Способ поверхностного упрочнения деталей

Способ поверхностного упрочнения деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) gggg f 5 (61) Дополнительное к ивт. свил-ву (22) Заявлено 01.03.78, (2) ) 2583657/22 — 02 (5I )М. Кл.

С 21 D 1/78

С 21 D 8/00 с присоединением заявки ¹â€”

Государственны и комитет (23) П))иоркгет (53) УД К

621 785 79(088 8) по делам нзооретеннй н открытий

Опубликовано 23.07.80, Бк)ллетень № 27

Дата опубликования описания 24.07.80 (72) Авторы изобретения

П. -А, Чепа и Б. И. Александров

Институт проблем надежности и долговечности машин

АН Белорусской CCP (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении де- талей машин.

Известны ciloco6bi упрочнения деталей и заготовок методами поверхностного пластичес.

5 кого деформирования с предварительным нагревом поверхностного слоя. Упрочнение осуществляют, например в сочетании с термомеханической изотермической обработкой деталей ()) .

Изделие нагревают индуктором при непрерывном вращении до 900 — 920 С на глубину

3 — 5 мм, охлаждают в область относительной устойчивости аустенита (380 — 400 С), обкатывают поверхность роликом, автоматически

15 поддерживая температуру, затем охлаждают на воздухе до комнатной температуры. После такой обработки предел выносливости образцов повышается на 8 — 10%, а долговечность в области ограниченной выносливости повышается в 1,2 — 1,5 раза по сравнению с объемной термомеханической обработкой.

Известен способ обработки деталей, согласно которому поверхность нагревают до температуры ниже Ас,, ускоренно охлаждают и подвергают наклепу в. зонах концентрации напряжений (2) .

Наиболее близким по технической сущности является способ поверхностного упрочнения деталей, в котором детали перед накатыванием предварительно нагревают до температуры, не превышающей температуру рекристаллизации (31. Деталь нагревают с помощью специальных электродов-poJIHKQB, а накатывание производят на токарном станке накатным роликом. Электроды-ролики размещены

Ф впереди накатного ролика и приводятся во вращательное движение от детали. Скорость продольного перемещения роликов определяется временем нагрева поверхности детали до требуемой температуры, причем электроконтактный способ обеспечивает стабильный нагрев заготовки до заданной температуры за счет изменения силы тока и режимов обработки.

Под действием радиального усилия ролик углубляется в материал детали. При этом материал оттесняется и сдвигается иэ зоны

20

30

40

55

3 74 контакта, образуя круговой валик, особенно интенсивный в направлении подачи. Поскольку при накатывании практически отсутствует окончательное удлинение детали, материал валика при последующих проходах, испытывает реверсивную деформацию в направлении, противоположном направлении подачи. При этом из сдвинутого первоначально материала в сторону необработанной части детали формируется участок, прилегающий к обработанной части детали.

Эффект повышения усталостной прочности деталей при накатывании заключается в том, что при пластическом сдвиге поверхностного слоя в подповерхностных слоях материал получает упругое смешение. После разгрузки в результате силового взаимодействия упруго и пластически деформированных слоев на-. водятся остаточные напряжения сжатия, которые оказывают положительное влияние на долговечность деталей. В связи с наличием сдвига материала в направлении подачи и в противоположном направлении наведенные в первом случае остаточные напряжения частично снимаются в процессе повторного сдвига во втором случае. Окончательное распределение остаточных напряжений в поверхностном слое детали предопределяется интенсивностью упругих сдвигов и различием предела текучести материала в передней и задней части контакта, прилегающей к обработанной поверхности, При пример- но равном пределе текучести материала в переднем и заднем полуконтактах наводимые в переднем полуконтакте остаточные напряжения интенсивно снимаются в процессе последующего деформирования материала в заднем иолуконтакте, в особенности в области высоких радиальных усилий, когда необходимо при накатывании получить большую глубину упрочнения ..

Недостаток способа — наведение недостаточно интенсивных остаточных напряжений сжатия, обусловленное их перераспределением и частичным снятием в процессе деформации материала.

В связи с этим наблюдается невысокая эффективность применения процессов упрочнения для повышения усталостной прочности деталей.

Цель изобретения — повышение усталостной прочности деталей за счет увеличения остаточных напряжений сжатия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе поверхностного упрочнения деталей путем нагрева подлежащей обработке

""=поверхйости и последующего йакатывания деР формирующим инструментом, одновременно с йакатыванием производят охлаждение зоны детали, выходящей из контакта ее с деформи руюЩйй инструментом, до достижения в зоне

9915 4 контакта детали с указанным инструментом перепада температур в 200 — 400" С.

