Способ термической обработки кольца подшипника из стали

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке колец подшипников. Способ обработки подшипникового кольца из стали включает ступенчатый нагрев в вакууме в замкнутой камере b, последующее охлаждение азотом под давлением в замкнутой камере и трехкратный отпуск. Сталь, используемая для изготовления колец, содержит, мас.%: вольфрам 8,5 -9,5, хром 4,0 – 4,6, ванадий 1,4 – 1,7, углерод 0,7- 0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо – остальное. Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении качества подшипникового кольца и технологичности обработки.

 

Изобретение относится к области машиностроения и металлообработки, в частности, к термической обработке колец подшипников, которые эксплуатируются в авиационной промышленности, в том числе, к способу обработки подшипникового кольца из стали 8Х4 В9Ф2 (ЭИ-347), и может быть использовано при производстве деталей подшипников, в частности, колец.

Из уровня техники известно техническое решение «СПОСОБ ЗАКАЛКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКА КАЧЕНИЯ И ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ» по патенту РФ на изобретение №2493269, МПК C21D 9/40, C21D 1/42, С22С 38/20, F16C 33/64, F16C 33/32, опубликован 20.06.2013. В известном решении способ закалки подшипника качения включает предварительную закалку материала колец, последующую индукционную закалку с нагревом по меньшей мере части материала колец и их охлаждением, при этом предварительную закалку осуществляют в виде объемной закалки колец из стали, содержащей, мас. %: С 0,95-1,05, Si 0,15-0,3, Mn 0,15-0,3, Cr 0,35-0,5, Ni, Cu не больше 0,3, Р, S не больше 0,3 и Fe, путем их нагрева до температуры 830-870°С и выдержки общим временем не меньше 1 ч с последующим охлаждением, а индукционную закалку осуществляют путем нагрева поверхностного слоя кольца током высокой частоты при общей продолжительности нагрева 15-50 с до температуры 820-1050°C с последующим охлаждением на протяжении 4-10 с до температуры ниже температуры начала мартенситного преобразования с последующим охлаждением на протяжении 30-60 с до температуры окружающей среды.

Недостатком известного решения является низкая технологичность, так как предварительная и окончательная закалки выполняются на разных этапах, кроме того, индукционный нагрев не обеспечивает равномерного нагрева заготовки, что отрицательно влияет на качество обрабатываемых деталей. А нагрев заготовки в среде, не исключающей окислительные процессы, приводит к увеличению вероятности появления дефектных слоев, образующихся в процессе нагрева.

Из существующего уровня техники известен повсеместно применимый незапатентованный способ изготовления подшипникового кольца. Согласно данному способу предварительно подогревают до 820-830°С соляные ванны или печи камерного типа. Время предварительного подогрева устанавливают в зависимости от типа используемого оборудования и величины садки. После подогрева садка перемещается в соляную ванну с односторонним расположением электродов для окончательного нагрева под закалку. При окончательном нагреве до температур 1200-1240°С используют соляные ванны с выдержкой 8-10 секунд на 1 мм сечения, но не менее 20-ти секунд для деталей до 25 мм сечения и 6-8 секунд для деталей свыше 25 мм сечения. Объем садки должен обеспечивать незначительное снижение температуры используемой ванны с расплавом соли. Последующее охлаждение производится в закалочных маслах И-12А или И-20А (ГОСТ 20799), МЗМ 16 (ТУ 38.101.135) при температурах 80-130°С. Далее производится 3-х кратный технологический отпуск в селитровых ваннах или печах камерного типа при температурах 565-580°C с охлаждением садки после каждого отпуска до температур не выше 50°С. При этом перерыв между закалкой и первым отпуском не должен превышать 4-х часов. По окончании проведения указанных операций производится предварительная промывка обрабатываемых деталей в соответствующих горячих моющих растворах и последующая дробеочистка от остатков солей. Подбор окончательных режимов термической обработки ведется для каждой партии деталей подшипников (кольца) отдельно методом проведения пробных закалок. Повторная закалка партии не допускается. Контроль и регулировка температур расплавов соляных ванн в процессе обработки производится при помощи радиационных пирометров.

