2.2.2 Матеріали з високим опором зносу від втоми

Ці матеріали призначаються для таких виробів масового виробництва, як вальниці кочення та зубчасті колеса. Втомне викришування на їх робочих поверхнях викликають циклічні контактні напруження стиснення. Вони утворюють у поверхневому шарі об’ємний напружений стан, який полегшує пластичне деформування поверхневого шару деталей та розвиток у ньому процесів втоми.

Високі циклічні контактні навантаження, що діють на малих ділянках поверхні, обумовлюють процеси зародження в приповерхневому шарі втомних тріщин, їх розвиток вглибину шару та відділення частинок із утворенням ямок викришування (рис. 2.8).

А – місце зародження втомної тріщини;

1, 2 – стадії її розвитку; 3 – ямка викришування

Рисунок 2.8 – Схема утворення поверхневого викришування (пітінгу) на робочій доріжки вальниці котіння [5]

Опір матеріалу поверхневому викришуванню називають контактною витривалістю. Висока контактна витривалість може бути забезпечена лише при високій твердості матеріалів вищезазначених виробів. Висока твердість необхідна також для запобігання стиранню контактних поверхонь при їх проковзуванні.

Вальниці працюють, як правило, при низьких динамічних навантаженнях, що дозволяє виготовляти їх з порівняно крихких високовуглецевих сталей після об’ємного наскрізного гарту та низького відпуску. Для виготовлення кульок, роликів та кілець вальниць використовують низьколеговані сталі типу ШХ15, ШХ15СГ. У цих сталях суворо регламентовані карбідна неоднорідність та забрудненість неметалевими включеннями, тому що при потраплянні на робочу поверхню вони стають концентраторами напружень і сприяють швидкому розвитку втомного викришування. У зв’язку з цим для виготовлення високошвидкісних вальниць використовують сталі після електрошлакового переплаву (ШХ15Ш), які відрізняються мінімальним вмістом неметалевих включень та найбільш високою однорідністю структури.

Для вальниць, що працюють в агресивних середовищах, використовують корозійностійку сталь марки 95Х18Ш, а при температурах до 400 °С – червоностійку сталь 8Х4В9Ф2 (ЭИ347).

Зубчасті колеса крім високої контактної витривалості повинні мати певний опір втомі на згин, зносостійкість бокових поверхонь та торців зубців, стійкість до схоплення. Цим вимогам задовольняють сталі, що мають твердий поверхневий шар, в’язку та міцну серцевину, здатну протистояти впливу ударних навантажень. Сполучення твердої поверхні та в’язкої серцевини досягається хіміко-термічною обробкою або поверхневим гартом низько- та середньовуглецевих сталей. Вибір сталі та методу зміцнення залежить від умов експлуатації зубчастої передачі, вимог технології та виробництва. Для хвильових передач та невеликих зубчастих коліс, що працюють при малих навантаженнях та швидкостях, використовують неметалеві матеріали: текстоліт ПТ та ПТК, деревошаруваті пластики, поліаміди – капрон, нейлон. Їх використовують для приводу спідометрів та розподільних валів автомобілів, кіноапаратів, текстильних та харчових машин. Переваги таких коліс – відсутність вібрацій та шуму, висока хімічна стійкість [5].