Способ упрочнения деталей

 

Г

В ( ( ( (А ( ( (ЮЗ СОВЕТСКИХ

ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1) 4869723/08

2) 28,09.90

) 30.1293 Бюл. Йа 40-47

1) Опытный завод Института прикладной физики

CCPM

2) Козин В.М.; Ермилов В.В.; Сафонова Л.И.

4} СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕИ

7) Использование: электрофизическое упрочнее металлических деталей машин и инструментов. ность изобретения: непосредственно после ектроэрозионного легирования стальных деталей ествляют обработку детали холодом в течение (19) SU (11) 1839127 Al (51) 5 323 Н9 ОО периода времени, определяемого по формуле

t=(C P ltl /Л +СР и /Лд) Т /(T --Ò ), ГДЕ

С и С вЂ” теплоемкости материалов покрытия и ос1 2 новы соответственно; Л и Л вЂ” теплопроводности г материалов покрытия и основы,"р и р — объемные

1 2 плотности материалов покрытия и основы; hl

1 толщина покрытия; Ы вЂ” толщина подслоя детали;

Т вЂ”;Т

1 2 — температура охлаждающей среды 1 табл.

1839127

Изобретение относится к машиностроению, в частности к упрочнению металлических деталей машин и инструментов, Цель изобретения — улучшение эксплуатационных характеристик стальных деталей эа счет структурных изменений подслоя.

Способ осуществляют следующим образом.

Непосредственно после электрофизической обработки детали в упрочненном слое дополнительно осуществляют аустенитно-мартенситное превращение путем обработки поверхности детали холодом в течение периода времени, зависящего от материалов основы и покрытия и определяемого по формуле где С1 и Сг — теплоемкости материалов покрытия и детали (основы) соответственно;

Л1 u i — теплопроводности материалов покрытия и основы; р1 и + — объемные плотности материалов покрытия и основы; й1 — толщина покрытия;

biz — толщина подслоя детали;

Т1 — температура детали до обработки холодом; 30

Т2 — температура охлаждающей среды.

Величину толщины покрытия и толщины подслоя определяют экспериментально по микрошлифу образца.

Подслой представляет собой область 35 термического воздействия импульсных разрядов и для закаленных сталей является зоной отпуска, величина которой определяется параметрами разряда.

Обработка холодом закаленных дета- 40 лей после упрочнения, включающего тепловое воздействие, позволяе ликвидировать или значительно уменьшить остаточный

"мягкий" аустенит в структуре упрочненного слоя за счет превращения его в "твердый" мартенсит. В результате значительно возрастает твердость, а следовательно, и износостойкость упрочненного слоя, состоящего из нанесенного материала покрытия и подслоя, т.е. приповерхностного слоя детали.

Вязкая сталь хорошо работает при переменных нагрузках, но обладает низкой износостойкостью. Твердая сталь обладает хорошей иэносостойкостью, но плохо работает при переменных нагрузках, 55

Обработка детали холодом в течение короткого периода времени, зависящего от материалов детали и покрытия, позволяет осуществлять охлаждение всего упрочненного слоя, не охлаждая при этом сердцевину детали. При этом получают иэносостойкую деталь с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной, обладающую способностью работать при переменных нагрузках.

Температура мартенситного превращения инструментальной стали некоторых основных марок приведена в табл,1, Продолжительность выдержки между упрочнением и обработкой холодом при комнатной температуре значительно влияет на стабилизацию аустенита.

По продолжительности выдержки все стали можно разделить на три группы, К первой группе относятся стали, практически нечувствительные к времени выдержки, Это хромоникелевые стали (например, 18Х2Н4ВЛ, 12Х2Н4Л и т.д.).

К второй группе относятся стали, обладающие склонностью к стабилизации аустенита при выдержке между упрочнением и обработкой холодом 2-3 ч. К этой группе принадлежат хромистые цементируемые стали, инструментальные стали ХГ, ХВГ, Х12. X и т.д. и быстрорежущие стали P 9, P

18 ит,д, Стали третьей группы не допускают никакой выдержки. В этом случае выдержка при комнатной температуре даже в течение часа может значительно снизить эффект от применения охлаждения. K этой группе относятся инструментальные стали У8, У10, 9Х, 9ХС и т.д, и углеродистые стали 10, 15, 20, Таким образом, в общем случае предпочтительно подвергать деталь обработке холодом непосредственно после процесса упрочнения электрофиэическим способом.

Способ поясняется примерами, Пример 1. Образец из стали 2Х3 подвергают обработке электроискровым легированием (ЭИЛ) на установке "Элитрон22А" в режиме lV медным электродом.

