Способ обработки упругих элементов
1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ, преимущественно из рессорно-пружинных сталей, включающий холодную деформацию, закалку и отпуск, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических свойств сталей, заготовку подвергают деформации в условиях гидростатического давления через матрицу с углом конусности в пределах 15-20 и перед окончательной термообработкой производят деформационное старение в интервале температур 300-450 с в течение 1-1,5 ч. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что гидропрессование j производят при 10-15 кбар со скоростью 3-8 мм/с.
СОК) 3 СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
09) (11) 290 А (5)) С 21 D 1/78
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABT0PGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3381428/22-02 (22) 11.01.82 (46) 07.06.84. Бюл. Р 21 (72) Н.Г. Апександров и С.С.Дьяченко (71) Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины
{53) 621.785.79(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 260670, кл. С 21 d 9/22, 1970.
2. Сб. "Гидроэкструзия и технология изготовления деталей из малопластичных материалов", вып. 1, М., 1973, с. 91-94.
"Сталь", 1962, В 4, с. 346. (54) (57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ УПРУГИХ
ЭЛЕМЕНТОВ, преимущественно из рессорно-пружинных сталей, включающий холодную деформацию, закалку и отпуск, отличающийся тем, что, с целью улучшения механических свойств сталей, заготовку подвергают деформации в условиях гидростатического давления через матрицу с углом конусносо ти в пределах 15-20 и перед окончательной термообработкой производят деформационное старение в интервале температур 300-450 С в течение
1-1,5 ч.
2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что гидропрессование
O производят при 10-15 кбар со скоростью 3-8 мм/с.
1096290
Изобретение относится к способам улрочняющей обработки изделий преимущественно иэ рессорно-пружинных. сталей.
Известен способ обработки быстрорежущей стали, включающий обработку холодом, гидроэкструзию, последеформационный отпуск и окончательную термообработку j1) .
Указанный способ обеспечивает
10 повышение эксплуатационных свойств инструмента, однако использование его для упрочнения пружинных сталей типа
65Г, 50ХФА, 5ХН2МФА и др. мало эффективно, поскольку не обеспечивает оптимального сечения прочности, пластичности и сопротивления усталости.
Известна также комбинированная схема упрочнения среднеуглеродистых легированных сталей (0,35-0,45% С), включающая гидропрессование и деформационное старение. В указанном аналоге применяется следующая последовательность операций: закалка на маро тенсит, отпуск при 300 С для снижения закалочньгх напряжений, гидропрессование со степенями обжатия до 15-20% (в зависимости от содержания углерода в стали) и деформационное старение мартенсита. При этом установлено, что максимальный уровень прочностных свойств получается после старения при о
20 и 100 С. Отпуск при более высоких температурах (300-400 С) приводит к о снижению прочностных свойств 12) .
Недостатками этого способа являются трудности, связанные с последующими операциями механической обработки и формообразования, а также низкая стойкость инструмента в связи с необ-40 ходимостью деформирования сталей в высокопрочном мартенситном состоянии.
Последнее обстоятельство ограничивает применение этого метода.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является применяемый н промьппленности способ повышения прочности и упругих свойств деталей, включающий холодную деформацию, закалку и отпуск (3) .
Однако этот способ не обеспечивает необходимого сочетания прочности и пластичности стали. Так, при повышении прочности стали 651 на 7-8 кгс/мм пластичность Т снижается на 5-7% по
55 сравнению с недеформированным исходным состоянием. Кроме того, несовершенство схемы деформации не обеспечивает однородности свойств в заготовке и не позволяет получить большие степени деформации за один проход без возникновения деформационных повреждений металла. В связи с этим при такой схеме степени деформации ограничивают до 25%.
Целью изобретения является улучшение механических свойств.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки упругих элементов, преимущественно из рессорно-пружинных сталей, включающему холодную деформацию, закалку и отпуск, заготовку подвергают деформации н условиях гидростатического давления через матрицу с углом конусносе ти н пределах 15-20 и перед окончательной термообработкой производят деформационное старение в интервале температур 300-450 С в течение 1
1,5 ч.
Кроме того, гидропрессование производят при 10-15 кбар со скоростью
3-8 мм/с.
Обоснование предложенного способа вытекает из экспериментов, результаты которых (для стали 60С2А) сведены в табл, 1-4. Аналогичные данные, получены и для других рессорно-пружинных сталей (50ХФА, 65Г, 45ХН2МФА и др )
Целесообразность применения гидростатического давления 10-15 кбар при скорости деформации 3-8 мм/с
1обоснована тем, что при таких условиях прессования в стали повышается плотность дефектов, создается ячеистая дислокационная субструктура, осуществляется динамическая полигониэация.
При скорости деформации меньше
3 мм/с вследствие контакта заготовки с инструментом происходит раэогрен, вызывающий схнатывание заготовки с матрицей и развитие рекристаллизационных процессов, снижающих плотность дефектов. При скоростях более 8 мм/с не успевают в полной мере реализоваться процессы динамической полигонизации, что ухудшает свойства при последующей термообработке.
В табл. 1 показана зависимость свойств стали после термической обработки от скорости деформации при гидропрессовании. Режим обработки заготовок: гидропрессование, Р 10-15 кбар; угол конусности матрицы 20 ; старение при 4 =350 С, 1 ч; закалка 870 С; отпуск 420 С, 1,5 ч.
1096 з
Давление менее 10 кбар (при опти-! мальных скоростях деформации 3-8 мм/с) не вызывает необходимого повышения плотности дефектов и создания ячеистой субструктуры, характеризуемой высокой плотностью дислокаций в стенках ячеек. При давлении выше 15 кбар в заготовках возникают трещины.