Недостатками данного решения являются низкая технологичность и недостаточно высокое качество получаемых изделий, связанное с возможными отклонениями от технологического процесса. При указанном способе используются не достаточно точные средства измерения и регулировки температур (оптические пирометры) из-за большой инертности расплавов солей точность регулирования может достигать 20-300 С. А также большое влияние оказывает человеческий фактор, так как все перемещения по циклу производятся вручную, а времена выдержки в соляных ваннах измеряются секундами и их несоблюдение приводит к изменениям в структуре исходной заготовки. Известный способ предусматривает трудоемкую подготовку изделий к обработке (формирование садки), объем обрабатываемых деталей ограничен, присутствуют вредные производственные факторы для оператора, например, температурное воздействие.

В качестве наиболее близкого аналога выбран «Способ термической обработки колец приборных подшипников» по патенту №SU 1084318, МПК C21D 9/40, опубликован 07.04.1984. В известном решении выполняют нагрев кольца, охлаждение и отпуск, при этом нагрев под закалку осуществляют в вакууме со скоростью не более 40°С./мин., а затем охлаждают в несколько этапов с разной скоростью.

Недостатком известного способа является недостаточно стабильное качество получаемых изделий, связанное с тем, что большой диапазон температур и скорости охлаждения на каждом из этапов не может обеспечивать стабильное и единое качество для каждой партии изделий, подвергаемой обработке. При этом изменение скорости на каждом из этапов охлаждения требует сложной системы контроля температуры, что снижает технологичность процесса.

Техническая задача заявляемого изобретения заключается в преодолении указанных недостатков известного способа и в создании способа обработки подшипникового кольца из стали, позволяющего повысить качество обработки деталей и технологичность процесса. Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении технологичности способа обработки подшипникового кольца из стали и качества деталей, получаемых в результате обработки. При использовании предложенного решения существенно сокращается время цикла обработки в процессе производства и уменьшаются дефектные слои и уровень закалочных деформаций деталей подшипников.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ обработки подшипникового кольца из стали, характеризующейся следующим процентным содержанием компонентов: вольфрам - 8,5-9,5, хром - 4,0-4,6, ванадий - 1,4-1,7, углерод - 0,7-0,8, марганец - ≤0,40, кремний - ≤0,40, никель -≤0,35, молибден - ≤0,3, фосфор - ≤0,03, - сера - ≤0,03, железо - остальное, включает ступенчатый нагрев заготовки в вакууме в замкнутой камере, при котором первоначально повышают температуру до 630-660°С и выдерживают в данной температуре заготовку в течение 3-15 минут, затем повышают температуру до 890-910°С и выдерживают в данной температуре заготовку в течение 3-15 минут, затем повышают температуру до 1070-1090°С и выдерживают в данной температуре заготовку в течение от 2-10 минут, затем повышают температуру со скоростью не менее 30°С в минуту до температуры 1200-1240°С и выдерживают заготовку в течение периода времени, рассчитываемого, исходя из расчета 40-60 секунд на 1 мм сечения заготовки, последующее охлаждение заготовки азотом с объемной долей не менее 99,99% под давлением 8-10 бар до 50°С в замкнутой камере и трехкратный отпуск при температурах 550-570°С в течение 1,5-3,5 часов.

Ступенчатый нагрев обрабатываемых деталей, когда температуру повышают по этапам, сначала до 630-660°С, затем до 890-910°С, затем до 1070-1090°С и выдерживают при каждой температуре заданное время, исходя из объема обрабатываемых деталей, позволяет обеспечить равномерный нагрев заготовки при проведении обработки, для подготовки исходной микроструктуры к последующим изменениям.

Дальнейшее повышение температуры со скоростью не менее 30°С в минуту до температуры 1200-1240°С и выдержка заготовки в течение периода времени, рассчитываемого, исходя из расчета 40-60 секунд на 1 мм сечения заготовки, обеспечивает окончательный нагрев заготовки для проведения охлаждения и получения необходимой микроструктуры и механических свойств в результате закалки.

