Способ упрочнения деталей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ

Союз Советсккк

Социалистических

Республик (11)610873

Е . 1:) (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 300776 (21)2391141/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.06.78. Бюллетень № 22 (51) М. Кл.

С 21 Р 1/78

С 21 Э 7/14

С 23 F 17/00

facflapcTeaeabll 101итэт

Cerebra Mrercxpca CCCI

aa @@@® rec6yaxeeel н етирыти)) (53) УДК 621. 785.787 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 200578 (72) вторы изобретения

В.И.Повар, И.С.Духовный, И.Л.Куликов и Ю.A.Áåëûõ (71) Заявитель

Научно-исследовательский институт автотракторных материалов (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к области упрочняющих обработок деталей и может быть использовано в частности, в автомобильной прожшленности при изготовлении поршневых пальцев, шкворней, 5 крестовин, .валов и ряда других деталей °

Известен ряд технических решений, близких к .предлагаемому. Это комбинированные способы упрочнения, например, 10 химико-термическая обработка (ХТО) и последующее холодное пластическое деФормирование (1), аэотирование и обкатка роликами до н после него (2), высокотемпературная термомеханическая 15 обработка и последующее поверхностное пластическое деформирование (31.

Наиболее близким к предлагаемому является способ термомеханическай обработки цементуемой стали, включающей ЯО цементацию и высокотемпературную термомеханическую поверхностную обработку (ВТМПО) (4 ).

С целью повышения кЬнструктивной прочности дополнительно проводят по- 25 верхностное пластическое деформирование (ППД) деталей.

ППД является простым универсальным и вместе с тем эффективным способом повьааения несущей способности деталей, ®

2 работающих в условиях переменных нагрузок или изнашивания. ППД может проводиться как перед ХТО, так и между

ХТО и ВТМПО. Может проводиться также ППД закаленного слоя, полученного после ВТМПО. В некоторых случаях ППД полезно проводить и до ХТО, и после него. Такая схема упрочнения детали может дополнительно включать также

ППД после ВТМПО.

Осуществление ППД перед цементацией приводит к ускорению последней и образованию более мелкодисперсных карбидов. Образование большего числа мелких карбидов и обеднение твердого раствора углеродом ведет к уменьшению количества остаточного аустенита после высокотемпературной термомеханической поверхностной обработки и обеспечению более благоприятной структуры поверхностного слоя,.что приводит к получению потаенного комплекса свойств, в особенности усталостных.

Известно, что дислокационная структура, образующаяся после ППД, наиболее стабильна у сталей с содержанием углерода 0,6-0,9В, так как при этом дислокации закрепляются сегрегациями атомов углерода. Проведение ПГЩ после цементации, таким образом, под610873 готавливает структуру под ВТМПО. Так как нагрев под ВТМПО проводится с относительно большой скоростью (3050 /сек), то подготовленная структура

9 сохраняется, и в реЗультате обработки по этому способу получается однородная структура мелкоигольчатого мартенсита с равномерно распределенными диспергированными участками аустеннта и карбидов, обеспечивающая хороший комплекс механических свойств.

Осуществление ППД после ВТМПО в виде обкатки по мартенситу ведет к наибольшему относительному приросту твердости, дроблению карбидов и уменьшению содержания остаточного аустенита, количество которого после ВТМПО цементованной стали излишне велико. .Все это приводит к улучшению эксплуатационных свойств деталей.

При применении ППД как до, так и после XTO либо до, после ХТО и после

ВТМПО происходит дополнительное увеличение конструктивной прочности деталей.

Для упрощения технологии обработ- 25 ки деталей по предлагаемому способу

ППД и BTNIIO можно осуществлять с помощью одного и того же устройства, описанного в авторском свидетельстве

9 310941 ° Параметры процесса цемента- 30 ции (температура, время, состав среды) выбираются таким образом, чтобы обеснечить заданные глубину слоя и распределение концентрации углерода по глубине слоя, которые зависят от вида 8 нагружения детали в процессе эксплуатации. При ВТМПО упрочняемую поверхность до температуры Асэ 30-.50ОС, затем обкатывают поверхностный слой детали роликами. После окончания обкат- 0 ки проводят закалку и заключительный отпуск, температура и продолжитель-.--. ность которого зависят от условий эксплуатации детали. Рекомендуемое удельное давление при обкатке 10-20 хг/мм..45

Помимо вышеописанного процесса цементации, поверхностный слой детали перед ВТМПО может быть насыщен азотом или углеродом и азотом, или подвергнут одно- или многокомпонентному насыщению другими элементами, напри=" мер хромом, алюминием, кремнием.

