Способ изготовления рессорных листов

 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к способам изготовления и термической обработки рессорных листов, и может быть использовано при изготовлении подвесок транспортных средств. Рессорные листы из стали 55 ХГС нагревают ТВЧ до 950°С и подвергают высокотемпературному пластическому деформированию поверхности с относительным скольжением 20 ... 50%, а после гибки охлаждают до температуры изотермической выдержки (350-400°С), затем подвергают скоростному нагреву до 830°С на глубину 2 мм и изотермической закалке при 250°С. Долговечность рессор увеличилась примерно в 2 раза по сравнению с известными способами. Повышение усталостной прочности и релаксационной стойкости рессорных листов достигается за счет получения оптимальной структуры рессорно-пружинной стали для этих критериев работоспособности, устранения поверхностных дефектов металлургического происхождения, увеличения глубины залегания поверхностных сжимающих напряжений, уменьшения размерной нестабильности готовых рессорных листов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1514807 (59 4 С 21 D 9 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4346001/31-02 (22) 04.11.87 (46) 15.10.89. Бюл. № 38 (71) Яонецкий политехнический институт (72) В. Ф. Блескун, В. С. Горелик и Н. В. Липова (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1214770, кл. С 21 D 9/46, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 688529, кл. С 21 D 9/46, 1976. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕССОРНБ1Х ЛИСТОВ (57) Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к способам изготовления и термической обработки рессорных листов, и может быть использовано при изготовлении подвесок транспортных средств. Рессорные листы из стали 55 ХГС нагревают ТВЧ до 950 С и подвергают выИзобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к способам изготовления и термической обработки рессорных листов, и может быть использовано при изготовлении подвесок транспортных . средств.

Целью изобретения является повышение усталостной прочности и релаксационной стойкости рессорных листов.

После индукционного нагрева листы подвергают высокотемпературному пластическому деформированию поверхности путем прохождения листа через устройство для плас тического деформирования с относительным скольжением 20 — 50%, а после гибки охлаждению с изотермической выдержкой при температуре М» (+100 — 150) С. (̄— температура начала мертенситного превращения), после чего проводят поверхностную

2 сокотемпературному пластическому деформированию поверхности с относительным скольжением 20 — 50%, а после гибки охлаждают до температуры изотермической выдержки (350 — 400 С), затем подвергают скоростному нагреву до 830 С на глубину 2 мм и изотермической закалке при 250 С. Долговечность рессор увеличилась примерно в

2 раза по сравнению с известными способами. Повышение усталостной прочности и релаксационной стойкости рессорных листов достигается за счет получения оптимальной структуры рессорно-пружинной стали для этих критериев работоспособности, устранения поверхностных дефектов металлургического происхождения, увеличения глубины залегания поверхностных сжимающих напряжений, уменьшения размерной нестабильности готовых рессорных листов. 4 з.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл. закалку путем индукционного нагрева и ускоренного охлаждения с изотермической выдержкой. При этом изотермическую закалку и отпуск проводят при температуре

М„+40 С.

На фиг. 1 приведена схема устройства для пластического деформирования поверхности рессорного листа; на фиг. 2 диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 55ХГС с наложенными кривыми охлаждения сердцевины (кривые 1,3) и поверхности(кривые 2, 4) после гибки (кривые 1, 2) и при изотермической закалке (кривые 3, 4).

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью направляющих роликов 1 (фиг. 1) рессорный лист 2 подается в индуктор 3, где осуществляется его нагрев до

1514807

900 †9 С. Это облегчает пластическое деформирование поверхности, а также обеспечивает в конце процесса деформирования необходимую для закалки температуру рессорного листа 830 С. Пластическая деформация поверхности рессорного листа осуществляется при прохождении обжимных роликов 4 и сглаживающих роликов 5. При прохождении обжимных роликов, расположенных перед сглаживаюш,ими, происходит завальцовывание трешин и волосовин, образовавшихся в процессе металлургического производства. При прохождении сглаживающих роликов происходит удаление обезуглероженного слоя, а также сглаживание поверхности и уменьшение ее шероховатости.

Относительное скольжение между поверхностями листа и сглаживающих роликов достигается за счет различия угловых скоростей обжимных и сглаживающих роликов и составляет 20 — 50Я. При меньшем значении эффект сглаживания практически не наблюдается, при большем — происходит интенсивный износ рабочей поверхности ролика.

