Способ термической обработки стальных изделий

 

Изобретение относится к термической обработке стали с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении подшипников качения. Цель изобретения - повышение контактной выносливости. Поверхность качения подшипника подвергают закалке подвижным ленточным электронным лучом с шириной луча более чем ширина поверхности качения и с образованием зоны упрочнения глубиной в 1,5 раза больше глубины зоны расположения максимальных касательных напряжений, возникающих при трении качения.

сони coevcwx

СОЦИАЛИСт ЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

O9) (11) 24 А1 (51)5 С 2.D 1 09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ ческой обработке стали с помощью кон . центрированных источников энергии, конкретнее электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении подшипников качения. Цель изобретения — повышение контактной выносливости. Поверхность качения подшипника подвергают закалке подвижным ленточным электронным лучом с шириной луча более чем ширина поверхности качения и с образованием зоны упрочнения глубиной в 1,5 раза больше глубины зоны расположения максимальных касательных напряжений, возникающих при трении качения.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4440522/31-02 (22) 13.06.88 (46) 30.09.90. Бюл. №- 36 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (72) А.А.Шульга, Г.В.Дудко, . Л.Г.Магаев и С.Н.Власов (53) 621.785.79(088.8) (56) Спектор А.Г. и др. Структура и свойства подшипниковых сталей.M.:

Металлургия, 1980, с. 218,222.

МИТОМ, 1988, № 1, с. 54-55. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

i СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к терми!

Изобретение относится к термической обработке стали с помощью концентрированных.источников энергии, конкретнее электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении подшипников качения.

Цель изобретения — повышение контактной выносливости.

Сущность изобретения заключается . в том, что поверхности трения качения подвергают нагреву со скоростью - 10

Э

-10 К/с подвижным ленточным элекФ тронным лучом без оплавления поверхности, ширина которого должна быть больше ширины поверхности качения, и обработку производят за один или несколько проходов ленточного луча, при этом на поверхности образуется упрочненный слоО, причем толщина этого слоя должна не менее, чем в 1,5 раза

I превышать глубину расположения эоны максимальных касательных напряжений, возникающих при трении качения.

При поверхностной термообработке ленточным электронным лучом без оплавления поверхностные слои материала имеют структуру скрытокристаллического мартенсита с остаточным аустенитом и мелкодисперсные карбиды. Микротвердость такой структуры 11000

12000МПа. Плотность дефектов кристаллической структуры повышается на порядок по сравнению с объемной термообработкой (закалка+низкий отпуск), пРоисходит иэмельчение блоков. Все это затрудняет образование и распрострайение усталостных трещин в поверхностном слое.

Способ осуществляют следующим образом.

1595924

Ф

Изделие после окончательной меха .нической обработки йодвергают поверхностной термообработке ленточным

Электронным лучом без оплавления.

Фирина луча больше ширины поверхности

5 трения качения. В противном случае обработку всей поверхности придется производить sa несколько параллельных проходов. Но краям этих проходов образуются зоны высокотемпературного отпуска, что резко снижает контактную

Выносливость поверхности:. При ширине ленточного луча, большей. ширины обрабатываемой поверхности, зон отпуска 15 не образуется. Обработка может проводиться как за один проход, так и за несколько новторных проходов. При повторных проходах луча по поверхности, уже подвергнутой ранее электронно- . лучевой обработке, параметры слоя изменяются незначительно: немного повышается толщина упрочненного слоя и незначительно повышается твердость.

Повторная обработка ощутимого изменения свойств поверхностного слоя не дает.

При обработке параметры электронного луча выбирают такими, чтобы не было оплавления поверхности. При оплавлении поверхностный оплавленный слой имеет структуру крупнокристаллического мартенсита, уменьшается твердость и дефектность структуры, что ведет к понижению долговечности поверхностей качения.

Толщина упроченного слоя должна превышать глубину расположения зоны максимальных касательных напряжений не менее, чем в 1 5 раза.. В противном .40 случае .значительные касательные напряжения, возникающие при качении, действуют на границе упроченного слоя с основным материалом или вблизи ее и вызывают быстрое зарождение и раз

45 витие трещин на этой границе. Это приводит к отслаиванию упрочненного слоя и резко уменьшается долговечность. При полуторной толщине упрочненного слоя по сравнению с глубиной;

50 расположения зоны максимальных касательных напряжений на границе упроченного слоя с основным материалом напряжения существенно уменьшаются и контактная выносливость повышается.

Способ реализуется на установке, состоящей из вакуумного агрегата, поз-4воляющего получить вакуум 10 -10 мм рт.ст., электронной пушки с оптикой

Пирса, создающей ленточный электронный луч требуемых параметров, и блоков питания пушки.

Технологическая схема способа повышения контактной выносливости подшипниковых сталей:

1. Химическая очистка обрабатываемой поверхности.

2. Загрузка изделий в вакуумную камеру.

3. Откачка вакуумной камеры до рабочего вакуума. 4. Вывод электронной пушки на рабочий режим.

5. Электронно-лучевая обработка поверхности.

6. Напуск атмосферы в камеру и выгрузка изделий.

Пример конкретного режима обработки поверхностей качения подвижным ленточным электронным лучом;

Материал сталь ШХ15.;

Скорость движения луча 2 см/с;

Ускоряющее напряжение 9 кВ;

Ток луча 0,16 А;

Тощина луча 1 мм;

Толщина упроченного слоя 160-180 мкм.

Исследования в электронна-лучевой обработке на долговечность поверхностей трения качения проводили на кольцах роликоподшипников Р 12208. Внутренние кольца обрабатывали по предлагаемому.способу и собирали с наружными кольцами и телами качения, которые подвергали лишь объемной термообработке. Стендовые испытания проводили на испытательной станции

ГПЗ-10 на машине ЦКБ-50 при нагрузке 10900Н и числе оборотов внутренних колец 3800. При данной нагрузке зона максимальных касательных напряжений, возникающих при качении, для внутреннего кольца находилась на глубине 100 мкм.

Как показали испытания, долгЬвечность колец с электронно-лучевой обработкой по указанному способу повышается в 3-4 раза по сравнению с прототипом. При этом ленточный электронный луч позволяет обрабатывать поверхности различной конфигурации без переналадки оборудования.

Формула и з обретения

Способ термической обработки стальных изделий, преимущественно поверхСоставитель S. Куяямин

Техред М.Ходаннч Корректор Т. Малец

Редактор А.Лежнина

Заказ 2890 Тираж 511 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101

5 1595924 6

I ности качения подшипников, включаю-, симальных касательных напряжений, щий нагрев без оплавления поверхности возникающих при трении качения под-.: качения ленточным электронным лучом шипников, нагрев осуществляют лучом с заданной шириной луча и закалку с шириной более ширины поверхности с образованием заданной глубины зоны качения, а закалку проводят с обраэоупрочнения, отличающийся ванием зоны упрочнения глубиной, пре рФ тем, что, с целью повышения контакт- вышающей глубину расположения эоны ной выносливости, предварительно опре- максимальных касательных напряжений деляют глубину зоны расположения мак- Ið не менее чем в 1,5 раза.