Рекомендуемое удельное давление обкатки при ППД ферритоперлитнЫх структур 100-150 кг/мм, мартенсита

2 С

250-300 кг/мм, азотированного слоя . >5

550-700 кг/мм

Пример. Обработка по предлагаемому способу. По пунктам 1,2 формулы изобретения: деталь иэ стали 20Х (палец 40, длиной 300 мм) обкатывают 60 вхо одную Роликами в течение 30 с при а удельном контактном давлении 100 кг/мм.

Цементируют при 930+10 С 8,5 ч, охлаждение на воздухе. Затем нагревают до 930+10 С. Одновременно обкатывают поверхность образца роликами в течение 40 с при удельном контактном давлении 10 кг/мм . По завершеЕ нии процесса высокотемпературного деформирования проводится закалка на мартенсит. Заключительный отпуск

200 С 1 ч.

По пункту 3 формулы изобретения: ту же деталь цементируют при 930 + 10 С

8,5 ч, охлаждение на воздухе. Обкатывают вхолодную роликами при удельном контактном давлении 100кг/мм в течение 30 с. Затем нагревают до

930 +10 С.

Одновременно обкатывают поверхность образца роликами в течение 40 с при удельном контактном давлении 10 кг/мм

По завершении процесса высокотемпературного деформирования проводится закалка на мартенсит, Заключительный отпуск 200 С 1 ч.

По пункту 4 формулы изобретения: ту же деталь цементируют при

930+10 С 8,5 ч охлаждение на воздухе.

Нагревают до 930+10 С. Одновременно обкатывают поверхность образца роликами в течение 40 с при удельном контакт» ном давлении 10 кг/мм . По завершений

2. высокотемпературного деформирования проводится закалка на мартенсит и о отпуск 200 С 1 ч. Затем обкатывают вхолодную роликами при удельном контак тном давлении 270 кг/мм в течение 30 с.

По пункту 5 формулы изобретения: выпоняется обработка по пункту 2, но дополнительно проводится холодная обкатка роликами до и после химико-тер- мической обработки.

По пункту б формулы изобретения: выполняется обработка по пункту 5, но дополнительно после высокотемпературной термомеханической поверхностной обработки проводится холодная обкатка роликами при удельном контактном давлении 270 кг/мм

Обработка по прототипу.

Ту же деталь цементируют при

930 10 С 8,5 ч, охлаждение1на воздухе, Затем нагревают до 930+10 С.

Одновременно обкатывают поверхность образца роликами в течение 4 с при удельном контактном давлении 10 кг/мм

IIo завершении процесса высокотемпературного деформирования проводится закалка на мартенсит. Заключительный отпуск

200 С 1 ч.

Результаты определения контактнопрочностных свойств деталей после вышеукаэанных режимов обработки приведены в таблице.

610873 вердос нес ед ос ти

Предел контактной выносливости G, к г/мм осительиэносойкость, Ъ

Обраб

По прототипу

62 1

77-" 3

19625

100

По предлагаемому способу по пунктам:

1,2

63 1

63-1

64-1

64 1

64 1

84-4

83+3

208 5

215-7

107

119

86 2

88-+3

9 0 -3

140

218 5

221 6

130

160

Формула изобретения

Составитель Р.Клыкова

Редактор Г.Иозжечкова Техред Е. Давидович Корректор Н.Ковалева

Заказ 3100/21 Тираж 716 Подпи Сн ое цНИИПИ Государственного кОмитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Таким образом, предлагаемый способ упрочнения деталей, включающий ППД

ХТО и ВТИПО, обеспечивает получение высокого комплекса износных и контактно-прочностных свойств. Например, упрочнение поршневого пальца двигателя автовюбиля по предлагаемому способу повышает срок службы примерно на 50% по сравнению с ныне существующей техн оло гней.

1. Способ упрочнения.деталей, включающий последовательное проведение химико-термической и высокотемпературной термомеханической обработки, о т " л и ч а ю шийся тем, что,с целью 4" повышения конструктивной прочности, дополнительно проводят поверхностное пластическое деформирование деталей.

2 ° Способ по п.1, о т л и ч а ю« шийся тем, что поверхностное 45 пластическое деформирование проводят перед химико-тер: ической обработкой.

3. Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что поверхностное цласй тическое деформирование провокт после химико-термической обработки.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что поверхностное пластическое деформирование проводят пос ле высокотемпературной термомеханической поверхностной обработки.

5. Способ по п.1., о т л и ч а ю— шийся тем, что поверхностное пластическое деформироввние проводят до и после химико-термической обработки.

6. Способ по п.5, о т л и ч а юшийся тем, что поверхностное пластическое деформирование проводят дополнительно и после высокотемпературной термомеханической поверхностной обработки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

9 415316, кл, С 21 2 1/78, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 191603 кл. С 21 2 1/78, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 368336, кл, С 21 Э 1/78, 1973 °

4; Металловедение и термическая обработки металлов; 1972, 92, с.80.