CS260837B1 - Způsob tepelného zpracování povrchu tenkostěnných tvarovaných trubkovitých strojních nebo konstrukčních součástí - Google Patents

Abstract

Způsob transformačního zpevňování povrchů strojních nebo konstrukčních součástí zhotovených z litiny nebo kalitelných ocejí s místním, nejvýše 90 % zeslabením tluštky stěn. Vnější nebo vnitřní povrch zpraoovávané součásti se nejprve ohřívá laserovým nebo elektronovým paprskem do teplotní oblasti vzniku austenitu ve zpracovávaném materiálu a to do tlouštky nejvýše 80 % nejtenčí zpracovávané stěny. Austenitická oblast se poté ochladí rychlosti přesahující kritickou rychlost, tedy v závislosti na použitém materiálu, rychlostí vyšší než od 4.103 K.s“l do 1.10-1 K.s”1. Ochlazování austenitizované oblasti se provádí bud odvodem tepla do jádra nebo stěn součásti, popřípadě chladicím médiem, například proudem vzduchu nebo inertního plynu, například dusíku nebo argonu, nebo kapalného chladicího média, například vody, vodní emulze apod. Laserový nebo elektronový paprsek se při ohřevu součásti s výhodou vede po 10 až 100 % plochy zpracovávaného povrchu. Laserový nebo elektronový paprsek se vede v definovaných samostatných nebo vzájemně se protínajících drahách, například ve tvaru kroužků, šroubovic nebo axiálních rovnoběžných stůp.

Description

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování povrchů tenkostěnných tvarovaných trubkovitých strojních nebo konstrukčních součásti s místním, nejvýše 90% zeslabením tloušťky stěn zhotovených z litiny nebo kalitelné oceli*

V současné době jsou trubkovité součásti v mnoha případeoh povrchově zušlechťovány za účelem zvýšení jejich odolnosti proti opotřebeni* Zvýšení odolnosti součástí z ocelí a litin se dosahuje zakalením jejich povrchu* Transformační vytvrzováni tenkostěnnýoh trubek, ktoré jsou na vnitřní nebo vnější straně opatřeny drážkou, popřípadě několika drážkami ztenčujícími miste! tloušťku stěny, je spojeno so značnými technologickými obtížemi* Dosavadní způsoby povrchového ohřevu, např* vysokofrekvenčním nebo středofrekvončním proudem, indukční metodou nebo ohřevy plamenem, nejsou ve většině případů užiti vhodné, protože rychlost ohřevu je relativně nízká a v důsledku intenzivního vedení tepla materiálem dochází k prohřevu celé součásti nebo i celého průřezu součásti, a to zejména v místech, kda je tloušťka její stěny ztenčena* Důsledkem toho je jednak nežádoucí prokaloní celého průřezu součásti nebo vytvoření konstrukčně nepřípustné tloušťky transformované oblasti*

Tím doohází k výraznému snížení houževnatosti celé součásti, popřípadě jejich částí* Tato skutečnost může vést rovněž k výrazným tvarovým deformacím nebo i k porušení součásti*

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje způsob tepelného zpracováni povrohů tenkostěnných tvarovanýoh trubkovitých strojních nebo konstrukčních součásti s místním, nejvýše 90% zeslabením tloušťky stěn podle vynálezu, které jsou zhotovený z litiny nebo kalitelné oceli* Podstata vynálezu spočívá v tom, že. se vnější nebo vnitřní povroh zpracovávané součástí ohřívá laserovým nebo elektronovým paprskem;., do teplotní oblasti vzniku austenitu ve zpracovávaném materiálu součásti, a to do tloušťky nejvýše 80 % nejtenčí zpraoovávané stěny* Potem se auetenitioká oblast

260 837

-1 ochladl ryohlosti přesáhujíol kritiokeu rychlost* tedy v závislosti na použitém materiálu, ryohlosti vyšší než od 4· 103 K. s”í do 1. 10K. s · Ochlazováni austenitizované oblasti se s výhodou provádí bui odvodem tepla do jádra nebo stán součásti, nebo chladicím médiem* např· proudem vzduohu nebo inertního plynu* např· dusíku nebo argonu nebo kapalného chladicího média* např· vody* vodní emulze apod· Podle dalšího význaku se laserový nebo elektronový paprsek vede při ohřívání součásti po 10 až 100% plochy zpracovávaného povrchu· Podle posledního význaku vynálezu se laserový nebo elektronový paprsek vede v definovaných samostatných nebo vzájemně se protínájíoíoh draháoh, napři* klad ve tvaru kroužků* šroubovio nebo axiálních rovnoběžných stop·

