Способ поверхностного упрочнения деталей из железоуглеродистых сплавов

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости и циклической долговечности деталей машин. Поверхность упрочняемого изделия из железоуглеродистых сплавов нагревают высокоскоростным трением скольжения и охлаждают путем подачи в зону обработки смазочно-охлаждающей жидкости. Охлаждение зоны обработки осуществляют со скоростью 3•10⁴-2,2•10⁵ К/с путем подачи под углом 40-50^o к поверхности детали смазочно-охлаждающей жидкости с коэффициентом ее использования 0,5-0,7. Изобретение направлено на повышение толщины белого слоя при упрочнении изделий из железоуглеродистых сплавов. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости и циклической долговечности деталей машин.

Известен способ поверхностного упрочнения деталей из железоуглеродистых сплавов (патент РФ 2011687, МПК C 21 D 5/00, 1994), включающий нагрев поверхности высокоскоростным трением скольжения и охлаждение путем подачи в зону обработки смазочно-охлаждающей жидкости с введением в смазочно-охлаждающую жидкость коллоидного графита в количестве 4,4-6%. В результате упрочнения на поверхности детали за счет импульсного нагрева до температуры выше А_с3, высокоскоростного пластического деформирования, ускоренного охлаждения и происходящих при этом термодиффузионных процессов формируется белый слой, состоящий из остаточного аустенита, мелкоигольчатого мартенсита и дисперсных карбидов, обладающий повышенной твердостью по сравнению с матренситом обычной закалки.

Недостатком данного способа упрочнения является малая толщина белого слоя 100-200 мкм. Причинами этого являются недостаточное удельное давление в контакте трущихся тел, малая скорость охлаждения зоны обработки и недостаточная концентрация углерода во фрикционном контакте. Малая скорость охлаждения обусловлена тем, что в процессе обработки смазочно-охлаждающая жидкость выдавливается диском из зоны обработки и за счет большой центробежной силы выбрасывается с его рабочей поверхности. Неразложившийся и непродиффундированный свободный графит смазывает трущиеся поверхности. Это ухудшает температурно-силовые факторы образования белого слоя.

Изобретение направлено на повышение долговечности обрабатываемой детали за счет увеличения толщины белого слоя.

Это достигается тем, что поверхность упрочняемого изделия из железоуглеродистых сплавов нагревается высокоскоростным трением скольжения и охлаждается путем подачи в зону обработки смазочно-охлаждающей жидкости, а затем охлаждение зоны обработки осуществляется со скоростью 3•10⁴-2,2•10⁵ К/с путем подачи под углом 40^o-50^o к поверхности детали смазочно-охлаждающей жидкости с коэффициентом ее использования 0,5-0,7.

Отличительными признаками от прототипа является то, что охлаждение зоны обработки осуществляется со скоростью 3•10⁴-2,2•10⁵ К/с путем подачи под углом 40^o-50^o к поверхности детали смазочно-охлаждающей жидкости с коэффициентом ее использования 0,5-0,7.

На фиг.1 изображена зависимость толщины упрочненного слоя от угла наклона канавки.

На фиг.2 изображена зависимость толщины белого слоя от количества канавок.

На фиг.3 изображена схема осуществления способа упрочнения.

Согласно способу в процессе обработки жидкость, попадающая на диск 2 (фиг. 3), удерживается боковыми поверхностями канавок. Так как диск, вращаясь, удерживается в осевом направлении, а канавки на нем расположены под углом, то смазочно-охлаждающая жидкость перемещается по канавкам вдоль оси к зоне трения. Это приводит к увеличению объема смазочно-охлаждающей жидкости, проходящей через зону обработки и, как следствие, увеличивает скорость охлаждения в 2,2-3 раза.

Увеличение объема смазочно-охлаждающей жидкости в зоне высокоскоростного трения соответственно увеличивает насыщение поверхностного слоя углерода. Кроме того, контакт диска с деталью 1 (фиг.3) происходит только по поверхности между канавками. Это уменьшает фактическую площадь контакта и увеличивает удельное давление в нем при постоянном статическом усилии прижима диска к детали. Коэффициент использования смазочно-охлаждающей жидкости определяли как отношение объема отработанной смазочно-охлаждающей жидкости к объему подаваемой в зону обработки. При предлагаемом способе данный коэффициент возрос до 0,5-0,7.

Пример реализации способа Данным способом упрочнялись образцы из стали 45. В качестве базового станка использовали токарно-винторезный станок 16К20 с расположенной на его суппорте технологической оснасткой для упрочнения. Упрочняющий диск 2, вращающийся со скоростью 60-80 м/с, прижимался к детали 1 с усилием 550-1000 Н. Продольная подача диска составляла 0,8 мм/об, частота вращения детали - 12,5-15,5 об/мин. Подача смазочно-охлаждающей жидкости в зону обработки осуществлялась по трубопроводу 3 под давлением. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовали индустриальное масло И-Л-А-22. Упрочнение проводили за один проход диска.

После обработки данным способом определяли толщину упрочненного слоя с использованием микроскопа МИМ-7. На фигуре 1 показана зависимость толщины белого слоя Δ от угла наклона канавки α к оси вращения диска для упрочненных образцов из стали 45. На фиг.2 показана зависимость толщины белого слоя Δ от количества канавок k на рабочей поверхности диска из стали У8 при угле их наклона 45^o и радиусе диска 100 мм. Толщина белого слоя по сравнению с известным способом возросла до 240-260 мкм против 180-190 мкм, что повышает долговечность обрабатываемой детали.

Формула изобретения

Способ поверхностного упрочнения изделий из железоуглеродистых сплавов, включающий нагрев поверхности высокоскоростным трением скольжения и охлаждение путем подачи в зону обработки смазочно-охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что охлаждение зоны обработки осуществляется со скоростью 3•10⁴-2,2•10⁵ К/с путем подачи под углом 40-50^o к поверхности детали смазочно-охлаждающей жидкости с коэффициентом ее использования 0,5-0,7.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3