За счет равномерного распределения температуры в печи +/-5°С и, соответственно, более равномерного нагрева обрабатываемых заготовок, а также более точного исполнения заданных времен выдержки на технологических температурах (отчет времени выдержки начинается после подхода на необходимую температуру, из-за различного веса садок время подхода на необходимую температуру всегда разное) достигается сокращение уровня закалочных деформаций.

Нагрев в вакууме позволяет обеспечить нагрев заготовки в среде, исключающей окислительные процессы, в целях минимизации вероятности появления дефектных слоев, образующихся в процессе нагрева. Обезуглероженный слой при таком виде обработки в процессе нагрева и охлаждения заготовки составляет 10-20 мкм (т.е. 10-15 раз меньше, чем при использовании соляных и селитровых ванн, когда при перемещении заготовки из ванн с расплавами солей происходит окисление поверхности на воздухе, что напрямую влияет на величину обезуглероженного слоя).

Охлаждение заготовки азотом с объемной долей не менее 99, 99% под давлением 8-10 бар до 50°С производят в замкнутой камере, что обеспечивает равномерное охлаждение всей садки с необходимой скоростью для получения необходимой микроструктуры в каждой заготовке, находящейся в садке, что также обеспечивает сокращение уровня закалочных деформаций.

Трехкратный отпуск при температурах 550-570°С в течение 1,5-3,5 часов обеспечивает формирование окончательных параметров заготовки, требования к которым установлены в отраслевой документации.

Осуществление обработки в одном непрерывном цикле (закалка + отпуск), без перемещения деталей между этапами обработки, позволяет сократить технологический цикл, исключить трудоемкие вспомогательные операции подготовки деталей к обработке и последующей дробеотчистки (или пескоструйной обработки) поверхности деталей после проведения термической обработки операций от остатков расплавов солей, образующихся в процессе обработки в соляных ваннах, увеличить объем загружаемых деталей в печь по сравнению с соляными ваннами до 300 кг. Также исключается необходимость изготовления и использования специальной оснастки (крестовины и т.п.из жаропрочных сталей под каждый типоразмер деталей), исключаются вредные факторы воздействия на оператора.

Заявляемый способ обработки подшипникового кольца может быть произведен, в частности, с использованием вакуумной однокамерной закалочной термической печи 15.VPT-4035/36IQN производства Seco/Warwick или аналогичном оборудовании, обеспечивающим поддержание заявляемых технологических параметров.

Результаты опытных работ, проведенных на базе ООО «ВЗСП» подтверждены положительными заключениями лабораторий на соответствие требований нормативно технической документации, нормам металлографического контроля и контроля твердости качества термической обработки деталей подшипников из стали 8Х4 В9Ф2 (ЭИ-347) в процессе проведения обработки.

В качестве материала колец целесообразным является использование стали марки 8Х4 В9Ф2 (ЭИ-347), характеризующейся заявленным процентным содержанием компонентов. Заявленный способ обработки подшипникового кольца из указанной марки стали позволяет достичь технологических свойств стали по макроструктуре, микроструктуре и загрязненности, отвечающим требованиям отраслевых нормативных документов (ГОСТ и ТУ). При этом при обработке колец, изготовленных из заявленного состава стали, при нагреве в вакууме и последующем охлаждении азотом под давлением в замкнутой камере достигается сокращение закалочных деформаций порядка 30-40%, сокращение обезуглероженного слоя до 20 раз относительно классической технологии при соблюдении требований внутриотраслевой документации регламентирующей качество термической обработки.

