Способ упрочнения изделий

 

Изобретение относится к способам повьшения прочностных характеристик материала, в частности, предела выносливости чугунов, и может быть использовано для упрочнения чугунных изделий, например коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение предела выносливости при минимальном изменении геометрии изделий. После механической обработки осуществляют удаление поверхностного слоя электрохимическим стравливанием слоя толщиной от h-0,2(L+D) до Ь«0,3(Ы-0), где L - среднее расстояние между центрами соседних графитовых включений , м; D - средний размер графитовых включений, KW, затем проводят поверхностный наклеп обкаткой роликами с величиной контактного давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„„125884

А1. щ) 4 С 21 D 8/00 7 04

Ф 2 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К AST0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3916602/22-02 (22) 05,05. 85 (46) 23.09.86. Бюл. 11 35 (72) Г.П.Уманский, Д.Г.Шерман, В.В.Варганов н М.Л.Туровский (53) 621 787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 840161, кл. С 21 D 9/50, С 21 Р 8/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 975815, кл. С 21 D 8/00, С 21 D 7/04, 1980. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗЩЛИЙ (57) Изобретение относится к способам повышения прочностных характеристик материала, в частности, предела выносливости чугунов, и может быть использовано для упрочнения чугунных изделий, например коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение предела выносливости при минимальном изменении геометрии иэделий. После механической обработки осуществляют удаление поверхностного слоя электрохимическим стравливанием слоя толирвной от h 0,2(L+D) до М0,3(Ь+Р), где Ь вЂ” среднее расстояние между центрами соседних графитовых включений, мч; D — - средний размер графитовых включений, ьм, затем проводят поверхностный наклеп обкаткой роликами с величиной контактного давления

6 kHB/(1+Ü+D), где 6 — величина среднего койтактного давления, МПа;

НВ - твердость чугуна; k 1,8-2,1 эмпирический коэффициент. 4 табл.

1 32

Изобретение относится к способам повышения прочностных характеристик материала, в частности предела вы.носливости чугунов, и может быть использовано для упрочнения чугунных изделий, например коленчатых валов, двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение предела выносливости при минимальном изменении гебметрии изделий, В результате механической обработ. ки (резцом, шлифования и даже полирования) в поверхностном слое деталей формируются макронапряжения и микроискажения, существенным образом влияющйе на механические характеристики, в частности, на циклическую прочность. Установлено, что наличие этих макронапряжений и микроискажений в чугуне снижает эффективность последующего упрочнения методом поверхностного пластического деформирования

Для устранения этого негативного явления применяют электрохимическое стравливание тонкого поверхностного слоя после механической обработки.

Связь глубины распространения макронапряженйй и микроискажений

s чугуне с шаровидным графитом с размерами включений Э и расстояниями между ними Ь представлена s табл. I, Глубину распространения макронапряжений и микроискажений определяют по прекращению изменения профиля рентгеновских:дифракционных линий при послойном сэравливанни деформиро ванной обработкой зоны цилиндрических образцов ф 9 мме

Оптимальная величина стравливаемо

ro слоя зависит от глубины распространения макронапряжений и микроискажений, а следовательно, и от величины (Э+Х,).

Результаты определения оптимальной величины стравливаемого,слоя сведены в табл, 2.

Предел выносливости определяют испытаниями на знакопеременный изгиб при вращенчи на испытательной машине МУИ-6000.

Перед испытаниями образцы ф 9 мм обкатывают роликами 20 мм с профильным радиусом 5 мм при нескольких условиях обкатывания. Все образцы имеют одинаковую твердость НВ (290-300).

Как видно из табл. 2, для различной механической обработки поверхнос58849 ти перед поверхностным пластическим деформированйем (с различными усилиями) следует проводить стравливание поверхностного слоя, причем толщину удаляемого слоя можно определить из соотношения

35 .40

Щ

55 а

Нижний предел этого соотношения—

h=0,2(L+D) связан с понижением усталостной прочности чугуна. Увеличение h сверх 0,3(L+D) не вызывает дальнейшего увеличения усталостной прочности, а приводит к нежелательному изменению геометрии (уменьшению диаметра) детали и поэтому нецелесообразно.

Так как глубина формирования макронапряжений и микроискажений при поверхностной обработке, включая и .цоверхностное пластическое деформирование, зависит от параметра (L+D), определяют оптимальное усилие обкаты вания при изменении этого параметра.

При этом изучают высокопрочный чугун с различной твердостью.

