Способ поверхностной термомеханической обработки цементованных изделий

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

r«>954451 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву

1 (22) Заявлено 28.05. 80 (21) 2931849/22-02 ь с присоединением заявки №

{23) Приоритет

Опубликовано 300882. Бюллетень ¹32

Дата опубликования описания 30 ° 08. 82

Р )М Кп з

С 21 D 7/02

С 21 D 8/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

1И) УДК 621.785.

° 79 (088. 8) В.A.Ñàâèíîâ, О.И.шаврин и Б,М.Перевозчик в (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ижевский механический завод (54) СПОСОБ IIOBEPXHOCTHOA ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

15

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного термомеханическо- го упрочнения тяжелонагруженных цементованных иэделий, особенно больших размеров.

Известен способ термомеханической поверхностной обработки цементованных деталей. При этом способе заго товки Ф 41 мм подвергаются поверхностному индукционному нагреву до температуры аустениэации, деформации обкаткой роликами при статическом их нагружении и закалке. Эффективность данного способа мала, так как повышение прочности, оцениваемое по твердости, составляет 8-10% на глубине 0,3-0,4 мм Е13.

Однако для тяжелонагруженных деталей материал должен обладать более высокими механическими свойствами как поверхностного (цементованного) слоя, так и сердцевины, чтобы обеспечить требуемую прочность при ста- 25 тических и повторно-переменных нагрузках, а также высокое сопротивление большим давлением (для предотвращения продавливания слоя) при контактных циклических нагрузках. 30

Известен также способ поверхностной термомеханической обработки металлических изделий, включающий нагрев до температуры аустенизации, обкатку роликом, вибрирующим с частотой 20-30 Гц, с амплитудой, не превышающей глубины лунки контакта иэделия с роликом, и охлаждение (2).

Известный способ увеличивает глубину упрочненного слоя, благодаря чему он применим для упрочнения тяжелонагруженных изделий, особенно больших размеров.

Применительно к цементованным изделиям требуемую глубину упрочнения выбирают исходя из того, что для тяжелонагруженных изделий наряду с упрочнением цементованного слоя необходимо упрочнение и сердцевины.

Это исключает продавливание цементованного слоя или его отслоение при высоких контактных нагрузках в процессе эксплуатации изделий. Характерным при упрочнении цементованных иэделий является то, что структурные изменения, обусловленные обработкой, должны регламентироваться для резко отличающихся по содержанию углерода поверхностного слоя и сердцевины, что определяет характер структурных

954451 верхности остаются следы ударов роли-30 ка, что увеличивает шероховатость поверхности, следовательно, и припуск под последующую механическую обработку. Для цементованных изделий, у которых глубина цементованного слоя строго лимитирована, это крайне нежелательно, 35

Цементованные изделия ввиду -высокого содержания углерода в цементо" ":. ванном слое (0,9-1,2Ъ) обладают низ-, ® ким сопротивлением хрупкому разрушению.

Все это в конечном счете не обеспечивает требуемого качества упрочне- 45 ния цементованных изделий.

Цель изобретения - повышение качества упрочнения цементованных изделий, особенно больших размеров.

Поставленная цель достигается тем, что в способе поверхностной термомеханической обработки, включающем нагрев до температуры аустениэации, обкатку вибрирующим роликом и охлаждение после обкатки вибрирующим роликом на требуемую глубину упрочне55 ния производят изотермическую выдержку с последующей обкаткой тем же ро" ликом при статических нагрузках, после чего осуществляют охлаждение.

При этом обкатку роликом при стати60 ческих нагрузках производят на глубину цементованного слоя. Кроме того, охлаждение осуществляют с последеформационной выдержкой в интервале

2-10 с.

65 изменений в процессе обкатки, мартенситного превращения и процессов рекристаллизации .и распада аустени.та. Все это в конечном счете определяет уровень конструктивной прочности цементованных изделий ° 5

Поэтому при применении известного способа поверхностной термомеханической обработки для упрочнения цементо ванных крупногабаритных изделий необходимо учитывать то, что при обкат-10 ке вибрирующим роликом деформации по глубине деформированного слоя распределяются неравномерно и наибольшему упрочнению подвергается слой, лежащий на некоторой глубине от поверхности (1,5-2 мм) . Это связано с ударным характером обкатки вибрирующим роликом, при котором, в отличие от обкатки при статических нагрузках, пик максимальнбй деформации смещается с поверхности в глубину обрабаты- 20 ваемого иэделия. Однако для цемен-. тованных.иэделий, у которых глубина цементации обычно 0,6...1,5 мм, для повышения конструктивной прочности требуется в большей степени деформи- 25 ровать именно цементованный слой.

В результате импульсного характера взаимодействия вибрирующего ролика с обрабатываемым иэделием на поПрименение после обкатки вибрирующим роликом изотермической выдержки до завершения первичной рекристаллизации приводит к измельчению зерна, повышению комплекса механических свойств как цементованного слоя, так и сердцевины, особенно ударной вязкости. Длительность выдержки зависит от марки стали изделия и определяется временем, необходимым для протекания первичной рекристаллиэации. При этом для легированных сталей, вследствие большого сродства таких элементов, как хром и углерод, растворения хромсодержащих карбидов в аустените, требуется более длительная выдержка, чем для. углеродистых. Однако большая выдержка нежелательна, так как в цементованном слое появляется подслой с большим количеством остаточного аустенита.