Способ термической обработки кольца подшипника из стали, включающий нагрев кольца в вакууме, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что осуществляют обработку кольца подшипника из стали, содержащей, мас. %:

вольфрам 8,5-9,5

хром 4,0-4,6

ванадий 1,4-1,7

углерод 0,7-0,8

марганец ≤0,40

кремний ≤0,40

никель ≤0,35

молибден ≤0,3

фосфор ≤0,03

сера ≤0,03

железо - остальное,

причем осуществляют ступенчатый нагрев кольца в вакууме в замкнутой камере, при котором на первом этапе нагрев ведут до 630-660°C с выдержкой в течение 3-15 минут, на втором этапе - до 890-910°C с выдержкой в течение 3-15 минут, на третьем этапе - до 1070-1090°C с выдержкой в течение 2-10 минут, а на четвертом этапе нагрев кольца ведут со скоростью нагрева не менее 30°С в минуту до температуры 1200-1240°C с выдержкой в течение времени из расчета 40-60 секунд на 1 мм сечения заготовки, проводят последующее охлаждение кольца азотом с объемной долей не менее 99,99% под давлением 8-10 бар до 50°С в замкнутой камере и трехкратный отпуск при температурах 550-570°С в течение 1,5-3,5 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего улучшенную пластичность и формуемость, при этом стальной лист с покрытием имеет предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности при растяжении TS по меньшей мере 1180 МПа, общее удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%, посредством термической обработки и нанесения покрытия на лист, выполненный из стали, имеющей следующий химический состав, мас.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству горячекатаной полосы из бейнитной многофазной стали с покрытием из Zn-Mg-Al. Выплавляют сталь, содержащую, мас.%: C 0,04-0,11, Si менее или равно 0,5, Mn 1,4-2,2, Mo 0,05-0,5, Al 0,015-0,1, P до 0,02, S до 0,01, B до 0,006, по меньшей мере один элемент из группы Nb, V, Ti в соответствии со следующим условием: 0,02≤Nb+V+Ti≤0,20, остальное – железо и неизбежные при выплавке стали примеси.

Способ получения высокопрочного стального листа, обладающего пределом текучести YS по меньшей мере 850 МПа, прочностью при растяжении TS по меньшей мере 1180 МПа, полным удлинением по меньшей мере 14% и коэффициентом раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%.

Изобретение относится к способу изготовления листовой стали, полученной из стали, имеющей химический состав, содержащий в массовых процентах: 0,1≤С≤0,4, 4,5≤Mn≤5,5, 1≤Si≤3, 0,2≤Mo≤0,5, остальное представляет собой Fe и неизбежные примеси, а также к листовой стали.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству высокопрочных бесшовных стальных труб из низкоуглеродистых доперитектических сталей, используемых для магистральных нефтегазопроводов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству толстолистового проката толщиной до 100 мм из хладостойкой свариваемой стали для изготовления строительных конструкций, судостроения и других отраслей, в том числе для изготовления стационарных морских сооружений, предназначенных для работы на участках континентального шельфа в северных морях.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам сплавов на основе железа, которые могут быть использованы в машиностроении, станкостроении.

Изобретение относится к созданию плакированного алюминием стального листа, используемого для горячего прессования, который имеет превосходные смазывающую способность в горячем состоянии, коррозионную стойкость после нанесения красочного покрытия и пригодность к точечной сварке.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству бесшовных стальных труб для магистральных нефтегазопроводов из низкоуглеродистых доперитектических сталей с пределом текучести более 415 МПа группы прочности Х60, Х65 по API 5L.

Изобретение относится к области металлургии, к способам получения листовых плакированных сталей и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций и оборудования для химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, коксохимической и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к многокамерной печи для вакуумной цементации и закалки отдельных обрабатываемых деталей, таких как зубчатые колеса, валы и кольца. Печь содержит три технологические камеры, выполненные в виде камеры нагрева, камеры цементации и диффузионной камеры, которые расположены одна поверх другой с образованием вертикальной компоновки.

Изобретение относится к термофиксации поршневых и уплотнительных колец в пакете. Устройство для термофиксации поршневых колец в пакете содержит оправку 1 с неподвижным фланцем 2 и цилиндрическим стержнем 3 с резьбой для осуществления осевого сжатия пакета поршневых колец 5 гайкой 4 через подвижный фланец 7.

