Способ упрочнения высоконагруженных металлических деталей

 

<»1773135

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Своз Соввтскик

Социалнстичесиик

Рвспублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14,02.79 (21) 2766657/22-02 (5g}+. f(g э с присоединением заявки МС 22 F 1/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретеиий и открыти и (23) Приоритет—

Опубликовано 23.10,80 Бюллетень Но 9 (53) УДК 621.78S. Üã (088. 8) Дата опубликования описания 2 З1080 (72) Авторы изобретения

И.A.Øåâöîâ, К. А. Лыков, Л.N. Куприянова и В.Г. Касимов (71) 3а яв итель (54 ) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЙ ВЫСОКОНАГРУЖЕН

ИЕГАЛЛИЧЕСКИХ ДЕ1АЛЕЯ

Изобретение относится к технологии обработки металлических деталей поверхностным пластическим деформированием и может быть использовано при упрочнении высоконагружен- 5 ных нежестких металлических деталей, например лопаток газотурбинного двигателя.

Известен способ упрочнения металлических деталей механическим нак- 10 лепом (1).

Известен также способ упрочнения металлических деталей наклепом с предварительным растяжением (2), Однако известные способы приме- 15 нивы лишь к деталям, имеющим симметричное сечение или постоянное сечение по длине профиля.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является способ 2р . с предварительным заневоливаннем (3) .

Процесс обработки в известном способе осуществляется в последовательности: деталь устанавливают в приспособление,заневоливают,упрочняют (осу-?5 ществляют поверхностное-пластическое деформирование), а затем высвобождают.

В процессе заневоливания детали придают изгиб, при котором она упруго .деформируется, Упрочняют поверхность 30 с наведенными растягивающими напряжениями. В процессе пластического деформирования поверхностный слой получает сжимающие напряжения от наклепа, а при высвобождении упрочненная деталь под действием сил упругости стремится вернуться к первоначальной форме и в ее наклепанном слое наводятся дополнительные сжимающие напряжения, за счет которых деталь приобретает более высокую,усталочную прочность.

Однако для создания дополнительных сжимающих напряжений необходима специальная оснастка на каждый .типоразмер детали и устройство, обеспечивающее осуществление процесса заневоливания, что связано со значительными затратами материальных средств, Цель изобретения — упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительные напряжения создают путем осуществления поверхностного пластического деформирования в две стадии, причем сначала обрабатывают поверхности, воспринимающие наибольшие эксплуатационные нагрузки и расположенные

773135 по одну сторону от нейтральной плоскости изгиба детали, а затем поверхности детали, расположенные по другую сторону.

На фиг.1 представлена форма пластины и эпюра остаточных напряжений в сечении пластины на первой стации упрочнения; на фиг.2 — то же, на . второй стадии упрочнения; на фиг. 3 то же, при упрочнении стороны Ь на повышенном (по сравнению со стороной А ) режиме.

Возможность формирования дополнительных сжимающих напряжений при постадийном (поэлементном) упрочнении деталей может быть иллюстрирована на примере поверхностного упрочнения плоской пластины. Поверхностное упрочнение может при этом осуществляться, например, гидродробеструйным или ультразвуковым методами, обкаткой роликами или алмаз ным выгл ажи вателем и т.д.

Н а первой стадии унрочнени я пластины обрабатывается ее поверхность

А (Фиг,l), которая по условиям эксплуатации является более нагруженной, чем поверхность Б.

В результате первой стадии упрочнения пластины в ее поверхностном слое со стороны A формируются сжимаю|цие остаточные напряжения 5Ау пластина прогибается н напранлейии стороны A.

На второй стадии упрочнения пластины обрабатывается поверхность Б (фиг. 2), Поверхностная деформация пластины при упрочнении ее со стороны

Б сопровождается прогибом пластины н направлении стороны Б. Этот прогиб по направлению противоположен прогибу пластины, образовавшемуся после первой стадии упрочнения. B результате прогиба пластины в направлении стороны Б в поверхностном слое поверхности А формируются сжимающие напряжения 5 дд-„ и уровень сжимающих напряжений в поверх. ностном слое поверхности А становится равным сумме напряжений

ЪА7 и Ьдj где дед-„- дополнительные сжимающие напряжения.

Кривизна пластины после второй стадии обработки уменьшается, но пластина остается прогнутой в сторону А, Из условия Равенства режимов обработки поверхностей A и Б должно было бы соблюдаться равенство остаточных напряжений в поверхностных слоях пластины.

Такое равенство в действительности имеет место в случае односта-. дийного упрочнения пластины, т,е, когда обе поверхности пластины упроч60

65 верхностном слое как со стороны А, так и со стороны В при одностадийном упрочнении равен ЬБ-„ . Таким образом, при одностадийной обработке уровень остаточных напряжений сжатия в наиболее нагруженном няются одновременно (например, при упрочнении пластины, вращающейся в потоке дроби, или при о 6 к ат ке роликами одновременно с обеих сторон) .

