Электромеханическому упрочнению могут подвергаться конструкционные стали типа сталь 45, сталь 40Х, сталь 65Г и т. п., в нормализованном и термообработан-ном состоянии, а также поверхностные слои деталей, образованные металлопокрытиями (наплавками, напылением, железнением).

Электромеханическое упрочнение повышает износостойкость чугуна в 2 раза и металла, образованного наплавкой, в 1,5…2 раза по сравнению с закаленным на высокую твердость.

ЭМУ создает благоприятное сочетание остаточных напряжений в поверхностном слое, благодаря чему значительно увеличивается усталостная прочность деталей. Установлено, что последняя для конструкционных сталей (сталь 45, 40Х) увеличивается на 19…23,5 %. Электромеханическое упрочнение оказывает также положительное влияние на контактную прочность металлов.

В БИМСХ проведены исследования влияния электромеханического упрочнения в высокотемпературном режиме на физико-механические свойства некоторых металлопокрытий, определяющие служебные качества восстановленных наплавкой деталей. Исследованием установлено *, что структура и строение наплавленного металла улучшают свои качества. В упрочненном поверхностном слое глубиной до 1,1 мм отсутствуют кристаллизационная неоднородность, столбчатость строения и микротрещины. Упрочненный слой характеризуется весьма мелкодисперсной, однородной структурой мартенситного типа, обладающей высокой твердостью (Н(1=6000…9000 МПа), стабильной как по глубине, так и по ширине упрочненного слоя.

На рис. 1…3. показано влияние температуры в контакте инструмент — деталь и давления инструмента на изменение глубины упрочнения б, поверхностной твердости, износостойкости е по закрепленному абразиву, а также удельную ударную вязкость (ак) и напряжения (Р) в поверхностном слое наплавленного под флюсом АН-348А проволокой Нп-65Г металла. Характер изменения этих свойств у других изучаемых металлопокрытий (наплавленных под флюсом АН-348А проволокой ЗОХГСА и вибродуговой наплавкой проволокой Нп-65Г в струе жидкости) в зависимости от параметров электромеханического упрочнения аналогичный. Значение этих свойств различно и зависит от химического состава и способа получения покрытия.

Из числа легирующих элементов наибольшее влияние на механические характеристики оказывает углерод, повышая твердость, износостойкость, величину остаточных сжимающих напряжений, снижая пластичность и ударную вязкость. Присутствие хрома прежде всего сказывается на возрастании характеристик пластичности и глубины упрочнения за счет увеличения прокаливаемости.

Повышение температуры упрочнения в исследуемом интервале до 1050 °С сопровождается ростом значения прочностных характеристик (твердости, износостойкости, напряжений 1-го рода) и некоторым изменением работы разрушения. Данные металлографического и рентгено-структурного анализов показывают, что в этом интервале температуры упрочнения с ростом последней увеличивается степень закалки упрочняемого объема металла, глубина пластической деформации и измельчение блоков когерентного рассеяния, что является основной причиной

Рис. 1. Слияние температуры упрочнения на механические свойства металла, наплавленного проволокой Нп-65Г под флюсом АН-348А.

повышения прочностных характеристик. Температурный интервал 1000…1050 °С является оптимальным для полной реализации возможностей процесса электромеханического упрочнения с точки зрения термического воздействия. Повышение температуры свыше указанного интервала приводит к огрублению структуры (характерному для закалки при высоких температурах), развитию зональных напряжений, что обусловливает появление закалочных трещин. Кроме того, в поверхностном слое (глубиной от нескольких сотых долей миллиметра до 0,3 мм в зависимости от степени перегрева) имеют место обезуглероживание и микротрещины.

Вследствие сказанного у всех исследуемых метелло-покрытий при перегреве резко уменьшаются показатели как прочности, так и пластичности. Следует отметить, что указанные явления более резко выражены у металлопокрытий с относительно большим содержанием углерода и нелегированных.

Результаты исследования изменения микротвердости по глубине упрочненного слоя в зависимости от давления инструмента показывают, что оно невелико. Чем меньше углерода в наплавленном металле, тем изменения меньше, глубина же упрочнения пластической деформацией изменяется весьма существенно.

Увеличение давления инструмента до 0,3 кН/мм ширины инструмента (температура постоянная) приводит к увеличению как прочностных, так и пластических свойств всех исследуемых металлопокрытий. Максимельное значение твердости, износостойкости в абразивной среде, микронапряжений достигается при давлении 0,4 кН/мм, оптимум же для ударной вязкости смещен в интервал давлений 0,3…0,35 кН/мм. Исследования тонкой структуры показали, что в этом интервале давлении практически заканчивается процесс измельчения блоков когерентного рассеяния. Изложенное позволяет предположить, что давление в окрестности значения 0,3 кН/мм обеспечивает такую степень деформации, при которой достигается благоприятное сочетание как прочностных, так и пластических свойств, что одинаково важно для деталей, работающих в различных условиях. Дальнейшее увеличение степени деформации хотя и приводит к некоторому увеличению прочностных свойств, делает металл хрупким.

Рис. 2. Относительная износостойкость металлопокрытий по закрепленному образиву:
а — наплавка проволокой Нп-65Г под флюсом АН-348А; б — наплавка проволокой Нп-ЗОХГСА под флюсом АН-348А; в — вибродуговая наплавка с охлаждающей жидкостью проволокой Нп-65Г; г — в состоянии наплавки; — после закалки с нагрева ТВЧ и низкого отпуска; □ —после электромеханического упрочнения.

Сравнительные испытания физико-механических свойств неупрочненных металлопокрытий, закаленных с нагрева токами высокой частоты, и упрочненных электромеханическим способом показали значительное преимущество последнего с точки зрения увеличения износостойкости и в особенности — интенсивности упрочнения.

Высокий качественный комплекс физико-механиче-ских свойств, простота, дешевизна и возможность автоматизации процесса электромеханического упрочнения создают предпосылки к широкому внедрению последнего в ремонтное производство для улучшения служебных свойств восстановленных наплавкой деталей (валики водяных насосов, шкворни поворотных цапф автомобилей, оси кареток качения и опорных роликов гусеничных тракторов).