Способ упрочнения конструкционныхсталей c мартенситной структурой

 

Союз Советски к

Социалистическик

Республик

OП HCAHHK „„834158

Я АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.03.79 (21) 2730965/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.05.81.. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 06.06.81 (51) М. К .

С21 D7/06

Гасударственный кеметет

СССР во делам езееретенне

N еткрытий (53) УДК 621.785..9 (088.8) Я. М. Кулиш, Д. Г. Шерман, А. П. Любченко и Т. Н. НестероВа

; i,4 1". - й:. - -,. r, 1

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

С МАРТЕН СИТНОЙ СТРУКТУРОЙ

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно транспортному, и может быть использовано при упрочняющей обработке деталей из среднеуглеродистых конструкционных сталей с мартенситной структурой, работающих в условиях циклического нагруження.

В современном машиностроении при изготовлении деталей, работающих в условиях циклического нагружения широко применяются конструкционные среднеуглеродистые стали мартенситного класса.

Известны способы упрочнения деталей из этих сталей, включающие пластические деформирования поверхностного слоя детали с помощью упрочнителя (например, обкатывание шариком или роликом), которому сообщается значительная статическая нагрузка, достигающая в зависимости от прочности упрочняемой детали нескольких тысяч Н (1).

Известен способ упрочнения металлических деталей, в котором перед поверхностным пластическим деформированием и после него проводят отпуск (2).

Известен способ упрочнения конструкционных сталей с мартенситной структурой, включающий деформацию поверхностного слоя детали упрочнителем, приводимым . в движение энергией ультразвуковых колебаний (3) .

В каждом конкретном случае эффективность упрочнения стали пластическим деформированием поверхностного слоя зависит от исходной структуры и свойств стали, а соответственный прирост предела выносливости (сопротивления стали усталости или спо-, собности стали сохранять неизменными

tO свойства при циклическом нагружении) достигается при выборе оптимальной деформации "поверхностного слоя для каждого уровня прочности и определенной структуры. Эффективность упрочнения стали с мартенситной структурой известными способами в значительной мере зависит от величины нагрузки, прикладываемой к упрочнителю: предел выносливости увеличивается с ростом нагруз. ки на упрочнитель и стабилизируется лишь при высоких значениях нагрузки, которую в ряде случаев нельзя реализовать практически из-за ограниченных прочностных возможностей упрочняемой детали.

Кроме этого, известные способы не позволяют в полной мере реализовать потенци834158

15

25

З0

65 50 40

О, 526 45 60 70 альные возможности, заложенные в мартенситной структуре по увеличению сопротивления стали усталости, даже в том случае, если применяется неизкотемпературный отпуск.

Цель изобретения — повышение эффективности упрочнения деталей из конструкционных среднеуглеродистых сталей с мартенситной структурой для увеличения сопротивления стали усталости.

Поставленная цель достигается тем, что деформацию мартенсита осуществляют при статической нагрузке на упрочнитель равной

40 — 100 Н.

Кроме того, после деформации проводят отпуск при температуре 200 — 250 С в течение 1,0 — 1,5 ч.

В связи с импульсным воздействием и высокой скоростью деформирования поверхности детали упрочнителем, приводимым в движение энергией ультразвуковых колебаний, накопленная при пластической деформации поверхностного слоя энергия достигает максимума при значительно меньших значениях истинной деформации, чем в случае приложения к упрочнителю статической нагрузки. В результате, оптимум предела выносливости достигается при нагрузках на упрочнитель равных 40 †1 H.

В таблице приведены значения статического момента образца (в условных единицах), который для данного материала однозначно связан с усталостной прочностью и зависит от величины статической нагрузки на упрочнитель при разной линейной скорости вращения образца.

0,095 60 70 80 75 65

0,765 40 55 60 60 50

1,444 30 45 60 55 40

Остаточные сжимающие напряжения 45 уравновешиваются в сравнительно небольших макрообъемах металла, а дислокационная структура, фиксирующая иакопленную при деформации энергию, отличается относительно малыми размерами блоков и повышенной плотностью дислокаций, находящихся в стенках блоков.

В процессе последующего низкотемпературного отпуска, проводимого при определенных температурах и времени, происходит перестройка дислокационной структуры, за- ss фиксированной при пластическом деформиВНИИПИ Заказ 4010 49

Филиал ППП <Патент», г. ровании поверхности, при этом реализуются процессы, уменьшающие общий уровень свободной энергии системы. Структурные изменения, происходящие в накопленном мартенсите, имеющем высокий градиент остаточных напряжений сжатия по елубине, которые сопровождаются частичным его распадом, приводят к росту остаточных напряжений сжатия на поверхности, следствием чего является дальнейшее увеличение сопротивления стали усталости.

Пример. Проводят упрочнение цилиндрических деталей диаметром 10 мм, изготовленных из конструкционной среднеуглеродистой стали с мартенситной структурой (0,38Щ

Пластическое деформирование поверхностного слоя детали проводят упрочнителем в виде шарика диаметром 6 мм, ультразвуковые колебания которому через экспоненциальный концентратор ультразвуковых колебаний сообщаются электромагнитным преобразователем ПМС 15.18, питаемым от генератора УЗГ2.10. Частота колебаний 20 кГц., амплитуда колебаний 25 мкм. у прочняемую деталь закрепляют в токарном станке и вращают с линейной скоростью 0,765 м/с при подаче 0,1 мм/об. Величина статической нагрузки на упроч интел ь 40 —,60Н.

После пластического деформирования поверхности проводят отпуск в интервале температур 200 †2 С в течение 1,0 — 1,5 ч.

Контроль за величиной остаточных напряжений сжатия и параметрами дислокационной структуры осуществляют рентгеновским методом.

Проверка эффективности проведенного упрочнения показывает, что предел выносливости деталей, упрочненных предложенным способом, повыш ается на 50 — 55 /о, что на 5 — 10о/о выше того предела, который достигается при использовании известного способа.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения конструкционных сталей с мартенситной структурой, включающий деформацию поверхностного слоя детали упрочнителем, приводимым в движение энергией ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения сопротивления стали усталости, деформацию мартенсита осуществляют при статической нагрузке на упрочнитель равной 40 — 100 H.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после деформации приводят отпуск при температуре 200 †2 С в течение 1,0 — 1,5 ч.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Балтер М. А. Упрочнение деталей машин. М., «Машиностроение», 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 464631, кл. С 21 D 7/14, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР № 567757, кл. С 21 D 7/04, 1971.

Тираж 6! 8 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4