При прохождении рессорного листа обжимных роликов, расположенных за сглаживаюшими, происходит завальцовывание рисок, образовавшихся. в процессе сглаживания, и придание поверхности требуемой шероховатости.

Структура поверхностного слоя, сформировавшаяся в процессе высокотемпературной пластической деформации при прохождении рессорного листа обжимных и сглаживающих роликов, наследуется и сохраняется при повторном скоростном нагреве под закалку, обеспечивая повышение комплекса механических свойств рессорного листа.

После завершения деформирования поверхности рессорного листа температура его сердцевины практически достигает температуры поверхности, что облегчает последующую гибку, которая осуществляется с помощью изгибающих роликов или в штампе.

Сразу после гибки рессорный лист ускоренно охлаждается с изотермической выдержкой при температуре М„(+100 — 150) С (фиг. 2, кривые 1, 2), что составляет, 350—

400 С для рессорно-пружинных сталей. Такая температура изотермической выдержки обеспечивает требуемую для сердцевины рессорного листа твердость НЯС 35 — 40. При более высокой твердости лист становится хрупким, а при более низкой — снижаются прочностные свойства листа. Кроме того, при температуре выше 400 С и ниже 350 С значительно возрастает продолжительность у-+и превращения (фиг. 2).

Ускоренное охлаждение с изотермической выдер>ккой при 350 — 400 С обеспечивает наследование низкотемпературной фазой тонкой структуры, сформировавшейся при высокотемпературном пластическом деформировании, повышение комплекса механических свойств стали, а также минимальное

3»

45 коробление рессорного листа, что обеспечивается структурой, сформировавшейся при этой температуре изотермической выдержки.

Структура имеет значительное количество остаточного аустенита, который является весьма стабильным благодаря повышенному содержанию в нем углерода, пластичным и, вместе с тем, прочным за счет упрочнения дисперсными карбидами. Продолжительность изотермической выдержки после гибки составляет 10 — 20 мин, после чего превращение в основном оканчивается (фиг. 2) .

При этом превращение может протекать и после изотермической выдержки, при охлаждении на воздухе, однако при выдержке меньше 10 мин в структуре стали появляется значительное количество хрупкой составляющей, что приводит к снижению пластических свойств стали.

После гибки и ускоренного охлаждения с изотермической выдержкой рессорный лист подвергается ускоренному индукционному нагреву и изотермической закалке при температуре М„+40 С (фиг. 2, кривые 3, 4).

При этом в начальный период закалки температура сердцевины несколько повышается (кривая 3) за счет тепла, отводимого от поверхности листа, однако не должна превышать температуры начала у-» х превращения, составляющей для рессорно-пружинных сталей примерно 7ЬО С. Указанный температурный интервал изотермической закалки (для рессорно-пружинных сталей 210—

290 С) обеспечивает требуемую для поверхности рессорного листа твердость HRC 52—

58. При более высокой твердости наблюдается снижение усталостной прочности листа за счет большего влияния концентраторов напряжений, а при более низкой — за счет уменьшения общего уровня статической прочности.

Ускоренный индукционный нагрев поверхности рессорного листа обеспечивает сохранение эффекта упрочнения, полученного в процессе деформирования поверхности и гибки, а также сравнительно невысокой твердости сердцевины листа при последующей изотермической закалке. Особенность структуры поверхности рессорного листа после изотермической закалки при температуре выдержки вблизи точки М„определяется меньшим количеством остаточного аустенита при меньшем содержании в нем углерода, что сообщает стали большую твердость и прочность, Такая структура при одинаковой твердости HRC 52 — 58 обеспечивает по сравнению со структурой, полученной после закалки на мартенсит, например при струйном водяном охлаждении, и отпуска, более высокие значения показателей усталостной прочности, пластичности и релаксационной стойкости. При этом сердцевина, структура которой сформировалась при более высокой температуре изотермической выдержки, будет име ь более высокие

1514807

40

55 пластические свойства и более низкую твердость. В результате рессорный лист после термообработки будет иметь твердость поверхности HRC 52 — 58 и сердцевины

HRC 35 — 40, что обеспечивает наличие остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое, где действуют наибольшие рабочие напряжения растяжения.

