Способ поверхностного упрочнения изделий

Способ поверхностного упрочнения изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистическик

Республик

<>952975

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К, АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 060281 (21) 3243176/22-02

Р1 М Кд з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

С 21 0 7/06

С 24 С 1/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230882 Бюллетень ¹ 31 (53) УДК 621. 785. .787.6(088.8) Дата опубликования описания 230882

"М lW ч

А.Ф.Алексеенко и Ю. Г.Проскуряков (C(ЗЬЗ УД

>>YF3"И&.

) -"

ТЕХМИ 2т -; q "

Тольяттинский политехнический инс итут@ )1 0ТЕаА (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области поверхностной пластической деформации, например, металлической дробью.

Известен способ поверхностного уп5 рочнения деталей и инструмента дробью (11 .

В результате дробеударной обработ ки металлических изделий их приповерх- 10 ностный слой приобретает мелкодисперсную структуру, причем толщина слоя и характер его распределения зависит как от физико-механических свойств материала изделий, так и от энергетических параметров технологической операции дробеударной обработки. Так, при окончательной обработке дробью инструмента, изготовляемого из слож.нолегированных, высокопрочных сталей упрочненный слой не превышает 200250 мкм, причем в большинстве случаев этот слой распределен по поверхности иэделия неравномерно несмотря на соблюдение контроля за стабильностью энергетических параметров протекающего процесса таких, как диаметр . дроби, скорость массового расхода ее при выходе из ствола эжектора или ротора дробеметного аппарата, расстоявия до обрабатываемой поверхности, З0 времени экспозиции, подачи единицы поверхности в зоне факела и т.д. Одна из основных причин такого явления это влияние технологической наследственности от предшествующих операций термической или химикотермической обработки, а также операций обработки лезвийным и абразивным инструментом. Перечисленные технологические операции создают неравномерно распределенные по глубине слоя дефекты, такие как микротрещины, волосовины, прожоги, остаточные напряжения, которые в общей сложности снижают сопротивление металла поверхностнопластическому деформированию, и как следствие, образование неравномерно . го по толщине упрочненного слоя с соответствующим неравнбмерным распределением подслойных остаточных сжимающих напряжений, которые в дефекторных местах, включающие прижоги (от образивной обработки), могут переходить в растягивакицие напряжения, что значительно снижает положительный эффект операции дробеударного упрочнения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ по952975 ротвердость, степень и толщина наклеверхностного упрочнения металлических деталей, при котором на обрабатываемую поверхность подают рабочую жидкость со стальными шариками в виде .струй (2J .

Известный способ улучшает процесс обработки дробью металлических поверхностей с дефектами от предшест< вующих технологических процессов, но повышение эффекта упрочнения в известном способе относится к конструк- 10 ционным сталям с средними прочностными и пластическими физико-механическими свойствами. В.случае обработки высокопрочных, закаленных сталей, например высокохромистых сталей 15 карбидного класса для кузнечно„штампового инструмента, этот способ неэффективен.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости в результате измельчения зерна, увеличения глубины упрочненного слоя и,плавного распределения бальности зерна по глубине упрочненного слоя.

Поставленная цель достигается тем,25 что согласно способу упрочнения изделий преимущественно иэ высокопрочных металлов, включающему подачу жидкой рабочей среды со стальными шариками, подачу производят циклически с возрастанием скорости рабочей среды при одновременном снижении диаметра шариков и времени обработки от цикла к циклу, при этом на последних циклах жидкую рабочу среду заменяют на газовую. 35

Для осуществления предложенного способа применяется дробеструйная установка, содержащая секционный дробесборник, в каждой секции которого находятся стальные шарики опре- 40 деленного диаметра. При этом исполнительные механизмы установки (привод изделий в рабочей камере, привод стола дробесборника, привод переключения вида энеРгоносителя, 45 реле времени) электрически связывают с работой электрического командоаппарата (типа КЭП-12), который предварительно посредством настроеной установки кулачков на заданную программу, выдает сигналы на срабатывание исполнительных механизмов в функции времени, т.е. командоаппарат обеспечивает централизованное управление всем циклом технологической опеРации. 55

Ввиду того, что в первые две минуты обработки единицы поверхности процесс протекает с интенсивным смятием вершин микронеровностей и уплотнением поверхностного слоя, сопровождающегося дроблением зерен микро- и субструктуры металла, обработку на первом переходе производят шариками больших размеров для создания пластической области на большей глубине с перекрытием дефектных зон предшествующих 65 операций. При этом Размер шариков выбирают исходя из конкретных условий, таких как напряженное состояние поверхности после термической или хими ко-термической обработки, физикомеханических свойств. технологических и конструктивных особенностей изделия, а также требуемых эксплуатационных свойств его рабочих поверхностей. На втором и последующих переходах диаметр шариков и время упрочнения снижают, а скорость шариков увеличивают с целью эффективного преодоления все возрастающего с каж" дым новым переходом сопротивления поверхностного слоя деформирования.

