Способ упрочнения стальных изделий

 

Изобретение относится к механической и термической обработке конструкционных сталей, имекицих структуру мартенсита, и может быть использовано при упрочнении изделий, работающих при циклических нагрузках . Цель изобретения - повышение усталостной долговечности. Способ включает закалку от с охлаждением в селитре при 240-280°С, отпуск при 290°С, поверхностный наклеп . После наклепа изделие подвергают циклическому нагружению с амплитудой напряжений выше предела усталости материала содновременным изменением амплитудно-зависимого внутреннего трения (АЗБТ). Прекращают циклическое нагружение по достижении максимальной величины тангенсов угла наклона кривой АЗВТ, определяемой максимальной плотностью подвижных дефектов структуры материала. 2 ил.;

СОНИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

; 092 (И2 (Я2 4 С 21 D 1 78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

»<

Ъ» с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АЮТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3863747/22-02 (22) 05.03.85 (46) 07.12 86. Бюл, В 45 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В. В. Куйбышева (72) И. И, Усольцева, Г. А. Кулаков и В, В, Федоров (53) 621.785.79(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 464631, кл, С 21 D 7/14, 1973.

Авторское свидетельство СССР

У 726190, кл. С 21 В 1/78, 1978. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ .

ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к механической и термической обработке конструкционных сталей, имеющих структуру мартенсита, и может быть использовано при упрочнении иэделий, работающих при циклических нагрузках, Цель изобретения — повышение усталостной долговечности. Способ включает закалку от 900 С с охлаждением в селитре при 240-280 С, отпуск при 290 С, поверхностный наклеп. После наклепа иэделие подвергают циклическому нагружению с амплитудой напряжений выше предела усталости материала с одновременным изменением амплитудно-зависимого внутреннего трения (АЗВТ). Прекращают циклическое нагруженне по достижении максимальной величины тангенсов угла наклона кривой АЗВТ, определяемой максимальной плотностью подвижных дефектов структуры материала. 2 ил.

1275050

26

ЗО

5О

Изобретение относится к механической и термической обработке конструкционных сталей, имеющих структуру мартенсита, в частности к упрочнению деталей, работающих при циклических нагрузках, Цель изобретения — повьппение усталостной долговечности.

Сущность изобретения заключается в том, что циклическое нагружение при напряжениях вьппе предела усталости приводит к разупрочнению металла и образованию различного рода дефектов: микротрещин, полос скольжения и других, которые являются очагами преждевременного разрушения, Низкотемпературный отпуск способствует диффузионному перераспределению дефектов в энергетически выгодные положения и залечиванию микротрещин, Перед циклическим нагружением произно дят поверхностное пластическое деформирование, тем самым создают барьер для выхода дефектов на поверхность, Локализованные под поверхностным слоем дефекты не взаимодействуют с внешней средой и отличают" ся от поверхностных наиболее благоприятными услониями для протекания процессов микросдвигового диффузионного залечивания, которые в поле остаточных напряжений растяжения под поверхностным слоем идут по механизму восходящей диффузии, Эффект микросдвигового,циффузионного залечинания обеспечивается выбором оптимальных режимов деформационного и температурного воз.действий и структурным состоянием, т.е. степенью дефектности структуры материала, Одним из условий ускоренного процесса залечивания дефектов и повьпнения эффекта упрочнения является наличие повьпненной концентрации точечных дефектов (вакансий, атомов внедрения). Согласно предлагаемому способу это достигается циклическим деформиронанием при напряжениях ньппе предела устапости, В этом сЛучае происходит открепление дислокаций от атомов примесей, генерирование новых дислокаций, вакансий и других дефектов, Но достижении стадии насыщения (завершение процесса аккумуляции пластической деформации) основная масса материала подготовлена для интенсивного протекания процесса диффузионного микросцвигоного залечинания, Эта стадия характеризуется наибольшей для данного материала и условий нагружения плотностью подвижных дислокаций и повышенной концентрацией вакансий и точеЧных дефектов, Кроме того, за счет остаточных напряжений растяжения под поверхностным слоем процессы микросднигового залечивания идут по механизму восходящей диффузии, Это структурное состояние может быть определено пс кривой амплитуднозависимого внутреннего трения (A3BT).

Наибольшая величина тангенса угла наклона АЗВТ tg сс соответствует структуре с максимальным количеством подвижных дислокаций, Последующий отпуск н области диффузионной подвижности дефектов при температуре, пропорциональной =-нергии активации самодиффузии, способствует перераспределению дислокаций и точечных дефектов, приводящему к релаксации перенапряжений и эалечинанию микронарушений сплошности материала. П1 и этом также поньппается структурная однородность и улучшаются физикомеханические свойства материала, Сочетание поверхностного пластического деформирования, циклического нагружения при напряжениях выше предела усталостности до структурного состояния материала, которое хакрактеризуется MBKcHMaJIbHoA плотностью подвижных дефектов, и отпуск приводят к повьппению усталостной долговечности и расширению возможностей упрочнения металлов, На фиг. i представлена кривая иэменения тангенса угла наклона АЗВТ в зависимости от относительного числа циклов нагружения (кривая 1); на фиг. 2 — зависимости долговечности от длительности нагружения (кривая

1 — для образцов, прошедших поверхностное деформационное упрочнение, кривая 2 — для образцов по известному способу, кривая 3 — для образцов по предлагаемому способу).