Фактически же из-за прогиба пластины в направлении стороны Б после второй стадии обработки уровень остаточных напряжений в поверхностном слое со стороны A унеличивается, как было отмечено выйе, на величину Ь . Уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое пластины со сторони A оказивается нише, чем со сторони Б

ДЙ Бю

Для придания пластике исходной

t5 прямолинейной форьы вторую стадию обработки необходимо вести на режиме более высоком,чем режим обработки пластины на первой стадии.Это объясняется тем обстоятельством, что прогибу

Я пластины в направлении стороны Б препятствует упрочненный на перной стадии обработки поверхностный слой пластины со стороны A,êîòoðûé повышает изгибную жесткость пластины.

При ведении второй стадии обработки пластины на более высоком режиме упрочнения, обеспечивающем ныпрямление пластины до исходного состояния,в ее поверхностном слое со стороны Б формируются сжимающие остаточные напряжения с большей глубиной залегания, чем н случае, рассмотреном выше (фиг.3) .

Очевидно, что прогиб пластины, связанный с упрочнением стороны Б на повышенном режиме, больше, чем при упрочнении ее на режиме, одинаковом с режимом упрочнения стороны А. Следовательно, и уровень дополнительных сжимающих напряже4О ний, возникающих в поверхностном слое со стороны A от прогиба пластины после второй стадии упрочнения на повышенном режиме, выше, чем в случае, представленном на

45 фиг.2. При одностадийной обработке пластины, когда обе ее стороны А и Б упрочняются одновременно, в поверхностных слоях этих сторон. эпюры и уровни остаточных напряжений сжатия фор1яруются одинакоными.

Они зависят от выбранного режима упрочн ения. Например, при повышенном режиме упрочн ения (при котором обрабатывалась поверхность Б пластины н варианте двухстадийного упрочнения) одностадийная обработка пластин приводит к формированию и ее поверхностных слоях одинаковых остаточных напряжений. Уровень остаточных напряжений сжатия н по773135 поверхностном слое пластины со стороны A равен о -„, р, что меньше уровня, достигаемого при предлагаемом варианте двухстадийного упрочнения.

В результате повышения уровня остаточных напряжений сжатия н наиболее нагруженном поверхностном слое пластины со стороны А,который достигается при днухстадийном упрочнении, сопротивление пластины усталостному нагружению возрастает.

Проводят техническую обработку лопаток компрессора газотурбинного двигателя из сплава ВТ9, длина пера лопаток 130 мм, упрочнение на гидробеструйной установке ЭТ2 20/279M.

Лопатку, защищенную по спинке резиновым экраном до нейтральной плоскости изгиба, обрабатывают с вращением относительно потока рабочей среды, упрочняют открытую поверхность т.е. корытце, кромки и незакрытые экраном части поверхности спинки, прилегающие к кромкам. Данление носителя дробя — 2 атм, время обработки — 8 мин.

Затем, защитив обработанные поверхности экраном из резины, упрочняют открытую поверхность спинки беэ вращения лопатки н течение двух минут (что равноценно обработке с вращением в течение 8 минут), при повышенном до 3,5 атм давлении носителя.

Лопатки данного типоразмера при указанных режимах сохраняют первоначальную форму пера.

Проводят техническую обработку плоских образцов (2x25x200) из сплава ,ВТ20 также на гидродробеструйной установке ЭТ220/279М.

Одну из поверхностей упрочняют при давлении носителя 2атм, в течение

2 мин беэ вращения, а затем упрочняют противоположную поверхность при давлении 2,6 атм в течение 2 мин.

Образцы сохраняют исходную форму.

Результаты усталостных испытаний лопаток, обработанных предложенным способом, покаэынают, что долговечность лопаток повышается до 2,5 раз, Использование предлагаемого способа упрочнения высоконагруженных нежестких металли еских деталей обеспечивает, по сравнению с известным способом, упрсщение процесса за счет исключения сложного оборудования и расширяет технологические возможности способа, т,е. появляется возможность упрочнять детали, которые известными способами обработать практически невозможно, например, лопатки газотурбинных двигателей. формул а изобретения

Способ упрочнения высоконагруженЩ ных металлических деталей, включающий поверхностное пластическое деформирование и создание дополнительных сжимающих напряжений в поверхностном слое наиболее нагруженных элементов деталей, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения процесса, создание дополнительных сжимающих напряжений осуществляют путем проведения поверхностного пластического деформиронания в две стадии, причем сначала обрабатывают поверхности, Bocпринимающие наибольшие эксплуатационные нагрузки и расположенные по одну сторону от нейтральной плоскости изгиба детали, а затем поверхности детали, расположенные по другую сторону.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4Q 2. Авторское свидетельство СССР

9 370015, кл. В 24 В 39/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

М 375308, кл. С 21 D 1/78 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

9 327043, кл. В 24 С 3/00, 196.5, аювцущн у

773135

404)!

606.,%

Фиг. 3

Составитель С.Николаева

Техред М. Кузьма Корректор, М. Коста

Редактор И,Нанкина

Ю»»»»»»»» » »»»»»

Заказ 7436/35 Тираж 694 Под пи сн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4