В результате такого динамического нагружения, зона деформирования от единичного индентора (и в целом от всего факела шариков) локализуются все в меньшем объеме, а степень де.формации по абсолютной величине возрастает. Необходимо отметить., что температура в зоне удара индентора. фонарика) оказывает одно иэ сильных влияний на протекание деформации, и ее направленное изменение в способе за счет распределения энергетических параметров по циклу операции, ведет к эффективному преодолеванию сопротивления металла деформации и обеспечению более высоких дефор- маций, т.е. к обеспечению технологической пластичности в процессе дробеударной обработки изделий из высокопрочных, закрепленных сталей, С целью обеспечения точности назначения оптимальных режимов по всему циклу операции производилась обработка технологически подобных упрочняемым изделиям образцов с последующим металлографическим структурным анализом, в процессе которого определяется один из главных показателей качества нЬклепанного слояразмер. зерна по всей толщине слоя с переходной зоной в матрицу основного металла.

В зависимости от назначенных режимных параметров обработки и полученных размеров зерна производят построение зависимостей: размер зерна режимы обработки. В качестве оптимальных выбирают такие, которые соответствуют максимальным значениям построенных на графиках кривых, при этом структура и физико-механические свойства (размер зерна, карбидная неоднородность, твердость, микпа) отвечали наиболее качественным изменениям упрочненной поверхности.

Оптимальные режими обработки для конкретной инструментальной Ст. 4Х5ВФС приведены в примере.

Пример. Проводится обработка образцов из высокохромистой Ст. 4Х5ВФС.

952975

Размеры образцов 100х35х10 мм. Исходная твердость HRC 50. Исходная шероховатость 0,85 мкм. Образцы изготавливаются по технологически подобному процессу изготовления пресс-форм для литья под давлением картера коробки передач автомобиля ВА32101.

Режимы обработки составляют:

Общее время обработки, мин 5

Первый переход: время обработки мин, 2 диаметр шариков (подшипниковые шарики, материал Ст. ШХ-15), мм 2,3 давление жидкости, подводимое к форсункам эжекторов, кгс/см

2 (в качестве жидкости применялось трансформаторное масло)

Второй переход: время обработки, мин 1,5 диаметр шариков, мм 1,5 давление жидкости, подводимое к форсункам эжекторов, кгс/см 15

Третий переход: время обработки, мин диаметр шариков, мм давление сжатого воздуха, подводимого к форсункам эжекторов, кгс/cM 20

Четвертый переход: время обработки, мин 0,5 диаметр шариков, мм g,4 давление сжатого воздуха, 35 подаваемого к форсункам эжекторов кгс/см 25 (48)

Исследование структуры приповерхностного слоя образцов на оптическом микроскопе "Neofort-2" показало плавный переход от структуры практически

40 бескристаллитной (толщина 15-20 мкм) в структуру с плавным понижением балльности зерна (от 15 до 12 баллов на толщине 320-370 мкм) с границей переходного слоя в матрицу основного металла (толщина 50-60 мкм), что обеспечивает прочное сцепление упрочненного слоя с основой. Обработка по известному способу при наклепе металлическими шариками в жидкой среде 50 обеспечивает величину зерна, не превышающую 7-8 баллов.. го протекание охальных превращений сопровождается выше температуры (Ио) начала мартенситного превращения при деформации (в общепринятом обозначении выше точки Мо), т.е. в зонах взаимодействия стальных шариков с поверхностью металла возникают термодинамически неустойчивые участки пластической деформации наведенной превращением, и

10 ввиду того,что интенсивность деформаций растет от перехода к переходу происходит непрерывное повышение напряжений с одновременным ростом пластичности, причем возник15 новению мартенситных кристаллов лавинно интенсифицирует g - oC— превращение в новых зернах. Влияние температурных импульсов в пластической области нагружения обуславливает увеличение пластичности, возникновение активных плоскостей скольжения, вязкое течение по границам зерен, однородность распределения деформации. между отдельными зерна25 ми, т.е. в конечном итоге обеспечивает поверхностную технологическую пластичность.

8 5

1,0

0,8

Формула изобретения

Способ поверхностного упрочнения изделий преимущественно из высокопрочных металлов, включающий подачу жидкой рабочей среды. со стальными шариками, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в результате измельчения зерна, увеличения глубины упрочненного слоя и плавного распределения балльности зерна по глубине упрочненного слоя, подачу среды производят циклически с возрастанием скорости рабочей среды, снижением диаметра шариков и времени обработки от цикла к циклу, при этом в последних циклах

Импульсы температуры высокоскоростной поверхностной деформации (особенно на двух последних переходах) в предложенном способе обеспечивают технологическую пластичность в локальных объемах ударного нагружения несмотря на повышенное сопротивление упрочненного слоя на двух пред- 0 шествующих переходах. В результате такого процесса нагружения, поглОщаемая динамическая энергия взаимодействует с термической энергией мартенситной реакции, в результате чеИзобретение целесообразно использовать в машиностроении, в частности инструментальном производстве для финишной упрочняющей дробеударной обработки.

В результате распределения параметров обработки улучшаются прочностные параметры поверхностного слоя. которые повышают эксплуатационные характеристики. инструмента в 1,5-2 раза по сравнению с известными способами обработки изделий дробью.

Применение предлагаемого способа увеличивает сопротивление инструмента абразивному износу, повышает раэгаростойкость гравюр в процессе термоциклических ударных нагрузок при ковке и штамповке.

952975

Составитель Р. Клыкова

Техред М.Тепер -Корректор В.Бутяга.Редактор Г. Волкова

Заказ 6217/43 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 обработки жидкую рабочую среду заменяют на газовую.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Авторское

9 272345, кл. С

2. Авторское

В 698751, кл. В свидетельство СССР

21 0 7/06, 1960. свидетельство СССР

24 С 1/00, 1978.