В зависимости от рода нагрузки, вызывающей разрушение металла, различают механические характеристики, определяемые при растяжении образца до его разрыва (пределы прочности и текучести, относительные удлинение и сужение поперечного сечеиия) и его выносливость (время до разрушения) при циклически меняющейся нагрузке (предел усталости). Возможны два вида нагрузок, от которых зависит время до разрушения: нагрузки, при которых циклические деформации металла не выходят за пределы упругой деформации, и нагрузки, при максимальных значениях которых возможна обычно небольшая пластическая деформация образца. В первом случае образец разрушается после воздействия миллионов циклов нагрузки (миогоцикловая усталость), во втором случае разрушение происходит после мескольких тысяч циклов (малоцикловая усталость).
Особенно важными для надежности современных машии являются показатели прочности при циклически меняющейся нагрузке. Нанболее значительное влияние хромирование оказывает именно на эти показатели.
Хромирование может оказывать воздействие на механические свойства основного металла по следующим причинам:
Прочность и пластичность хромированной стали. Предел прочности стали, определяемый при статическом растяжении, практически не изменяется после хромирования. Основное изменение претерпевают показатели пластичности: относительное удлинение и, особенно, относительное сужение поперечного сечения. Так, например, хромирование стали 30ХГСН2А (45-49 HRC) блестящим хромом при iк =50 А/дм2 и t=50°С с толщиной слоя 0,1 мм дало следующие результаты: предел прочности без покрытия - 1836 МПа, хромированная — 1837 MПa; относительное удлинение без покрытия - 7,0 %, хромированная — 6,8 %; относительное сужение без покрытия - 50,6 %, хромированая - 32,3 %.
Усталостная многоцикловая прочность хромированной стали. Хромирование снижает усталостную прочность различных марок сталей, но особенно значительно это снижение у конструкционных сталей повышенной прочности (рис. 30).
В то время как у нехромированных сталей предел усталостной прочности примерно пропорционален пределу прочости стали, после хромирования эта зависимость исчезает и предел усталостной прочности хромированных сталей независимо от их прочности (в данном случае выше 600 МПа).
При наличии на деталях каких-либо концентраторов напряжения снижение усталостной прочности после хромирования может быть еще большим.
Влияние толщины хромового покрытия на снижение предела усталостной прочности недостаточно определенно. Имеются сведения, что с увеличением толщины хрома снижается усталостная прочность и в то же время по другим данным ее влияние незначительно.
Повышение температуры электролита способствует уменьшению предела усталостной прочности стали. Так, для стали 30ХГСА хромированной при ік =50 А/дм2, предел усталостной прочности образцов, хромированных при 70°С, оказался в два раза ниже, чем хромированных при 30 и 50°С.
Выдержка хромированных образцов при 200-230°С в течение 2-2,5 ч. приводит к снижению предела усталостной прочности стали. Это видно из примера стали 30ХГСН2А (45-49 HRC). Ее предел усталостной прочности при испытаниях на изгиб с вращением составляет для нехромированной стали — 780 МПа, после хромирования - 380 МПа, после отпуска хромированных образцов при 200-220°С 2,5 ч. он равен 240 МПа. При двукратном отпуске, до и после хромирования, предел усталости повышался до 380 МПа. Отпуск при 500-600°С (допустимый для менее прочных сталей) полностью восстанавливает предел усталостной прочности стали.
Хромирование производилось в универсальном электролите при tk=120 А/дм2, t=60°С, слой хрома 0,1 мм и межэлектродное расстояние 10 мм.
Своеобразное влияние на снижение усталостной прочности после возвратно-струйного хромирования оказала температура электролита. В пределах 50-60°С она мало повлияла на предел усталостной прочности, его снижение составляло 2,5-5,3%. Но при 65 и 70°С предел усталостной прочиости значительно снизился (на 42,2 и 49,2 % соответственно).
Плотность тока в пределах 40-120 А/дм2 практически мало влияла на снижение усталостной прочности (1,8-3,5 %).
Пористый хром, полученный из малоконцентрированной ванны t=55°C, iк=50 А/дм2 , толщина слоя 75 мкм, ік==40 А/дм2, ta =7 мин), практически не повлиял на предел усталостиой прочности стали 35, предел прочности которой 586 МПа. Это, очевидно, связано с тем, что при анодной обработке покрытия, выполняемой для получения пористости, существенно уменьшаются растягивающие напряжения в покрытии. Кроме того, имеет значение увеличение количества трещин в покрытии, что снижает значение каждой из трещим как концентратора напряжений.
При реверсивном токе на сталях низкой прочиости хромирование значительно меньше снижает предел усталостной прочности по сравнению с хромированием на постоянном токе. Для высокопрочных сталей реверсирование тока заметно не влияет на предел усталостной прочности после хромирования. При хромировании в проточном электролите предел усталостиой прочности предварительно упрочненной высокопрочной стали 30ХГСНА такой же,как при хромировании без протока.
Влияние пластического поверхностного упрочнения стали перед хромированием видно из табл 14 для распространенных высокопрочных сталей марок 30 ХГСНА и 40 ХГСЗВА (С. И. Кимкина и Н. В. Анисимова) Образцы хромировались в универсальном электролите при ік ==60. А/дм2, t= 55°С, толщина слоя 50-70 мкм.
Перед и после хромирования образцы термически обрабатывались при температуре 200°С в течение 3 ч. Эти данные убедительно показывают, что практически полное устранение отрицательного влияния хромирования на многоцикловую усталостную прочиость сталей, в том числе высокопрочных, можно достичь упрочением поверхностн деталей перед хромированием методами поверхностиой пластической деформации (обкаткой роликами, алмазным выглаживанием, гидропескоструйной обработкой, виброупрочнением и др.), она создает в поверхностном слое основы значительные сжимающие напряжения, которые затрудияют образование в хроме отдельных глубоких трещин под влиянием растягивающих напряжений. Предполагается, что именно такие трещины являются высокими концентраторами растягивающих напряжений, приводящих к снижению предела усталостной прочности стали после хромирования.
Малоцикловая усталостная прочность. Хромирование снижает также предел усталостной прочности сталей при малоцикловой нагрузке. Влияние прочности стали на снижение ее малоцикловой прочности после хромирования видно из данных табл. 15.
Таким образом, чем выше прочиость стали, тем в большей степени хромирование уменьшает ее малоцикловую усталостную прочность. Толщина хромового покрытия и плотность тока не оказывают статистически значимого влияния на предел малоцикловой усталости. С понижением температуры электролита долговечность образцов возрастает.