Для увеличения предела упругости стали и уменьшения осадки ее подвергают двухкратному обжатию или дополнительному отпуску. Температура отпуска равна температуре изотермической закалки или несколько превышает ее.

После термообработки рессорные листы подвергаются накатке роликами с целью создания сжимающих напряжений в тонком поверхностном слое. По сравнению с дробеструйным наклепом накатка роликами обеспечивает более высокий уровень этих напряжений, большую глубину их залегания, а также в большей степени уменьшает шероховатость поверхности, что обеспечивает дальнейшее повышение усталостной прочности рессорных листов.

Предлагаемый способ позволяет повысить усталостную прочность и долговечность рессорных листов за счет устранения поверхностных дефектов, образовавшихся в процессе металлургического производства, уменьшения шероховатости поверхности, получения оптимальной, с точки зрения усталостной прочности, структуры рессорно-пружинной стали, уменьшения размерной нестабильности благодаря закалке в горячей среде.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить релаксационную стойкость рессорных листов и улучшить условия труда за счет устранения паро- и пылевыделений при струйном водяном охлаждении и дробесгруйном наклепе соответственно.

Пример. Рессорные листы из стали

55ХГС толщиной 10 мм и шириной 100 мм нагревали ТВЧ до 950 С и подвергали высокотемпературному пластическому деформированию поверхности с помощью устройства (фиг. 1) с диаметром обжимных и сглаживающих роликов 150 мм. Усилие прижатия обжимных роликов составляло

50 кН, а сглаживающих — 30 кН, что обеспечивало требуемую степень пластического деформирования поверхности и контакт поверхности сглаживающего ролика по всей ширине листа. Скорость движения листа составляла 2 м/с, а окружную скорость сглаживающих роликов варьировали в пределах

1,8 — 0,8 м/с, что обеспечивало относительное скольжение поверхности листа 10 — 60Я;.

После гибки листы охлаждали при температуре изотермической выдержки 300, 350, 380, 400 и 450 С, затем подвергали скоростному нагреву до 830 С на глубину 2 мм и изотермической закалке при 250 С, после чего осуществляли продольную накатку роликами диаметром 4 мм с усилием на ролик 5 кН.

Усталостные испытания проводили при пульсирующем цикле нагружения.

Влияние режимов обработки на долговечность рессорных листов после изотермической закалки при 250 С показано в табл. 1.

Из приведенных в табл. 1 данных видно, что обработка с относительным скольжением 20 — 50Я обеспечивает качественный рост долговечности рессорных листов. При дальнейшем увеличении относительного скольжения до 60Я долговечность листов не повысилась (при некотором повышении качества поверхности), однако скорость износа роликов увеличилась в 1,8 — 3 раза.

Охлаждение после гибки с изотермической выдержкой ниже 350 С и выше 400 С сообщает стали твердость соответственно выше HRC 40 и ниже HRC 35. При такой твердости сердцевины рессорные листы с поверхностью, изотермически закаленной на твердость HRC 52 — 58, показали долговечность в 1,2 — 2,0 раза ниже, чем после изотермической выдержки при температуре оптимальной 350 — 400 С (М +100 — 150 С) .

Рессорные листы были обработаны также по следующим режимам (см. табл. 2): нагрев ТВЧ до 950 С, высокотемпературное пластической деформирование поверхности при относительном скольжении 30, гибка в штампе, охлаждение в соляной ванне с изотермической выдержкой при 380 С, скоростной нагрев до 830 С на глубину 2 мм, охлаждение в соляной ванне с изотермической выдержкой при температуре 170, 210, 250, 290 и 330 С. Листы, закаленные при температуре изотермической выдержки

250 С, отпускали при температурах 170, 210, 250, 290 и 330 С. После этого рессорные листы подвергали продольной накатке роликами диаметром 4 мм с усилием на ролик 5 кН. Усталостные испытания проводили при пульсирующем цикле нагружения, осадку рессор определяли после двухкратного обжатия и после выдержки в обжатом состоянии в течение 100 ч.

Для сравнения испытывали рессорные листы, обработанные по рекомендуемому

ГОСТ 14959 — 79 режиму — закалка в масле, отпуск 450 С с последующим дробеструйным наклепом, а также по способупрототипу — индукционный нагрев при

950 С, гибка, струйное охлаждение, самоотпуск при 400 С, закалка на глубину 2 мм, отпуск и наклеп дробью.

