Способ комбинированного упрочнения деталей

Способ комбинированного упрочнения деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.