Ролик деформирует поверхностный слой вращающейся со скоростью V детали и ему сообщается движение подачи $ в указанном направлении. Зона нагрева отделена от зоны охлаждения при помощи специального экрани1 рующего устройства, расположенного на длине, равной половине длины контакта от его границы с обработанной поверхностью. Интервал температуры 200 — 400 С задан для различных конструкционных сталей, температурная зависимость предела текучести которых не одинакова. Указанный интервал обеспечивает для большинства; сталей перепад предела текучести в зоне деформации в 1,2 — 1,5 раза. При температурах ниже 200 С предел текучести различается на 10 — 15%. При этом процесс формирования остаточных напряжений сжатия и эффективность упрочнения приближается к эффективности холодной пластической деформации.

В случае превышения указанного интервала на 30 — 50 С происходит нарушение нормального хода обработки. При этом наблюдается недопустимое возрастание высоты волны материала, распространяющейся на область необработанной поверхности, вследствие чего затрудняется оттеснение этого материала в направлении обработанной поверхности и начинается процесс разрушения поверхностного слоя детали. Все это приводит к снижению эффективности упрочнения, оцениваемой увеличением предела выносливости деталей.

Применения способа поверхностного упрочнения деталей позволяет создать существенное различие .пределов текучести обрабатываемого материала по длине контакта. В результате нагрева подлежащей обработке поверхности на

300-600 С в зависимости от вида и состояния обрабатываемого материала в контакте создается различие предела текучести, например для конструкционных сталей в пределах 1,2—

1,6 раза. При этом сопротивление деформации и в том числе сдвигу материала поверхностного слоя в части контакта, подвергающейся охлаждению, существенно повышается, что позволяет достигнуть значительного раз. личия величины сдвиговых деформаций поверхностного слоя относительно глубинных в переднем и заднем полуконтактах.

Величина сдвиговой деформации предопределяет уровень и глубину распределения взаимодействующих с ней упругих деформаций, что, в конечном итоге, приводит к увеличению уровня и глубины распределения остаточных напряжений сжатия. Причем леформирование в заднем полуконгакте оказывает

749915 меньшее влияние на перераспределение остаточных напряжений.

Таким образом, применение предлагаемого способа приводит к увеличению остаточных напряжений сжатия в приповерхностном слое детали, которые оказывают прямо пропорциональное влияние на предел выносливости. деталей.

Образцы из незакаленной стали 45 упрочнялись10 роликом 80 мм, Япр=2,5 мм с радиальным усилием Ру=300 ктс и подачей $=0,1 мм/об при числе оборотов n=400 об/мин, Нагрев осуществляется при помощи индуктора ТВЧ, смонтированного на суппорте токарного станка; Тем- 1S пература нагрева — 540 С íà глубину 3 — 4 мм.

Охлаждение выходящей иэ контакта части детаПредел выносливости, ктс/мм

Глубина распределения, мм

По известн- . ному

По известному По предлагаемому

По предлагаемому

1,75

31,2

1,2

70

Таким образом, применение предлагаемого способа упрочнения деталей позволяет повысить предел их выносливости примерно на 20% по сравнению с известным способом, что позволяет получить большой экондмический эффект в народном хозяйстве.

Формула изобретения

Способ поверхностного упрочнения деталеи, включающий нагрев поверхности и последующее накатывание деформирующим инструментом отличающийся, тем, что с целью

Составитель Г. 11. евченко

Техред И.Асталош Корректор М. Пожо

Редактор М. Ликович

Заказ 4430/8

Тираж 608 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Максимальное значение осевых остаточных напряжений сжатия, кгс/мм

По известному По предла гаемому ли производится эмульсией, применяемой при обработке металлов резанием в условиях экранирования передней части контакта . Перепад температур в контакте составляет 350 С, После упрочнения определяют осевые остаточные напряжения по известной методике и производят усталостные испытания образцов с концентратором напряжений в виде напрессованной втулки в условиях изгиба с вращением на базе 10 циклов. Предел выносливости определяют для упрочнения после предварительного нагрева и упрочнения, сочетающего предварительный нагрев и последующее охлаждение полузоны деформации, прилегающей к обработанной поверхности. Результаты исследования по известному и предлагаемому способам приведены в таблице. повышения усталостной прочности, одновременно с накатыванием производят охлаждение зоны детали, выходящей из контакта ее с деформирующим инструментом до достижения в зоне контакта детали перепада температур с ука- i занным инструментом в 200 — 400"С, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР No 378446, кл. С 21 D 7/14, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР N 462870, кл. С 21 О 1/78, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР N 244360, кл, С 21 D 1/78, 1968.