Výhody způsobu podle vynálezu se projevuji zejména ve zvýšené kvalitě zpracovávané součásti· S ohledem na vysokou rychlost ohřevu součásti intenzivním laserovým paprskem nebo elektronovým svazkem je austenitizovaná vrstva materiálu ve srovnání s klasickými metodami povrchového ohřevu, např. plamenem nebo indukčním ohřevem* relativně tenká· Nedochází tak k nežádouoímu prokalení, případně k zakaleni do přílišné hloubky, které by snižovalo dynamické vlastnosti součásti v místě konstrukčního ztenčeni· Způsob ohřevu strojních součásti laserem je přesně definovaný* časově i prostorově vymezený a umožňuje zakalit součást pouze v přesně definovaných oblasteoh· S ohledem na vysekou rychlost ohřevu je austenitizovaná vrstva materiálu relativně tenká* takže po následném oohlazení vzniká pouze tenká transformovaná vrstva s vyšší odolností proti opotřebeni, než má základni materiál· Výhodou způsobu podle vynálezu je také skutečnost* že je možno tloušlku vrstvy vytvořené transformačním zplněním na jedné součásti řídit nebo řízené měnit, a to v závislosti na celkové tlouštce stěny pod zpracovávanou vrstvou· Technologický postup podle vynálezu je plně automatizovatelný· Zpracované součásti se v

2fií) 837 < 3 «· důsledku relativně malého objemu transformačně zpevněného materiálu vyznačují po transformačním zpevněni nízkými deformacemi.

Zp&eob tepelného zpracování podle vynálezu je objasněn v příkladech 1 až 5·

Příklad 1

Transformační zpevnění vnějěího povrchu náboje řemenice spalovacího motoru, zhotovené ze šedé litiny se provádí za účelem zvýěení povrchové tvrdosti a odolnosti vnějěího povrohu náboje proti opotřebení* Stěna náboje je zeslabena drážkou pro pero, takže stěna má v úseku zeslabeni tloušlku

3,5 mm. Vnější povroh řemenice se ve funkční oblasti ohřívá fokusovaným laserovým.paprskem o výkonu 2 KW. Paprsek je fokusován zrcadlem a jo rastrováním zrcadla rozveden na plochu 4 x β mm* Teplota povrchu náboje řemenice dosáhne laserovým ohřevem hodnoty 910 °C, která leží v austenitické oblasti pro tento materiál* Hloubka vrstvy prohřáté nad austenitizačni teplotu činí 0,3 mm, tj. 8,6 % nejtenčího místa stěny náboje řemenice* Ohřátý materiál se pote»» chladí odvodem tepla do jádra za současného přichlazováni povrchu náboje proudem dusíku* Rychlost ochlazováni je v jeho počátku 6.10³ K.s¹. Fokusovaný a rastrovaný paprsek je veden po povrchu náboje stopami ve tvaru kroužků, překrývajících se svými okraji o 1 mm a na svých konoích oblasti o středovém úhlu 7°* Zpracovávaná funkční plocha má tvar kroužků a tvoři 50 % celkové plochy náboje řemenice*

Příklad 2

Transformační zpevněni vnějěího povrchu hřídele s vnitřními drážkami, vyrobeného z uhlíkové oceli s 0,5 % C* Způsob tepelného zpracování spočívá ve vedeni laserového svazku o

260 837 výkonu 1 KW fokusovaného čočkou na plošku o průměru 2 mm ve šroubovicovitých, vzájemné ae protínajících draháoh se sklonem 30 % tak, aby struktura v mlsteoh dopadu paprsku byla austenitizována, tj· pevrohevá teplota činí 850°C·

Hloubka transformované oblasti je 0,5 mm, tj· 20 % tanči —1 tloušťky stény· Zakalení proběhne ryohlostl nad 2· 10 K_as odvodem tepla do stěn hřídel·· Celkový plošný podíl transformované oblastí na povrchu hřídele je 73 %·

Přiklad 3

Transformační zpevnění dutého hřídel· zhotoveného z chroouaanganové ooelí a opatřeného vnějšími drážkami·

