Способ комбинированного упрочнения деталей
O ll H C A H H K (ii)933747
ИЗЬБРЕТЕ Н ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (6I) Дополнительное к ает. сеид-ау (22) Заяелено 19.06.80 (21) 2944561/22-02 с присоединением заявки М (23 ) П риоритет (51)N. Кл.
С 21 О 7/04
С 2! О 8/00
1еаударетаеивй кеиатат
CCCP аа ааааи ааеаретеаай а етерьпвй
Опубликовано 07 06 82 Бюллетень М 21
Дата опубликования описания 07 06 82 (53) УД 621.785.
545:621.787. (72) Авторы изобретения
Л. П. Марков и Л. М. Школьник
Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский институт железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО УПРОЧНЕНИЯ ДБТАЛЕЙ
Изобретение относится к способам поверхностного упрочнения и может быть нснолъзовано для поверхностного упрочнения. деталей машин.
Известен комбинированный способ поверхнос. тного упрочнения, например аэотнрованне с последующим обкатыванием роликами 11}.
Известен способ упрочнения деталей, сочетающий объемную закалку с последующим поверхностным деформированнем (ППД) (2}Однако указанными способами можно упрочнять только детали иэ высоколегированных сталей илн сравнителыю небольшие детали.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, включающий поверхностнув закалку с нагревом токами высокой частоты и последующую поверхностнув пластическую деформацию (3}.
Недостатками способа являются невозможность распространенна приведенных режимов уцрочнения на детали, поскольку режимы
И упрочнения даны для образцов диаметром
10 мм; невозможность выбора оптимальных режимов обработки, обеспечивающих макси2 мальное повышение циклической прочности н нзносостойкости.
Цель изобретения — повышение циклической прочности и износостойкости деталей, а также повышение эффективности комбинированного управления закалкой токами высокой частотът и поверхностной пластической деформацией эа счет рационального выбора оптимальных режимов обработки для деталей с любой твердостью и размерами.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу комбинированного упрочнения деталей, включающему поверхностнув закалку с нагревом токами высокой частоты и последующую поверхностную пластическую деформацию, последнюю осуществляют с относительным удлинением поверхностного слоя
E = 1,3 — 1,8%.
При этом поверхностную закалку с нагревом токами высокой частоты производят на твердость HRG 50 — 55.
Поверхностнув пластическую деформацию осуществляют обкаткой роликами.
-too < р) 40
3 933747
После поверхностной закалки на твердость
HRC 50 — 55 и обкатки роликами, с целью увеличения стабильности свойств, проводят отпуск при 200-300 C.
Относительное удлинение поверхностного э слоя Я является кумулятивным параметром выбора режима обкатывания, в котором обобщено влияние усилия накатывания и кривизны контактирующих поверхностей ролика и деталей. t0
Этот параметр может быть использован для выбора усилия обкатывания деталей различного диаметра роликами с различным диаметром и профильным радиусом, при этом достигаются одинаковые степень повышения t5 поверхностей твердости, глубина наклепа и уровень остаточных напряжений, поскольку все эти характеристики в свою очередь зависят от того, насколько интенсивно продеформирован поверхностный слой детали. 20
Относительное удлинение поверхностного слоя — это отношение разности длин отрезков образующих поверхности детали под роликом до и после обкатки.без подачи за 5 или более оборотов, обеспечивающих стабилизацию раэ-2з меров канавки, к первоначальной длине отрезка образующей до обкатки, выраженное в процентах.
Для цилиндрической детали Е вычисляется по формуле
30 где Я вЂ” относительное удлинение поверхностного слоя обкатываемой детали;
Я вЂ” профильный радиус ролика; — ширина канавки, оставляемой роликом на поверхности детали при обкатке без подачи при тех или иных частных значениях величины усилия, прикладываемого к ролику.
Ширина канавки t связана с относительным удлинением поверхностного слоя Е и профильным радиусом ролика R отношением
fbR
4$
Бе., тт (2)
Оптимальное усилие обкатывания принимается равным усилию, при котором 13% Я
%4 S (1,8%, что соответствует ширине канавки, оставляемой роликом при обкатывании без подачи т, равной 1 1 1g.g0,г, 4.)Я ц gq c (Ъ.0,043М) (Ь 0,048+4) -1Ь (3.0,0 8 4/
М или0,55 R tet < 0,64 R.
Пример 1. Упрочняется деталь диаметром 80 мм из стали 50. Закалка ТВЧ произведена на твердость HRC 57. Обкатывание производится роликом диаметром 100 мм с профильным радиусом 6 мм. Необходимо выбрать усилие обкатывания, при котором обеспечивается Е 1,5%. Расчет по формуле(2) дает ширину канавки 3,5 мм. Путем обкатывания без подачи ролика при разных усилиях накатывания устанавливаем, что ширину канавки 3,5 мм обеспечивает обкатывание с уси. лием 3300 кгс. Ширина канавки измерялась микроскопом с точностью 001 мм.
Пример 2. Условия обкатывания те же, но твердость детали HRC 25. Ширину канавки 3,5 мм обеспечивает обкатывание с усилием 510 кгс.
Обоснование оптимальных допустимых пределов режима комбинированного упрочнения осуществляют определением важнейших свойств, характеризующих упрочнение (предела выносливости 3 „, абсолютного приращения твердости д Нч, остаточных сжимающих напряжений 5 т и износостойкости, которую оценивают по длине лунки, образованной на поверхности испытуемых образцов вращающимся стальным диском диаметром 300 мм при нагрузке 14 кгс и числе оборотов 50 об/мин).
