Способ упрочнения крестовин из аустенитной марганцовистой стали

 

Изобретение относится к электротермическим способам обработки металлических материалов и предназначено для поверхностного насыщения углеродом рабочей поверхности крестовины из аустенитной марганцовистой стали. Способ заключается в поверхностном науглероживании крестовины угольной другой обратной полярности с формированием структуры чугуна и последующем его отбеливании за счет высокой скорости охлаждения, причем поверхностную обработку выполняют локальным расплавлением участков поверхности крестовины в форме пятен или полос. Для получения ровной и гладкой поверхности упрочненных участков поверхностную обработку осуществляют по слою или под слоем флюса. В результате предлагаемой обработки повышается срок службы крестовины, при этом способ прост в осуществлении. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к электротермическим способам обработки металлических материалов из марганцевистой стали аустенитного класса, в частности, для повышения износостойкости крестовин из стали Г13Л.

Наиболее близким к изобретению по своей физической сущности и достигаемому результату является способ повышения срока службы крестовин из указанной выше стали путем наклепа поверхностного слоя рабочих участков крестовин, например, наклепа с использованием энергии взрыва. (Упрочняемость сердечников крестовин энергией контактного взрыва пластифицированных взрывчатых веществ. Сб. научных трудов. М. Транспорт, 1971, с. 50-54).

Цель изобретения интенсификация и упрощение технологии упрочнения крестовины путем расплавления поверхностного слоя наиболее изнашиваемых ее участков угольной дугой обратной полярности (крестовина-катод, угольный электрод-анод).

Отличительной особенностью способа науглероживания крестовины из стали Г13Л путем поверхностного расплавления наиболее изнашиваемых ее участков угольной дугой обратной полярности является формирование структуры чугуна, который отбеливается (закалкой) за счет быстрого охлаждения зоны упрочнения вследствие большой массы крестовины и как следствие этого интенсивного теплоотвода.

Второй отличительной особенностью предлагаемого является то, что науглероживание наиболее изнашиваемых участков крестовины производят локально путем расплавления отдельных точек (пятен) или полос, отстоящих друг от друга на определенном расстоянии, например, на расстоянии не менее половины размера (диаметра, ширины) точки (пятна) или полосы.

Третьей отличительной особенностью способа науглероживания крестовины является то, что для формирования ровной (гладкой) упрочняемой поверхности, точки или полосы дуга горит под слоем флюса.

При дуговом науглероживании электрод может совершать поперечные колебания, за счет которых изменяются размеры науглероживаемых участков на обрабатываемой поверхности детали.

Упрочнение крестовины можно производить как без флюса, так и с применением флюса, например сварочного флюса марки АН-348, укладываемого на упрочняемую поверхность.

При упрочнении без флюса расплавленный металл крестовины охлаждается достаточно быстро, вследствие этого расплавленный металл быстро затвердевает, не успевая заполнить кратер дуги. В результате в центре пятна или конце полосы наблюдается небольшие углубление, а по краям упрочненной зоны небольшое усиление. В этом случае дуга горит открыто на воздухе, как это имеет место при ручной сварке покрытыми электродами.

Упрочнение с применением флюса возможно в двух вариантах: по слою тонкого (4-6 мм) флюса (в этом случае мы имеем дело также с открытой дугой); под слоем сравнительно толстого (до 30-40 мм) флюса (в этом случае мы имеем дело с закрытой дугой, как при автоматической дуговой сварке под флюсом); при упрочнении расплавленный дугой флюс, покрывая жидкий металл в зоне упрочнения сравнительно тонким своим слоем замедляет охлаждение зоны упрочнения, в результате чего вытесненный давлением дуги из ее кратера жидкий металл успевает заполнить кратер (углубление), благодаря чему поверхность упрочненного участка приобретает ровный и гладкий вид.

При упрочнении крестовин возможно использовать плавленый зернистый флюс с размером зерен 1-3 мм или керамический флюс в виде зерен тех же размеров или спеченных шайб (пластин) с отверстиями для возбуждения дуги, укладываемых на упрочняемую поверхность.

Сущность науглероживания крестовины состоит в следующем.

Если к электродам, один из которых обрабатываемая деталь, подключить источник постоянного тока, причем к обрабатываемой детали (крестовине) подключить отрицательный полюс источника питания, а к электроду положительный и зажечь дугу, то через дугу потечет ток большой плотности. Благодаря высокой температуре в опорных пятнах дуги угольный электрод будет интенсивно испаряться, а металл крестовины (на ее обрабатываемой поверхности) плавиться. Парообразный углерод, истекающий с поверхности угольного электрода, в виде положительно заряженных и нейтральных частиц за счет газодинамических и электрических сил будет переноситься через анодную область и столб в катодную область дуги. В катодной области заряженные частицы дополнительно ускоряется электрическим полем этой зоны и попадают в расплавленный на обрабатываемой поверхности крестовины металл. В результате взаимодействия заряженных и нейтральных частиц углерода с жидким металлом формируется структура чугуна с последующим его отбеливанием (закалкой) за счет высокой скорости охлаждения (вследствие большой массы крестовины).

В результате того, что скорость испарения угольного электрода пропорциональна мощности, подводимой к дуге, то, изменяя ток дуги, можно влиять на физико-химические и механические свойства сплава, получаемого на обрабатываемой поверхности крестовины, а также на глубину (толщину) науглероженного слоя.

Использование предлагаемого изобретения позволит по сравнению с прототипом интенсифицировать процесс повышения износостойкости крестовины и упростить технологию.

Как показали длительные эксплуатационные испытания (в течение 3 лет), срок службы упрочненных методом науглероживания крестовин в 1,5-2 раза превышает срок службы аналогичных крестовин, упрочненных взрывом. По сравнению с неупрочненными срок службы крестовин, упрочненных взрывом, повышается только на 20-25% Так, например, на крестовины, науглероженные локально, угольными электродами, точками, дугой обратной полярности (режим упрочнения: ток дуги 150-160 А время горения дуги при укладке одной точки 3-5 с, диаметр угольного электрода 8 мм, расстояние между краями точек диаметром 8-10 мм 4-6 мм), нагрузка составила 200 млн. т перевезенного груза (срок службы более 2 лет), при норме службы ненауглероженной крестовины в 80 млн. т (срок службы 8-10 мес), а крестовины, упрочненной методом взрыва, в 100 млн. т (срок службы 1 год).

Формула изобретения

1. Способ упрочения крестовины из аустенитной марганцевистой стали, включающий ее поверхностную обработку, отличающийся тем, что на поверхностную обработку ведут локальным расплавлением участков поверхности крестовины угольной дугой обратной полярности, при этом участки расплавления имеют форму пятен или полос.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упрочнение ведут по слою или под слоем флюса.