Удельное время легирования — 2 мин/см . В

2 результате получено покрытие иэ меди М2

О 4 мм, толщиной 72 мкм (Л1 = 72 10 м), Толщина подслоя детали 34 мкм (М2 ——

34. 10 б м).

Непосредственно после обработки

ЗИЛ всего образца его помещают в камеру холода (КТХ) при температуре, равной точке

Мк — 100 С конца мартенситного превращения стали 20ХЗ (табл.2).

Образец до охлаждения находился на воздухе при комнатной температуре, при

ЭИЛ происходит локальный кратковременный нагрев в точке обработки, но общий тепловой баланс детали не меняется. Таким образом, температура детали до охлажде ния Т = 293 К, температура охлаждения Т 1839127 в з!

Таблица 1

Сталь м

280 - 230

240 - 185

220- 180

175 - 145

210 - 185

155 - 120

120 - 100

140 - 120

160 - 140

160- 140

120 - 100

130 - 120

300 - 255

255 - 230

230 - 210

210- 175

7Х

7Х9

9Х

-55

-60

-70

-90

9ХС

ХВГ

ХГ

20Х3

13Н2А

13Н5А

12Н5А

18Х2Н4ВА

У7

-60

-110

-120

-100

-95

-95

-120

-110

-55

-55

Ф

-55

У8

У9

У10

-60

73 I;, Время обработки холодом t = 5 с, и охлаждении детали в течение 5 с до Т =

К (-100 С) происходит отвердевание дслоя, но сердцевина детали остается кой.

Твердость детали до обработки HRC 54.

Твердость подслоя после ЭИЛ HRC 48.

Твердость подслоя после охлаждения, С 60.

В результате твердость увеличилась на

6 д.

Пример 2. Образец — деталь из стали

Х18Н10Т подвергалась упрочнению титан вым сплавом ВТ1 на установке ЭФИ-46.

Удельное время легирования 3 мин/см

2 н режиме И1.

Точка М» (конец мартенситного превращ ния) — 110 С для стали 12Х18Н10Т.

Для стали 12Х18Н10Т:

С2 10 = 0,378 кг К

А- я — -" —. м с К

pz» 7,9 10 кГ/м

Для титанового сплава ВТ1:

С1 ° 10 = 0430 Дж xC " К, Л1=- 20 Дж м с К, р1=4,5 1О кГ/мэ.

Толщина титанового покрытия 52 мкм =

1.

Толщина подслоя после ЭИЛ 18 мкм =

Ti 293 К

Tz =-163 К, Время охлаждения t = 12 с, Результаты обработки:

Твердость детали до обработки HRC 58.

Твердость подслоя после ЭИЛ IRC 4851.

Твердость подслоя после охлаждения

HRC 63.

10 Твердость подслоя увеличилась на 5 ед.

Данный способ упрочнения деталей позволяет устранить недостатки, присущие мЕтодам злектрофиэического упрочнения, а именно. образование в приповерхностном

15 слое участков с пониженной твердостью, возникающих в результате мартенситноаустенитного перехода под действием высоких температур.

Суммарная твердость детали после аустенитно-мартенситного превращения в поверхностном слое повышается. При этом низкотемпературное воздействие длится период времени, необходимый для охлаж25 дения только поверхностного слоя, сердцевина детали не успевает охладиться и остается вязкой, что позволяет испольэовать детали после обработки в условиях переменных нагрузок.

30 (56) Авторское свидетельство СССР

Nã 833424, кл. В 23 Н 9/00, 1979.

Г ани ы п ев а ения, С

1839127

Продолжение табл. 1

Таблица 2

Составитель Ю. Пинчук

Редактор M. Стрельникова Техред М.Моргентал КоРРектоР П. Гереши

Заказ 3401

Тираж Подписное

НПО ."Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г; Ужгород, ул.Гагарина, 101 формула изобретения

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ, включающий злектроэрозионное легирова-: ние и термическую обработку, отличающийся тем, что, с целью улучщения эксплуатационных характеристик стальных деталей путем структурных изменений подслоя, непосредственно после электроэроэионного легирования осуществляют обработку детали холодом в течение периода времени t, определяемого по формуле с а6 су2л Я т|

Л1 A2 ) Т1-Т2 : где С1 и С2- теплоемкости материалов по : крытия и основы (детали) соответственно;

Л1и Лг - теплопроводности материалов покрытия и основы соответственно; р1и рг - объемные плотности материалов покрытия и основы соответственно;

Û1- толщина покрытия:

Ab - толщина подслоя детали;

Т - температура детали до обработки холодом;

Т2- температура охлаждающей среды,