Tloušťka transformované oblasti dosahuj· 2 mm, tj· 50 % stěny v oblasti drážek* Tepelné zpracováni probíhá, tak* že se vnitřní povrch ve funkční oblasti ohřívá laserovým paprskem o výkonu 1,5 KW fokusovaným zroadlom na plošku 2 x 8 mm do oblasti vzniku austoniku, tj· na teplotu 900 ⁰ C a potoni se odvodem tepla rychlosti vyšší než 2·10 K.s do materiálu zakalí za současného dochlazováni povrohu argonem· Dráhy laserového paprsku mají tvar nepřetínájíoioh se šroubovio, kterýoh je na povrohu hřídele umístěno 10·

Příklad 4

Transformační zpevněni vnitřního a vnějšího povrohu dutého hřídele» zhotoveného z ohromuiklové ooelí e složení 0,8 % chrómu, 3,5 % niklu · 0,35 % uhlíku s vnějšími i vnitřními drážkami ve funkčních oblastech· Laserovým paprskem o výkonu 1,2 KW fokusovaným zrcadlem do plošky 3 z 5 mm jsou funkční místa austenitizována na teplotu 930° až 970 °C, potom proběhne zakaleni obvodem tepla do objemu materiálu součástí· Rychlost ochlazováni na povrohu je 2·10 K«s · Tloušťka austenitizované a následně transformované oblasti dosahuje 10 % tloušťky nejtenčí stěny· Vnitřní povrch hřídele je kalen po

260 837 * ί celé plode· Jednotlivé stopy jsou rovnoběžné s osou hřídele • překrývají so o 1 mm své šířky· Vnějěí povrch jo kalen rovněž 100 % so stojným zpftsobom kladení stop·

Příklad 5

Transformační zpevnění vnějšího povrchu náboje řemonioe spalovacího motoru, vyrobené ze šedé litiny· Transformační zpevnění so provede za účelem zvýšení povrchové tvrdosti a odolnosti náboje proti opotřebeni ve funkční oblasti·

Stěna náboje je zeslabena drážkou pro pero· Vnější povrch řemenice je vo funkční oblastí zahříván elektronovým paprskem o výkonu 5 KW, který je promítán na plochu 2 x 10 mm* Teplota povrchu řemonioe dosáhne tímto ohřevem hodnoty 910 °C a hloubka oblasti materiálu přesahující austonitizačni teploty jo 0,7 mm, tj· 20 % nejtenčího místa stěny náboje řemonioe· Ohřátý materiál jo oohlazován odvodom tepla do jádra materiálu ryohlosti 1*10* K«s**^ na počátku ochlazování» Elektronový povroh se vodo po povrohu řemenice ve stopě tvaru kroužku· Překryv začátku a konce stopy činí 3 mm·

Claims (5)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   260 837

   1· Způsob tepelného zpracování povrchů tenkostěnných tvarovanýoh trubkovitýoh strojníoh nebo konstrukčních součástí s místním, nejvýše 90% zeslabením tloušlky stěn zhotovenýoh z. litiny nebo kalitelné oceli, vyznačený tím, žo se vnější nebo vnitřní povrch zpraoované součásti ohřívá laserovým nebo elektronovým paprskem do teplotní oblasti vzniku austonitu vo zpracovávaném materiálu součásti, a to do tloušlky nejvýše 80 % nejtenčí zpracovávané stěny, potom se austonitloká oblast ochladí rychlostí přesahující kritickou rychlost, tedy v závislosti na použi3 —1 tém materiálu rychlostí vyšší než od 4*10 K«s do lelO**¹ K.s¹·
2. 2· Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že ochlazováni austo· nitizované oblasti se prování odvodem tepla do jádra nebo stěny součásti,
3. 3, Způsob podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že ochlazováni se provádí chladicím mediem, např, proudem vzduchu nebo inertního plynu, např, dusíku nebo argonu nebo kapalného chladicího média, např, vody, vodní emulze apod,
4. 4, Způsob podle bodů 1 ee. 3, vyznačený tim, že laserový nebo elektronový paprsek se vodo po 10 až 100 % plochy zpracovávaného povrchu,
5. 5, Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že laserový nebo elektronový paprsek se vodo v definovaných samostatných nebo vzájemně so protínajícíoh drahách, např, ve tvaru kroužků, šroubovic nebo axiálních rovnoběžných stop.