и многие детали такой быстроходной машины, как газовая турбина, штампуются.
Холодная обработка, вызывающая наклеп, и горячая обработка — такая, как закалка, упрочняют металл.
Тепло издавна служило человеку для изменения свойств металлов.
Советские ученые поставили ему на службу и холод. На наших металлургических и машиностроительных заводах впервые появился новый помощник человека, обрабатывающий металл. Холод помогает справиться там, где бессильным оказывается тепло.
Он также меняет внутреннее строение металла. Сталь сложного химического состава требует и сложной тепловой обработки. Чтобы закалить такую сталь, нужно добиться перестройки кристаллов в металле. Бывает, что такая перестройка не успевает закончиться, хотя сталь уже остыла. Тепловая обработка завершена, но металл перестроился не весь: остались еще участки незакаленные, мягкие.
Теперь, когда растут скорости, напряжения, давления, температуры в машинах, с таким, казалось раньше неизбежным, недостатком закалки мириться стало нельзя. Но как с ним бороться?
Иностранные ученые бессильны были ответить на этот вопрос. него ответили советские ученые. Надо дать металлу время, чтобы перестройка структуры металла закончилась полностью, чтобы закалка была окончательно завершена, решили они. Для этого металл нужно охладить не как обычно до комнатной температуры, а еще ниже: до 70—100° ниже нуля.
И действительно, в охлажденном металле закалка (скорее уже не закалка, а «замораживание») шла до, конца. Когда же металл вновь нагревался до комнатной температуры, он сохранял приобретенные закалкой свойства. Он становился твердым, и гораздо более твердым, чем только при закалке, потому что теперь в нем не было «мягких» участков, той капли дегтя, которая портила бочку меда.
Обработка холодом позволяет повысить твердость деталей машин иногда почти на треть или на половину. Улучшается качество деталей— например таких, как шестерни, увеличивается срок их службы.
Мы говорили до сих пор о том, как упрочить металл, о том, как для этого инженеры-технологи пользуются теплом и холодом, электричеством и химией, обработкой дробью и обкаткой роликами.
Все это — способы упрочить металл.
Электролитическое рафинирование (очистка).
А теперь нам придется поговорить о том, как уменьшить прочность металла.
Уменьшить прочность? Но борьба за скорость — это борьба и за прочность. Это борьба за прочный металл, который нужен для быстроходных машин. Как же можно бороться с прочностью? И, главное, зачем?