В качестве параметра усилия обкатывания выбирают величину среднего давления в контакте. Этот параметр пригоден для деталей различного диаметра. Он удобен для характеристики относительных изменений напряженнодеформированного состояния.

Определение оптимального усилия обкатывания проводят на цилиндрических образцах ф 9 мм, которые после механической обработки шлифова кием и полированием стравливают по цилиндрической поверхности химическим полированием при комнатной температуре в растворе состава:

1 ч. HN0 +3 ч. НС1 по предлагаемой технологии. Во время стравливания образцы вращают вокруг своей оси со скоростью ra =2 об/мин. Контроль эффективности упрочнения..проводят по результатам испытаний на изгиб при вращении на испытательной машине

МУИ-6000 °

Результаты измерений сведены в табл. 3.

Обобщая приведенные в табл. 3 результаты при помощи интерполяции на ЭВИ, выбор усилия обкатывания при

ППД высокопрочного чугуна проводят по выражению к НВ

3 1258849 4 где 6 — величина среднего давления Контроль эффективности упрочнения в контакте, МПа; проводят по результатам- испытаний

Н — твердость чугуна; на изгиб с вращением на машине МУИЬ+Π— соответственно среднее рас- 6000. стояние между центрами сосед- 5 Результаты испытаний сведены них включений графита и сред- в табл. 4. ний диаметр графитных включений, мм, Как видно из результатов, приведенных в табл. 4, предлагаемый способ упрочнения позволяет повысить предел выносливости в 1,6 — 1,8 раза. формула изобретения нои

k НВ

1+1.+О 5 где б -величина среднего контактного давления, МПа;

Н — твердость чугуна;

ke1i82,1 -эмпирический коэффициент.

Таблица

D, мм

Вид обработки мм

О, 100

0,125

0,030 0,070

0,040 0,085

Шлифование

0,150

О, 165

k=1 8—

2,1 — эмпирический коэффициент. . б

Выход за пределы этого соотношения вызывает снижение усталостной прочности высокопрочного .чугуна.

Пример. Предлагаемый способ опробуют для высокопрочного чугуна 5 с шаровидным графитом состава, мас.X:

С 3,0 — 3,6; Мп 0,5 — 0,9; Si 1,8

2,2; S 0,025; P 0,1; Cr 0,15;

Nl <0 i 5 Mg 0,04 — 0,08. Чугун охлаждают с различной скоростью для полу- 20 чения образцов с различной величиной графитных включений (О) и расстояний между ними (Ь). Последующей термообработкой получают различную струк туру металлической матрицы и соответ- 25 ственно различную твердость чугуна.

Полученные механической обработкой образцы ф 9 мм шлифуют и полируют.

Стравливание поверхностного слоя проводят на величину от h=0,2(L+D) до зО

h=0,3(L+D) химическим полированием при комнатной температуре в растворе состава: 1 ч. ННОЕ + 3 ч, НС1, Во время стравливания образцы вращают вокруг своей оси со скоростью а)=2 об/мин. Поверхностное пластическое деформирование проводят обкатыванием роликами диаметром 20 мм с профильным радиусом 5 мм за один проход, 1тодача 0,05 мм/об., скорость

io

90 об./мин. Усилие обкатывания выбирают по выражению, приведенному выше.

Способ упрочнения изделий . преимущественно из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, включающий механическую обработку, удаление поверхностного слоя и поверхностный наклеп обкаткой роликами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения предела выносливости при минимальном изменении геометрии обрабатываемого изделия, удаление поверхностного слоя осуществляют электрохимическим стравливанием с толщиной удаленного слоя от h=0,2(L+D) до h

=0,3(Е+О}, где L — среднее расстояние между центрами соседних графитовых включений, мм;

D - средний размер графитовых включений, мм, а величину контактного давления при поверхностном наклепе выбирают рав1258849

2 Э

0,050 0,100

0,080 0,150

0,120 0,250

0,030 0,070

0,040 0,085

0 э 050 О ° 100

0,080 0,150

0,120 0,250

h/D+L (П+Ь), мм

Величина стравливаемого слоя h мм

Шлифование О, 100

230/300

260/330

280/350

300/370

300/370

300/370

300/370

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

О, 150

0,07

210/270

0,10

230/290

0,13

240/300

260/320

280/340

?90/350

0,17

0,20

0,23

0,27

Полирование

Вид предварительной механической обработки

0i010

0,015.

0,020

0,025

0,030

О,035 .

