Способ термомеханической обработки изделий

 

Область применения: технология термохимической обработки изделий. Сущность изобретения: поверхность изделия оплавляют на определенную глубину на электроннолучевой установке. После оплавления поверхности осуществляют нагрев всего изделия или его части до температуры деформации и деформируют изделие с определенной степенью деформации. 5 ил.

Изобретение относится к технологии термомеханической обработки изделий с использованием нагрева поверхности высокоэнергетическими источниками тепла, в частности, электронным лучом и может быть использовано для улучшения эксплуатационных свойств изделий из легированных сталей и сплавов, имеющих неоднородность структуры, например, деталей подшипников, выполненных из сталей типа 95х18, ЭИ 347 и т.п. Известен способ термомеханической обработки изделий из высоколегированных сталей, в котором осуществляют нагрев до 870-880^оС охлаждение и деформацию 30-40% Недостатком данного способа является невозможность получения однородной структуры. Наиболее близким по технической сущности является способ термомеханической обработки, в котором осуществляют нагрев поверхности до оплавления, охлаждение до температуры деформации и деформацию, при этом степень деформации может быть выбрана в пределах 5-15% Недостатком данного способа является различие в степени нагрева поверхностного слоя и сердцевины изделия, что ограничивает область применения этого способа, вследствие ограничения возможности деформирования более холодного металла сердцевины. Цель изобретения расширение технологических возможностей процесса и повышение качества поверхностного слоя за счет обеспечения равномерного перехода от оплавленного металла к исходному. Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем нагрев поверхности до оплавления и деформацию, после оплавления поверхностного слоя осуществляются нагрев всего изделия или его части до температур деформации. На фиг. 1 приводится макроструктура оплавленного и деформированного слоя; на фиг. 2 микроструктура оплавленного и деформированного слоя; на фиг. 3 микроструктура участка переходной зоны; на фиг. 4 структура исходного металла изделия; на фиг. 5 представлен возможный вариант оплавления изделий. Предлагаемый способ термомеханической обработки изделий заключается в следующем. В процессе оплавления поверхностного слоя как и в прототипе обеспечивается мелкодисперсная литая структура, разрушение которой происходит при незначительной степени деформации. Однако, во многих случаях, например, при производстве изделий с глубокими деформируемыми пазами или углублениями бывает необходимо увеличить степень деформации, чтобы получить углубление заданных размеров. В частности, примером может служить беговая дорожка подшипников качения, выкатываемая путем деформации. Если в прототипе увеличение степени деформации сопряжено с некоторыми трудностями, связанными с различной степенью нагрева поверхности и сердцевины, то в предлагаемом способе это различие ликвидируется путем осуществления нагрева до температур деформации значительной части изделия или всего его объема. После нагрева осуществляется деформация, причем степень деформации может изменяться в широких пределах. Необходимо отметить, что с момента оплавления поверхности до момента осуществления последующего нагрева под деформацию может проходить определенное время, в течение которого происходит охлаждение оплавленного слоя, однако последующий нагрев может быть осуществлен как в процессе этого охлаждения, так и после остывания слоя до температур окружающей среды. Несмотря на то, что в процессе деформации толщина оплавленного слоя уменьшается (фиг. 1), в поверхностном слое сохраняется равномерная однородная структура (фиг. 2). В переходной зоне степень деформации уменьшается и, как следствие, ухудшается однородность структуры (фиг. 3). В то же время эта структура оказывается лучше структуры исходного металла (фиг. 4), т.к. подвергается частичной деформации. Необходимо отметить, что оплавление поверхности может осуществляться локально, то есть лишь в местах, требующих обязательного улучшения структуры, как показано, например, на фиг. 5, и даже в отдельно взятых участках. Таким образом, способ может быть использован при термомеханической обработке различных изделий из различных материалов и габаритов. Независимо от этого в поверхностном слое или на требуемом участке обеспечивается высокая однородность структуры, механические и эксплуатационные свойства. Например, качество поверхности, точность обработки, снижение шума и т.п. Кроме того, использование нагрева до различных температур позволяет расширить область использования способа, поскольку в случае нагрева до температур горячей деформации, обеспечиваются максимальная деформируемость изделия с вытекающими отсюда последствиями, а нагрев до низких температур, скажем, ниже температуры рекристаллизации, позволяют осуществлять деформацию, обеспечивающую наклеп поверхностного слоя и соответствующие его свойства. Нагрев всего изделия или его части, подвергающейся деформации, обеспечивает плавный переход от структуры оплавленного металла к исходной структуре за счет частичной деформации металла, прилегающего к оплавленной зоне. Кроме того, такой нагрев улучшает свойства металла изделия, не подвергающегося деформации по аналогии с процессами нормализации или отжига, которые, кстати, при необходимости могут целенаправленно осуществляться в процессе изготовления изделий с применением предлагаемого способа. Пример конкретного выполнения. Эксперименты проводились на стали 95Х18Ш. Поверхность колец диаметром до 200 мм и шириной до 100 мм оплавлялась на электроннолучевой установке, оснащенной агрегатом ЭЛА-50/5. Оплавление осуществлялось при напряжении U 30-40 кВ, тока луча I 50-70 мА и скорости перемещения луча V 5-10 мм/с. После оплавления поверхности на глубину до 7 мм и эвакуации заготовок из вакуумной камеры их температура составляла 150-300^оС. Нагрев образцов до температуры деформации (1050^оС) осуществляется как непосредственно после эвакуации из камеры, так и после их охлаждения до комнатных температур. Очевидно, первый вариант более экономичен, а второй позволяет производить деформацию в любой момент времени. Степень деформации изменяли от 5 до 40% В отличие от прототипа, предлагаемый способ позволяет получить более плавный переход от оплавленного слоя к исходному металлу, расширить технологические возможности термомеханической обработки и диапазон обрабатываемых изделий, поскольку при нагреве под деформацию снижаются термические напряжения, способствующие растрескиванию металла, особенно при обработке железоникелевых сплавов. Кроме того, предлагаемый способ позволяет получить практически сколь угодно большие размеры обработанных поверхностей, поскольку процессы оплавления и деформации могут осуществляться независимо друг от друга.

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев поверхности до оплавления и деформацию, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей процесса и повышения качества поверхностного слоя за счет обеспечения равного перехода от оплавленного металла к исходному, после оплавления поверхностного слоя осуществляют нагрев всего изделия или его части до температуры деформации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5