Способ термического упрочнения деталей

 

Изобретение относится к термической обработке чугунного литья с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее - электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении поршневых вставок, колец и гильз двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - увеличение износостойкости. Сущность изобретения заключается в том, что обработку чугунных деталей осуществляют в вакууме 10 Па сканирующим электронным лучом диаметром 0,8-1,0 мм со скоростью перемещения луча 8,0-10,0 мм/с, с нагревом детали до 1200-1450°С и последующим быстрым охлаждением кристаллизующегося расплава. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 0 1/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

| (21) 4265365/02 (22) 18.06,87 (46) 30.11,91. Бюл. ¹ 44

Ф (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (72) В.А.Шевченко, В.В.Бондарь, В.И,Осадчая и бен Ламин Махомед Насер (53) 627.785,79 (088.8) (56) Авторское свидетельство ЧССР № 224834, кл. С 21 0 1/09, 1934.

Заявка ЧССР № 85/00622, кл. С 21 0 1/06, 1985. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к термической обработке чугунного литья с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении поршневых вставок, колец и гильз двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — увеличение иэносостой кости.

Сущность изобретения заключается в том, что обработка чугунных деталей осуществляется в вакууме 10 Па сканирующим. электронным лучом диаметром 0,8 — 1,60 мм с ускоряющим напряжением 45 кВ и током пучка 20 — 27 мА, Луч, направляя и фокусируя на поверхности детали, постепенно перемещают по заданному пути на локализованной поверхности. Этот путь луч проходит один раз, при этом мгновенную скорость перемещения луча изменяют в интервале 8,0—

10,0 мм/с повышения температуры выбранной области до 1200 — 14500С с после. Ж, 1694660 А1 (57) Изобретение относится к термической обработке чугунного литья с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее — электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении поршневых вставок, колец и гильз двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения — увеличение износостойкости.

Сущность изобретения заключается в том, что обработку чугУнных деталей осуществляют в вакууме 10 Па сканирующим электронным лучом диаметром 0,8-1,0 мм со скоростью перемещения луча 8,0 — 10,0 мм/с, с нагревом детали до 1200-1450 С и последующим быстрым охлаждением кристаллизующегося расплава. 1 табл. дующим быстрым охлаждением детали за счет теплоотвода в ее массу. Глубина эоны плавления 1,0 — 1,5 мм, ширина 0,5 — 1,0 мм.

Особенности условий обработки позволяют воздействовать на компоненты обрабатываемой поверхности с целью формирования аустенитно-карбидной структуры зоны плавления с повышенной твердостью при быстром охлаждении и кристаллизации расплава.

Обоснование интервалов параметров обработки диаметра электронного пучка

0,8-1,0 мм; скорости перемещения пучка

8,0-10,0 мм/с и температуры нагрева детали 1200 — 1450 С, дано в виде табличных данных в таблице.

Из таблицы следует, что оптимальными следует считать диаметр пучка 0,8 — 1,0 мм, скорость перемещения пучка 8,0 — 10,0 мм/с и температура нагрева 1200-1450 С.

Пример 1, Деталь из аустенитного чугуна следующего химсостава, : углерод

1694660

3,0/3,8; кремний 2,0-2,5; марганец 8,0 — 11,0; никель 0,8 — 1,5; медь 2 5-3,5; алюминий 0,81,2; железо — остальное, размером

100х100х10 мм очищали перед термическим упрочнением от загрязнений ацетоном и этиловым спиртом и помещали в вакуумнуЮ камеру с вакуумированием 10 Па. Сканирующий электронный пучок диаметром

0,8 мм с ускоряющим напряжением 45 кВ и током пучка 20 мА направляли и фокусировали на локализованной поверхности детали, перемещая пучок со скоростью 8 мм/с.

Этот путь электронный пучок проходил один раз для достижения температуры выбранной области, равной 1200 С. Затем электронный пучок отключался и происходило быстрое охлаждение расплава за счет отвода тепла в массу детали. Глубина зоны плавления 1,5 мм, ширина 1,0 мм.

Высокая скорость нагрева и охлаждения обеспечивают воздействие на компоненты обрабатываемой поверхности и повышением микротвердости порядка

4100 Па, по сравнению с исходной микротвердостью чугунной детали 2400 Па. В результате увеличения микротвердости возрастает ресурс работы чугунных деталей в 1,5 — 2,5 раза за счет повышения износостойкости трущихся поверхностей.

Испытания на износ проводились на машине СМУ-2. Испытания велись в следующем режиме: число оборотов 300 об/мин, усилие — 250 Н. Испытания проводились при сухом трении три раза и продолжались в течение трех минут. Бралось среднее значение от трех результатов потери массы ЛМ (г/см ). Для сопоставительного анализа были проведены испытания образцов, обработанных совместно электронным лучом и лучом лазера и электронным лучом (предлагаемый способ).

1. Обработка по поедлагаемому способу:

ЛМ =0,072 г/см .

2. По прототипу:

h,M =0,1 г/см .

Т.е. образцы, прошедшие обработку по предлагаемому способу, имели износостой кости в 2,0 — 2,5 раза выше по сравнению с прототипом.

Пример 2, При термическом упрочнении чугунных деталей на верхних граничных значениях параметров способа: диаметр пучка 1,0 мм, скорости перемещения элект5 рон ного пучка 10 мм/с, ускоряющего напряжения 45 кВ и тока пучка 27 мА значение микротвердости после упрочнения составило 4070 Па.

Таким образом, упрочнение чугунных

10 деталей с целью снижения ресурса их работы возможно как при использовании верхних граничных значениях способа, так и при нижних значениях, так как качество упрочненных трущихся поверхностей иден15 тично.

Однако нагрев поверхности чугунных деталей выше 1450 С отрицательно сказывается на качестве поверхности в результате интенсивного испарения компонентов

20 сплава с заметным порообразованием в зоне обработки.

К техническим преимуществам предлагаемого технического решения, по сравнению с прототипом, можно отнести

25 возрастание ресурса работы чугунных деталей двигателей внутреннего сгорания в 1,5—

2,5 раза в результате повышения износостойкости трущихся поверхностей путем целенаправленного превращения ме30 ханического воздействия в зоне контакта в энергию фазовых превращений металла при сохранении высокой пластичности аустенитной матрицы чугуна, армированной твердыми карбидными включениями.

Формула изобретения

Способ термического упрочнения дета40 лей, преимущественно из чугуна, включающий нагрев поверхности в вакууме до заданной температуры электронным лучом заданного диаметра, движущегося по поверхности с заданной скоростью, и охлаж45 дение, отл и ча ю щи и ся тем, что, с целью увеличения износостойкости, нагрев осуществляют до 1200 — 1450 С электронным лучом диаметром 0,8-1,0 мм и движущимся со скоростью 8,0 — 10,0 мм/с, 50