Способ осуществляют следующим образом, Закалку на мартенсит и низкотемпературный отпуск осуществляют соrласно ре>химам: температура закалки

800-940 С, охлаждение на воздухе, в масле или селитре, температура отпуска 200-300"С (в зависимости от обрабатываемого материала), 1275050

Чистовую механическую обработку можно проводить любым способом (тонкое точение, шлифование и т.д.), Поверхностный наклеп обрабатываемых деталей можно проводить также 5 любым способом (алмазное выглаживание, пневмодинамическое упрочнение и т,д.).

После поверхностного наклепа деталь псднергают циклическому деформированию при напряжениях вьнпе предела усталости по схеме: растяжение— сжатие или знакопеременный изгиб.

Контроль структурного состояния материала осуществляют по пмплитудной занисимости внутреннего трения.

После достижения в подповерхностном объеме материала структурного состояния с наибольшей плотностью подвижных дефектов, соответствующего 20 наибольшему значению tg d. АЗВТ, проводят отпуск при температуре, рассчитанной по формуле Т = А + BE где А = 270 + 10 К, Б = 5„ .0,2 К моль/ккал, Š— энергия активации самодиффузии, ккал/моль.

Время отпуска, скорость нагрева и охлаждения аналогичны соответствующим характеристикам в известных операциях, ЗО

Пример. Способ опробован на круглых усталостных образцах ф7,5мм из стали. Все образцы подвергают йэотермической закалке на мартенсит и низкотемпературному отпуску по режиму: закалка от 900 С, охлаждео

35 ние в селитре или щелочи при 240о

280 С, выдержка 1 ч, отпуск при

290 С, выдержка 3 ч, Затем образцы подвергают пневмодинамическому упроч-4> нению по режимам: давление 3,50,5 ати, диаметр шаров 2-3 мм, время обработки 30 мин, Для определения усталостной долговечности образцов проводят восемь . испытаний по схеме: изгиб с враще нием при напряжениях 850 МПа, Устанавливают усталостную долговечность образцов после ПДУ, при вероятности

P=50X принимают за базовую N =117489

1 50 циклов. Для того, чтобы установить момент отпуска, шесть образцов подвергают циклической наработке с поэтапным замером АЗВТ через каждый 5000. циклов до разрушения, АЗВТ констроли- руют на установке крутильного маятника. Кривая изменения тангенса угла наклона АЗВТ н зависимости от относительного числа циклов нагружения

N/N,. представлена на фиг. I.

Из фиг. 1 видно, что наибольшая величина тангенса угла наклона АЗВТ

1д д. соответствует циклической наработке N=O 17 N, Денять серий по восемь образцов н каждой подвергают цикли-ескому нагружению при напряжениях 850 ИПа с количестном циклов (0,05+0,5) N

Ф

После этого образцы поднергают отпуску при 563-653 К в пределах эоны температур, найденной по формуле

Т =- А + BE где Е=71 7-63„1 ккал/моль.

Перед отпуском проводят контроль тангенса угла наклона АЗВТ, обработанные таким образом GG раэцы испытывают на усталость при напряжениях 850 ИПа до разрушения, В результате для шести серий образцов, обработанных по оптимальному режиму, долговечность увеличивают в 2-2,3 раза. Результаты сраннительных испытаний представлены на фиг. 2.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет повысить усталостную долговечность обрабатываемых деталей в

1,4 раза, что существенно повышает долговечность агрегатов в целом.

Способ можно применить для повышения усталостной долговечности тяжелонагруженных деталей машин, Формула изобретения

Способ упрочнения стальных изделий преимущественно со структурой мартенсита, включающий закалку, низкий отпуск, поверхностный наклеп и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повьппения усталостной долговечности, после поверхностного наклепа иэделие подвергают циклическому нагружению с амплитудой напряжения выше предела усталости материала, одновременно измеряют амплитудно-зависимое внутреннее трение и прекращают циклическое нагружение по достижении максимальной величины тангенса угла кривой амплитудной зависимости внутреннего трения, определяемой максимальной плотностью подвижных дефектов структуры материала, 1275050

0,2

6 /д еч

Ю fO

Р,1 ОГ

Редактор Н, Рогулич Техред М.ХОданич

Корректор В. Бутяга

Заказ 6536/21 Тираж 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4