В табл. 2 показана зависимость свойств стали после термической обра- 10 ботки от величины давления при гидропрессовании. Режим обработки заготовок: гидропрессование, V 6 мм/с; угол конусности матрицы 20 ; старение о. при t=350 С, 1 ч; закалка 870 С; от- 15 о пуск 420 С, 1,5 ч.
В процессе старения при 300-450 С после деформации происходит закрепление дефектов, созданных гидропрессованием примесными атомами, за счет про- 20 текания деформационного старения, чем обеспечивается их наиболее полное наследование при последующем oL - $ - Ы прекращении и получение максимального . уровня свойств. Кроме того, такое ста-, 25 рение снижает напряжения, созданные гидропрессованием,и повышает плас-, тичность гидропрессованной стали.
Снижение температуры старения (ниже 300. С) приводит к замедлению 30
0 диффузии, в связи с чем закрепление дефектов примесными атомами не реали.зуется. Аналогичным образом влияет и уменьшение длительности старения. По вышение температуры старения (выше 450 С) вызывает рекристаллизацию, о следствием чего является уменьшение плотности дефектов. В результате уровень свойств после окончательной термической обработки снижается
40 (табл. 3) .
В табл. 3 представлена зависимость свойств стали после термической обработки от температуры и времени последеформационного старения. Режим обработки заготовок: гидропрессование р
P 10-15 кбар; угол конусности матрио 0 цы 20 ; старение; закалка, 870 С; отпуск 4200С, 1,5 ч.
Уменьшение угла конусности матрицы (ниже 15 ) приводит к возрастанию
290 удельных усилий гидропрессования и„ как следствие, к интенсивному износу матрицы и ухудшению чистоты поверхности заготовки. Повышение угла конусности (свыше 20 ) нз-за уменьшения о площади контакта загот явки и матрицы также p !3bIRBPT ухудшение качества поверхности и приводит к неравномерности течения металла, а, следовательно, к неравномерному упрочнению, что характеризуется значительным разбросом твердости (ЬН7) по сечению заготовки (табл. 4) . В табл. 4 h HV=H шл"НЧ min при измерении твердости по с:.чению заготовок менее 0,5 мм. Стойкость матриц оценивается по среднему количеству прессовок до потери. матрицей геометрических размеров.
В табл. 4 показана зависимость стойкости матриц, шероховатости поверхности и однородности упрочнения по сечению заготовок от угла конусности матрицы. Режим обработки заготовок: гидропрессование, Р, 1015 кбар; V — 6 мм/с.
Пример реализации предлагаемого способа обработки рессорно-пружинных сталей. Заготовки из стали 60С2А ото игают при 720 С и после пескоструйной очистки и механической обработки осфатируют и омыливают. Затем заготовку расчетной длины и диаметра помещают в контейнер с матрицей. В контейнер заливают рабочую жидкость (веретенное масло) и производят гидропрессование при давлении 15 кбар и скорости выдавливания 6 мм/с при о угле конусности 20 . После гидропрессования осуществляется последеформационный отпуск при 350 С в течение о
1 5 ч. Окончательная термическая обЭ о работка состоит в закалке от 870 С и отпуске при 420 С в течение 1,5 ч, о ,Полученные свойства приведены в табл. 5.
Предлагаемый способ упрочнення элементов апробирован при изготовлении пружин и торсионов тепловозного двигателя и показал повышение усталостной прочности на 16-197 по срав.нению с серийной обработкой.
1096290
Таблица 1
Скорость гидропрессова ния, мм/с С о,з, кгс/мм
Ов °, кгс /мм2
163
164
170
10,6
150
175
173
154
10,9
165
142
162
Та.блица 2
Свойства после термической обработки Â кгс /мм 4, б-(, g кгс /мм о,2, кгс/мм
Нет
141
160
Нет
141
163
10,7
Нет
155!
1О
Нет
10 8
174
Нет
177
Единичные
Большое количест19 во
< идростати ческое давление, кбар
Свойства после термической обработки
Наличие трещин в образце
1096290
Таблица 3
3, % пм;, кгс/мм
6gÄ кгс/мм
250
0,5
161
140
123
141
163
122
124
1,5
162
140
20
125
160
148
122
300
0 5
164
152
145
10,2
170
151
144
10,6
1,5
172
150
24!
0,2
170
121
140
400
161
0,5
10,9
144
154
173
143
10,8
154
174
1,5
141
10,7
173
129
9,1
450
152
169
0,5
145
10,7
155
175
146
10,3
174
155
1,5
130
8,5
147
165
121
149
166
0 5
500
122
149
164
122
150
8,2!
1,5
122
140
160
Температура последеформационного отпуска, С
Вццержка в процессе после деформационного отпуска, ч °
Свойства после термической обработки
1096290
Таблица 4
Однородность упрочнения по сечению
Стойкость матрицы (количество прессовок) Угол конусности матрицы
20 0
Шероховатость обрабатываемой поверхHOCTH В заготовки, и HV
0,8
12
120
0,9
46
352
0 5
97
336
1,6
102
341
1,9
129
346
2 2
Свойства термической обработки (т (,. бп,„
7 кгс/мм кгс/мм бр, кгс/мм2 0,2 кгс/мм кгс/мм Ж
Предлагаемый:
143
174 154
10,8
По прототипу:
56
128
166 149
Е =25X; закалка 870 С; отпуск 420 С, 1,5 ч
Тиоак 540 Подписное
r.Óêãoðîä, ул.Проектная, 4
ВНИИПИ Закаэ 4636
Филиал Q W
Режим обработки гидропрессование, Р, 12 кбар;
V 6 мм/с;
2 = 20 старение 350 С, о
1,5 ч; закалка 870 C о отпуск, 420 С, о
1,5 ч холодная деформация (прокалка), Таблица 5