Указанные характеристики, определяемые на образцах иэ стали марки 50, диаметром
80 мм после закалки с нагревом токами высокой частоты на различную твердость закаленного слоя с последующей обкаткой роликами с различным относительным удлинением поверхностного слоями,, приведены в табл. 1.
Наибольшие абсолютные значения предела выносливости имеют обкатанные образцы с исходной твердостью после закалки НЯС 50 — 55.
Оптимум свойств при каждом из рассмотренных диапазонов твердостей достигается при одинаковом относительном удлинении поверхностного слоя 1,3 — 1,8%.
Стабильность свойств деталей после закалки токами высокой частоты и обкатки роликами повышается в результате отпуска при темратуре 200-300OС
Данные иа влиянию температуры отпуска на стабильность упрочнения, оцениваемую по изменению уровня остаточных напряжений в поверхностйом слое после проведения усталостных испытаний на уровне = 1,2Ьо „при
100 тыс. циклов приведены в табл. 2. Отпуск . значительно стабилизирует остаточные напряжения, приводя к их меньшему снижению после циклического нагружения.
Пример 3. Образцы из стали марки
50 диаметром 80 мм подвергают поверхностной закалке токами высокой частоты на твердость HRC 55 и последующей обкатке роликами по известному (31 и предлагаемому
Относительное удлинение поверхностного слоя,E
1 T I l
Показатели
0 05 1,0 1,5 2,0
При HRC 40 — 45
6, ., кгс/ммз
33-36
25 — 27
30-33
30-35
35-37
ЬНч, кгс/ммз оЕт
При HRC 45 — 50
5 — 10
10-20
20-30
30-32, кгс/мм
40 — 42
35-36
36 — 40
70-,80
30-70
20-30
Ь Нч кгс(мм
Длина лунки, мм
30 — 50 30-40
10-30
5 — 10
10-14
12 — 19
11-18
9-13
9 — 13
Прн HRC 50 — 55 (Р 0 ч, Kfc/MM
35-37 42 — 44
45 — 46
47 — 48
45-47
l0-30
Ь Нч, кгс/мм
Длина лунки, мм
50 — 80
80 — 100
5 — 10
20-30
50-70
8 — 12
7- 11
6,7
6 — 10
Прн НЯС 55 — 66
КГС/ММ
37 — 40
40 — 42
42 — 44
20 — 50
Ь Нч
6, к /мм
Длина лунки, мм
50 — 70
20-30
40 — 50
6,5-7,5
S 93374 способу с различным относительным удлинением поверхностного слоя. Результаты обработки приведены в табл. 3.
Использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение износостойкости и цик- 5 лнческой прочности на 15 — 20%.
Дополнительные преимущества предлагаемого способа упрочнения по сравнению с известным заключаются в том, что предлагаемый выбор режима не требует проведения >В б сложных предварительных зкснериментов для перенастройки накатйого оборудования при переходе с одного вида деталей иа другой и при замене роликов накатного приспособ. пения. Особенно зто преимущество будет ощутимо в мелкосерийном производстве, где подбор нагрузки и режима закалки занимает до 90% всего времени, требуемого на изготовление партии, а иногда является нричиной отказа от изготовления.
Таблица 1
10 — 20 20 — 40 40 — 45
933747
Т а б л и ц а 2
Вариант упрочняющей обработки
10
65
82
91
71
Таблица 3
Характеристики
0„ 5 1,0 1,3!,5 1,8 2,0
0,7
Прирост твердости после ТВЧ+ППД,%, ЬНм
65 60 90
0,15
10 10 10
10 10 10
Остаточные напряжения после ТВЧ+ППД, Icfc/мм, Qgcg
90 85 80
3,0 70 70
0,1
44 40 38
20 30 35
6 — 8 6 — 8 6 — 7
7-11 6-10 6-9
7-11
Длина лунки, мм
Формула иэобретеиия
1. Способ комбинированного упрочнения деталей, включающий поверхностную эакалку
Закалка ТВЧ
Закалка ТВЧ+ППД
ТВЧ+ППД+отпуск 200 C
ТВЧ+ППД+отпуск 300 С
Относителъное удлинение поверхностного слоя при обкатывании, %
Остаточные напряжения после ТВЧ, кгс/ммэ е ocr
Приращение предела выносливости после
ТВЧ+ППД (по сравнению с ТВЧ),%,6 трах ост исходном состоянии кгс/ммэ с нагревом токами высокой частоты и после. дующую поверхностную..пластическую деформа цию,отличающийся тем,что,с целью повышения циклической прочности
933747
Составитель И. Лнпгарг
Техред Е. Харптончик Корректор M. немчик
Редактор В. Бобков
Заказ 3866/8
Тираж 587 Hagmrcaoe
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобоетений н открытий ! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
9 и иэносостойкости, поверхностную пластическую деформацию осуществляют с относительным удлинением поверхностного слоя
Я 1,3 — 1,8%, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что поверхностную закалку с нагревом токами высокой частоты производят на твердость HRC 50-55.
3. Способ но п. l, о т л и ч а ю щ и йс я тем что поверхностную пласти юскую деформацию осуществляют обкаткой роликами
4. Способ по rm. 1 — 3, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения ста10 бильиостн свойств, после поверхностной за-. калки на твердость HRC 50 — 55 и обкатки ролнкамн, проводят отпуск при 200-300 С.
Источники информашш, принятые во внимание прн экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР Н 205864, кл. С 21 0 7/04, 1968.
2. Балтер М. А. Упрочнение деталей машин.
М., "Машиностроение", 1978, с. 43-47.
1а 3. Ниронович И. А. Усталостная прочность упрочненных fllM образцов в условиях фреттшга. "Физико-химическая механика материалов", 1980, и 1, с. 53-57.