Из приведенных в табл. 2 данных видно, что закалка при температуре изотермической выдержки 170 С сообщает стали слишком высокую твердость HRC 60, а при

330 С вЂ” слишком низкую HRC=46, в обоих случаях усталостная прочность листов значительно снизилась по сравнению с листами, закаленными при рекомендуемой температуре изотермической выдержки 210 — 290 С (М„+40 С) .

:I5!4807

Таблица1

Число цикТемпература изотер- Относительное Твердость мической выдержки скольжение, Л сердцепосле гибки, 0 вины, hRC лов до разрушения,х х10

26

28

47

28

43

46

38

38

38

38

38

38

0

450

При повышении температуры отпуска с

170 до 210 С осадка рессорных листов после двухкратного обжатия уменьшалась в

1,5 раза, однако после отпуска при 330 С наблюдалось заметное снижение твердости пОверхности и усталостной прочности листов. Рессорные листы, изотермически закаленные при 250 С и прошедшие высокотЕмпературное пластическое деформирование поверхности, показали долговечность

47х10" циклов нагружений, тогда как листы, не прошедшие обработку поверхности,— только 26x10 циклов.

Влияние режимов термической обработки нв эксплуатационные характеристики рессорнЬ х листов показано в табл. 2.

Из приведенных данных видно, что долговЕчность рессорных листов, изготовленных по пРедлагаемому способу, оказалась выше более чем в 4 раза, а релаксационная стойкость, определяемая путем замера величины осадки после выдержки под нагрузкой в течение 100 ч, — в 3 раза по сравненик с рекомендованным стандартом режимом, а по сравнению с обработкой по способу-протртипу долговечность рессор увеличилась п римерно в 2 раза.

Размерная нестабильность рессорных листов после изотермической закалки уменьшилась в 1,5 — 2,0 раза по сравнению с обычной закалкой и отпуском.

Предложенный способ может найти приМенение также при изготовлении пружин и других изделий, работающих в условиях циклического нагружения.

Формула изобретения

1. Способ изготовления рессорных листов, включающий индукционный нагрев до температуры закалки, гибку, ускоренное охлаждение, поверхностную закалку на глубину 0,1 — 0,3 толщины рессорного листа и наклеп, отличающийся тем, что, с целью повышения усталостной прочности и релаксационной стойкости листов, перед гибкой с температуры нагрева под закалку осуществляют поверхностную пластическую дефор15 мацию листа с относительным скольжением

20 — 50О, а ускоренное охлаждение ведут до температуры изотермической выдержки

Мн (+ 100 150) С

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхностную закалку осуществляют путем индукционного нагрева и ускоренного охлаждения с изотермической выдержкой.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после поверхностной закалки проводят отпуск.

25 4. Способ по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что повторная изотермическая выдержка и . отпуск проводятся при температуре М„ (+40) С.

5. Способ по и. 1, отличающийся тем, что наклеп осуществляют накаткой с помощью роликов.

1514807

Таблица2

Число циклов до разрушения, х 10

Твердость поОс адка, мм

Режим термообработки после выпосле двухкратного обжатия верхности

HP.Ñ держки

100 ч

Изотермическая выдержка после гибки

380 С

Изотермическая закалка 170 С

То же, изотермическая закалка 210 С

То же, изотермическая закалка 250 С

То же, изотермическая закалка 290 С

То же, изотермическая закалка 330 С

То же, изотермическая закалка 250 С, опуск 170 С

То же, изотермическая закалка 250 С, отпуск 210 С

То же, изотермическая закалка 250 С, отпуск 250 С

То же, изотермическая закалка 250 С, отпуск 290 С

То же, изотермическая закалка 250ОС, о пус

То же, изотермическая закалка 250 С*

Закалка в масле, отпуск 450 С

Индукционный нагрев

950, струйное охлаждение, самоотпуск

400 С, закалка на

45

47

46

55

55 4

55 4

49

55

46

10 глубину 2 мм (прототип) 18

58 Высокотемпературное пластическое деформирование поверхности не проводилось.

1514807

700 б00

500 жи к

70 70 дремя, сек

Фиг.,2

Составитель A. Орешкина

Техред И. Верес Корректор М. Самборская

Заказ 6195/28 Ти раж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101