Обкатка роликом при статических нагрузках на глубину цементованного слоя приводит к более равномерному и дополнительному.деформированию цементованного слоя, повышая тем самым комплекс свойств (прочность, пластичность, ударную вязкость) этого слоя.

Кроме того, отсутствие вибраций повышает качество поверхности на 1-2 класса шероховатости за счет сглаживания следов вибрирующего ролика, что уменьшает припуск под последующую механическую обработку.

Охлаждение изделия в зависимости от размеров иэделия и марки стали осуществляют с требуемой последеформационной выдержкой в интервале

2-10 с, что дополнительно повышает комплекс свойств цементованного слоя вследствие протекания первичной рекристаллизации. Увеличение последеформационной выдержки более 10 с приводит к выделению избыточного цемента по границам деформированных зерен в цементованном слое, понижая сопротивление хрупкому разрушению.

Поверхностной термомеханической обработке подвергают заготовки— кольца из стали 12ХНЗА (наружным диаметром 90 мм, внутренним 50 мм и шириной 24 мм), цементованных на глубину 1,2 мм (содержание углерода составляет 1Ъ). Для этого используют устройство, в котором нагреватель (индуктор), деформирующий орган и спрейер расположены в одной плоскости, что позволяет осуществлять изотермические выдержки различной продолжительности и в любом сочетании.

Глубинный нагрев токами высокой частоты до температуры аустенизации 860ОС при вращении заготовки производят от лампового генератора ЛЗ-67В секторным индуктором на глубину

10 мм, что контролируется по торцовой поверхности эаготовкй оптическим пироглетром ОППИР-017. Скорость вра954451

Формула изобретения

1. Способ поверхностной термомеханической обработки цементованных иэделий, включающий нагрев до температуры аустениэации, обкатку вибрирующим роликом и охлаждение, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества упрочнения изделий, пооле обкатки вибрирующим роликом производят изотермическую выдержку с последующей обкаткой тем же роликом при статических нагрузках, после чего осуществляют охлаждение.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что обкатку роликом при статических нагрузках производят на глубину цементованного слоя.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что охлаждение осуществляют с последеформационной выдержкой в интервале 2-10 с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Южаков И.В., Юдин В.П. Термомеханическая обработка цементованной стали 18ХГТ. — Металловедение и термомеханическая обработка металлов.

1972, 9 2, с. 80.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 488870, кл. С 21 D 7/06, 1974.

Составитель A.Äåíèñîâà

Техред С.Мигунова Корректор Е.Рошко

Редактор A.Ôðîëîâà

Заказ 6370/23 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щения составляет 6 .об/мин. Обкатку нагретого слоя осуществляют эа 2 оборота заготовки вибрирующим роликом, вмонтированным в пневмомолоток ТО-09 с частотой вибрации и усилием статического поджатия 200 кгс. После 5 этого отключают пневмомолоток, отводят ролик с помощью эксцентрикового механизма и производят изотермическую выдержку н течение 10 с, т.е. за один оборот обрабатываемой заготовки.

Понижение температуры упрочняемой поверхности в процессе обкатки вибрирующим роликом и изотермической . выдержки компенсируется одновременной работой индуктора. Затем подво- 15 дят ролик, осуществляют обкатку за два оборота при статической нагрузке

200 кгс. По завершении обкатки при статической нагрузке давали последе- формационную выдержку 5 с и произво- 2п дят охлаждение с спрейерном устройст-. ве водой под давлением 2 ати.

Для получения сравнительных данных проводят поверхностную термомеханическую обработку по следу|ощей 25. технологии: после нагрева до темпе| ратуры аустенизации 860ОС на глубину

10 мм проводят обкатку вибрирующим

° роликом на глубину нагретого слоя при частоте вибраций 30 Гц и усилием статического поджатия 200 кгс, после чего немедленно охлаждают.

И в том, и в другом случае заготовки после упрочнения подвергают низкому отпуску при 170ОC в течение

2 ч.

Качество упрочнения оценивают по качеству поверхности и конструктивной прочности цементованного слоя.

Качество поверхности определяют на профилографе-профилиметре МИС-201. 4О

Обработка профилограмм показывает, что шероховатость поверхности по предлагаемому способу достигает 6 класса, а по известному способу4 класса (Ra вместо R ). 45

Конструктивную прочность оценивают на образцах (толщиной 1 мм, шириной 8 мм и длиной 24 мм), вырезанных из цементованного слоя. Йспытаиия проводят на испытательной машине 50, типа "Инстрон" при статическом и ударном изгибе. При этом по предлагаемому способу обработки прочность при изгибе увеличивается на 10% (c 390 до 420 кгс/мм ), пластичность (прогиб) — на 10% (c 3,4 до 3,6 м/м), а ударная вязкость - в 1,5 раза (c 14 до 21 кгс/см/cM ), Применение предлагаемого способа позволит повысить прочность, надежность и долговечность тяжелонагруженных цементированных иэделий, особенно крупногабаритных, уменьшить трудоемкость изготовления.

Экономическая эффективность от использования предлагаемого способа при разработке и внедрении технологии изготовления тяжелонагруженных цементованных иэделий с поверхностным термомеханическим упрочнением со— ставляет 37 тыс.руб.