Изобретение относится к изготовлению кольца подшипника. Для упрощения изготовления колец подшипника, повышения твердости, износостойкости, усталостной прочности способ включает стадию формирования кольца подшипника по меньшей мере из одной стальной полосы, имеющей концы, в по меньшей мере один кольцевой сегмент и стадию стыковой сварки оплавлением концов указанного по меньшей мере одного кольцевого сегмента для изготовления кольца.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при окончательной термообработке тонкостенных осесимметричных изделий, преимущественно из мартенситно-стареющих сталей.

Изобретение относится к области машиностроения. Для обеспечения точных геометрических размеров пружин и полной ликвидации брака по трещинам пластины изготавливают из стали 65С2ВА, собирают садку из пластин и осуществляют изотермическую закалку с выдержкой при температуре изотермы в селитре, отпуск и контроль по размерам твердости и трещинам, при этом садку из пластин собирают в пакеты, размещают собранные пакеты на несущее приспособление в виде стержня, к которому приварены перпендикулярно и симметрично ему прутки, осуществляют подогрев несущего приспособления с садкой в термошкафу при температуре 200-400°C, затем осуществляют нагрев садки под закалку с выдержкой пластин при температуре изотермы 300-340°C в течение 30 мин, а отпуск проводят при температуре 300-340°C, причем в каждой пластине выполняют два отверстия, а сборку пластин в пакеты проводят с обеспечением постоянных зазоров посредством втулок - прокладок через указанные отверстия на проволоку, диаметр которой соответствует диаметру отверстий в пластинах.

Изобретение относится к оборудованию для термообработки кольцеобразной заготовки. Приспособление для поддержки кольцеобразной заготовки для транспортирования и нагрева ее нагревательным устройством содержит центральный узел, вращающийся приводной механизм, расположенный в центральном узле, и опору для заготовки.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к химико-термической обработке, в частности к цементации, азотированию, нитроцементации поверхностей зубчатых колес и колец из конструкционных, инструментальных и специальных марок сталей.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для закалки изделий - прутков диаметром от 2 мм до 6 мм и длиной до 700 мм из нержавеющих сталей мартенситного класса, в том числе инструментальных с высокой устойчивостью аустенита.

Группа изобретений относится к нагревательному устройству, устройству для термообработки и способу нагрева для индукционного нагрева кольцеобразной заготовки. Нагревательное устройство содержит опору, предназначенную для установки кольцеобразной заготовки, привод вращения в сборе и нагреватель, предназначенный для нагрева заготовки.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления разрезных колец кольцевых клапанов гидравлических систем. Для упрощения технологии, снижения трудоемкости изготовления колец и увеличения долговечности их работы заготовке придают цилиндрическую форму для посадки в гнездо клапана с заданной плотностью, при этом используют заготовку из прокатанной тонкостенной пластины пружинной стали, которой придают цилиндрическую форму посредством прижатия хомутом к цилиндрическому углублению оправки и закалкой в масле, а затем осуществляют среднетемпературный отпуск при ее фиксации.

Изобретение относится к способу изготовления высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего улучшенную пластичность и формуемость, при этом стальной лист с покрытием имеет предел текучести YS по меньшей мере 800 МПа, предел прочности при растяжении TS по меньшей мере 1180 МПа, общее удлинение по меньшей мере 14% и коэффициент раздачи отверстия HER по меньшей мере 30%, посредством термической обработки и нанесения покрытия на лист, выполненный из стали, имеющей следующий химический состав, мас.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке колец подшипников. Способ обработки подшипникового кольца из стали включает ступенчатый нагрев в вакууме в замкнутой камере b, последующее охлаждение азотом под давлением в замкнутой камере и трехкратный отпуск. Сталь, используемая для изготовления колец, содержит, мас.: вольфрам 8,5 -9,5, хром 4,0 – 4,6, ванадий 1,4 – 1,7, углерод 0,7- 0,8, марганец ≤0,40, кремний ≤0,40, никель ≤0,35, молибден ≤0,3, фосфор ≤0,03, сера ≤0,03, железо – остальное. Технический результат предлагаемого решения заключается в повышении качества подшипникового кольца и технологичности обработки.

Наверх