0,040

0,010

0,015

0,020

О, 025

0,030

0 035

0,040

0,150

0,230

0,370

0,100

0,125

0,150

0,230

0,370

Продолжение табл.l

0,200

0,300

0,360

0,110

0,120

0,140

0,250

0,300

Т аблица2

Предел выносливости б,, ИПа, при усилии обкатыва" ния 500 Н/1000 Н

1258849

0,30

290/350

290/350

0,33

0,37

290/350

180/240

190/250

0,03

Oi 370

0,05

190/250

0i08

0,040

0,11

0,14

0,16

0,19

0,22

0,24

240/310

0,26

0,95

0,27

0,28

0,30

0,32

О ° 35

0„10

260/330

0,15

0,15

0,20

0,25

0,30

0 35

0,07

0,150

0,13

0,17

Полирование О, 100

0,045

0,050

0,056

0,010

0,020

0,030

О ° 050

0,060

0,070

0,080

0,090

0,100

О, 105

0i110

О, 120

0,130

0,010

0,020

0,025

0,030

0,035

0,010

0,020

0,025

Продолжение табл. 2

200/260

210/270

210/270

220/280

230/290

240/300

250/310

260/320 г7о/ззо

270/330 г7о/ззо

280/350

300/370

300/370

300/370

300/370

230/290

250/310

260/320

1258849

0,030

0,035

0i040

0,045

О!20

0,23

0,2?

0,30

0,050

0,33

0,370

0,03

0,1t

0,16

0,19

0,22

0,23

0,24

0,26

0,27

0,110

0,30

0,32

0,120

НВ

280

310

200

300

315

320

325

350

380

380

380

320

390

ЗОО

400

410

0,010

0,040

0,060

0,070

0,080

0,085

0,090

0,095

О, 100

Среднее давление в контак те б, .МПа

Продолжение табл,2

280/340

290/350

290/350

290/350

290/350

200/260

210/270

220/280

230/290

240/300

250/310

260/320

270/330

270/330

2?0/330

270/330

ТаблицаЗ

Результат опыта

Наблюдается поврелдение поверхности

То же

1258849

260

250

350

310

375

340

400

350

410

350

450

350

475

340

485

320

500

280

410

300

330

540

360

480

370

490

370

540

370

575

360

585

600

350

То ае

250

250

200

260

270

300

300

310

315

310

350

310

365

300

375

270

400

260

320

250

290

350

) ) з ) 4

Продолжение табл. 3

Наблюдается повреадение поверхности

То ае

Наблюдается повреждение поверхности

Наблюдается поврелщение поверхности

То хе

1258849

Продолжение табл. 3

380

320

330

390

330

430

460

330

470

320

290

500

То хе

290

400

300

430

320

340

460

350

470

350

500

350

550

340

560

210

200

То ае

200

220

270

250

265

280

280

280

280

305

260

315

210

То же

350

220.

250

250

280

300

300

320

310

330

310

350 г (з ) 4 E

Наблюдается повремдение поверхности

Наблюдается повреждение е поверхности

Наблюдается повреждение поверхности

1258849

385

310

400

290

Наблюдается повреждение поверхности

430

250

То зе

300

270

350

300

370

390

320

330

395

430

330

То ае

Э б, б,, мм МПа . МПа

5 6

460

330

470

320

Наблюдается повреждение поверхности

500

280

Т а блица 4 (L+D), НВ

Известный

200

320

220

Известный

350

240

300

0,1О0

Известный

370

340

170

Известный

310

190

Известный

330

210

Известный

Способ проведения испытания

Предлагаемый

Предлагаемый

Предлагаемый

Пре дл аг аемый

Предлагаемый

О, 100 200

0,100 - 200

О, 100 250

0,100 250

0,100 300

0 150 200

О, 150 200

О, 150 250

О, 150 250

О, 150 300

О 350

Оэ020 350

О 450

0,020 450

Х 550

0,020 550

0,035 340

О 420

0,035 420

О 500

16

Продолкение табл.3

1258849

18

Продолмение. табл. 4

Предлагаемы

Известный

350

160

Предлагаемый

280

Известный

Предлагаемый 1эвестный предлагаемый

180

310

200

330

Составитель В. Китайский

Редактор Н.Егорова Техред Л.Олейник Корректор М.Самборская

Тирам 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5088/26

Производственно-полиграфическое предприятие, r.умгород, ул.Проектная, 4

О, 150 300

О,370 200

0,370 200

0,370 250

0,370 250

0,370 250

0,370 250 ф

0,035 500

0 280

0,095 280

0 350

0 095 350

0 420

0,095 420