Способ упрочнения металлических изделий

 

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий механическое нагружение при комнатной температуре с наведением в поверхностном слое напряжений растяжения, нагрев и охлаждение, отличающийс я тем, что, с целью повышения усталостной прочности и производительности обработки, механическое нагружение проводят в интервале от предела пропорциональности до предела текучести , нагреву подвергают поверхностный слой глубиной S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, (19) (11) (1) а С 21 D 1/78

7 г1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3710708/22-02 (22) 07. 03. 84 (46) 15. 12. 85. Бюл. У 46 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им.В.В.Куйбышева (72) Г.А.Кулаков, Б.А.Кравченко, В.В.Козлов и В.П.Усов (53) 621.785.79 (088.8) (56) Кравченко Б.А. и др. Проблемы прочности.1978, N - 5, с.!2-13.

Аскинази В.M. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. - Ленинград: Машиностроение, 1968, с.35-37. (54) (57) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий механическое нагружение при комнатной температуре с наведением в поверхностном слое напряжений растяжения, нагрев и охлаждение, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения усталостной прочности и производительности обработки, механическое нагружение проводят в интервале от предела пропорциональности до предела текучести, нагреву подвергают поверхностный слой глубиной 0 = (О 0l-0,04)Д, где о - линейный размер сечения иэделия, до температуры в интервале от где d — предел прочности материала в в MH/è

У

Я

Š— модуль упругости в МН/м

P - коэффициент Пуассона;

oL — коэффициент линейного расширения в 1/град;

В „- остаточные напряжения в MH/ì ц - напряжение, создаваемое механическим нагружением

B MH/м до температуры начала мартенситного превращения, а охлаждение проводят одновременно со снятием нагрузки, причем время снятия нагрузки составляет 0,2-0 5 времени охлаждения.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам механотермического поверхностного упроч" нения металлических изделий.

Цель изобретения — повышение усталостной прочности и производительности обработки.

На чертеже представлена диаграмма поверхностного слоя изделия при упрочняющей обработке.

Способ осуществляется следующим образом.

На первом этапе 0-1 (см.чертеж) деталь подвергают механическому нагружению при комнатной температуре, создающему в поверхностном слое напряжения растяжения 0 и

Задаваясь оптимальными с точки зрения эксплуатации остаточными напряжениями сжатия в поверхностном слое

<,, расчитывают температуру Т ост по формуле: р (в ост М1 у . где С вЂ” предел прочности материала, MH/м

Š— модуль упругости в МН/м

fA — коэффициент Пуассона;

oC — коэффициент. линейного расширения в 1/град; — остаточные напряжения в

M1/м 1 — напряжения, создаваемые

М механическим нагружением

MH/ì и нагревают поверхностный слой глубиной 8 =(0,01-0,04) d, где линейный размер сечения изделия.

Поскольку температура Т> ниже температур фазовых переходов, то структура материала меняться не будет, а изменяются лишь механические свойства материала: уменьшается модуль упругости Е, предел текучести и предел пропорциональности 6 „„ (участок 1-2 на чертеже). В результате в поверхностном слое увеличивается пластическая составляющая с„ деформации, а сердцевина остается в упругом напряженном состоянйи. Чтобы поверхностные йластические деформации не успели релаксироваться, скорость охлаждения на этапе 2-3 должна быть не менее

10 град/с. В то же время процесс разгрузки должен опережать охлаждение, иначе очень быстрое охлаждение

98124

Сравнительные усталостные испыта45

5 ния показали увеличение долговечности образцов, упрочненньм предлагаемям способом в 4,5-5 раз в сравнении с исходными закаленными, в то время как поверхностный дробеструйиый наклеп способствует только

3-кратному повышению выносливости, При этом его производительность в 4,5 раза ниже, чем у предлагаемого способа.

Предлагаемый способ повышает усталостную прочность в l 5 раза по сравнению с известным способом, надежность и долговечность, обра5

f5

40 приведет материал в исходное состояние (участок 0-1 диаграммы 0 - E)

Соотношение времени охлаждения „„ к времени разгрузки ь должно быть таким, чтобы в конце процесса поверхностный слой остался растянутым. Экспериментально установлено, что оптимальное соотношение и

,,,/ о д = 0,5 — 0,2. В результате поверхностный слой будет испытывать со стороны вернувшейся в исходное состояние после упругой разгрузки сердцевины остаточное сжимающее напряжение.

Пример. Упрочняющей обработке подвергались образцы толщиной 8 мм из закаленной стали

ЗОХГСН2А. Режимы обработки и результаты испытаний приведены в таблице °

Проводилась также реализация .способа на серийных деталях (шток амортизаторов шасси из ст.ЗОХГСА с Бь = 120 кг/мм . Цилиндрическая часть штока, представляющая собой трубную заготовку с наружным диаметром d> о = 80 мм, толщиной стенки h = 4,4 и длиной К =

= 350 мм, в зажимном приспособлении нагружалась крутящим моментом до = 95 кгс/мм . Затем производил2. ся нагрев в течение 2 с токами высокой частоты поверхностного слоя глубиной О = 0,4 мм до 280 + 20 С, Сброс нагрузки сопровождался спрейерным охлаждением водой под давлением

3,5 атм.

Для исследования остаточных напряжений вырезались кольцевые образцы, на которых методом Давиденкова Н.Н. определялись остаточные напряжения.

Величина сжимающих напряжений достигла значений оо„, = 60 - 70 кг/мм . г

120

0,3 Спрейерное 0,3

3 атм 280

-90

Оптимальный режим, Н 4502.

-500 кгс/мм

+50,-15

310

0,3

120

0,3

270

120

-70

260

120

0,3

-30

0,3

-ll кгс/мм остаточные

250

120

-80 напряжения в сердцевине

250

0,1 3 атм 0,3.

0,3 Спрейерное 0,15

03 Затм 06

0,3 На воздухе . 1,5-2,0

О, 3 Спрейерное О, 3

0,3 0,3

120

-40

250

-70

120

I20

250

-30

250

120 250

250

-80,-100 Остаточная деформация

О,ЗХ

Обработка известным способом

ППД; нагрев всего объема до Т = 350-400 C о, ППП; охлаждение

-20

Н,ц 8002

-1000 кгс/мм ботанных этим способом деталей, на

40-50Х а также производительность труда за счет упрощения технологии, особенно при обработке длинномер0,3 3 атм

0,3 3 атм

0,3 3 атм

0 5 3 атм

1198124 4 ных деталей, Так, время обработки по предлагаемому способу 1,5 2 мин, а по известному 5-10 мин в зависимости от габаритов.

I198l24

Составитель А.Кулемин

Редактор К.Волощук Техред А.Кикемеэей

Корректор А.Обручар

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 7689/28 Тирам 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Иосква, Ж-35, Раушская иаб., д.4/5