RU2026885C1

RU2026885C1 - Torsion shaft manufacturing method

Info

Publication number: RU2026885C1
Authority: RU
Inventors: Н.С. Кудрявцева; В.С. Сысоева; В.Г. Панкратов; А.М. Легкодух; С.А. Гладышев; Г.А. Агасьянц; Б.М. Дризин; Г.Г. Семибратов; Д.Л. Зубер; И.А. Димова; Е.Н. Шарапов; С.С. Марченко
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт стали"
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method involves forming shafts by expanding with extent of deformation within the range of 15-55%; annealing at 450-550% C; heating initially to

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении торсионных валов. The invention relates to mechanical engineering and can be used for hardening torsion shafts.

В современном машиностроении известны способы обработки стальных изделий, включающие термическую обработку и холодную упрочняющую обработку [1]. In modern engineering known methods of processing steel products, including heat treatment and cold hardening treatment [1].

Недостатками этого способа являются недостаточная работоспособность деталей, высокая трудоемкость изготовления и низкий коэффициент использования металла. The disadvantages of this method are the lack of performance of parts, the high complexity of manufacturing and low metal utilization.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ упрочнения стальных торсионных валов, включающий термическую или термомеханическую обработку, ориентированный наклеп с коэффициентом деформации К=0,32-0,44, обкатывание роликами выполняют при контактных напряжениях 6000-8500 МПа, а повторный ориентированный наклеп проводят с коэффициентом заневоливания К= 0,47-0,56, при этом направления первого и второго ориентированных наклепов совпадают [2]. Closest to the proposed invention is a method of hardening steel torsion shafts, including thermal or thermomechanical processing, oriented riveting with a strain factor K = 0.32-0.44, rolling in with rollers is performed at contact stresses of 6000-8500 MPa, and repeated oriented riveting is carried out with coefficient of gouging K = 0.47-0.56, while the directions of the first and second oriented hardening coincide [2].

Известный способ не позволяет повысить работоспособность торсионов и уменьшить трудоемкость их изготовления. Коэффициент использования металла при этом способе низкий и составляет 0,7-0,75, технологический процесс не поддается автоматизации. The known method does not improve the performance of torsion bars and reduce the complexity of their manufacture. The utilization of metal with this method is low and is 0.7-0.75, the process cannot be automated.

Целью изобретения является повышение работоспособности торсионов при одновременном увеличении коэффициента использования металла и снижении трудоемкости изготовления. The aim of the invention is to increase the health of torsion bars while increasing the utilization of metal and reducing the complexity of manufacturing.

Это достигается тем, что в известном способе обработки торсионных валов перед термической или термомеханической обработкой проводят холодное формообразование раскатыванием со степенями деформации 15-55% и отжиг при температуре 450-550^оС, а термическую или термомеханическую обработку осуществляют с использованием двухступенчатого нагрева: до точки А_с1 со скоростью 4-6^оС/с, а затем до конечной температуры со скоростью 1-2^оС/с. При этом направление закручивания торсионных валов при первом и втором ориентированных наклепах должно совпадать с направлением кручения торсионов при ТМО. Такое сочетание отличительных признаков по отношению к известному способу является новым, и поэтому данное техническое решение соответствует критерию новизны. Повышение работоспособности деталей обеспечивается применением специального режима отжига после раскатывания и использованием двухступенчатого регламентиpованного нагрева при термической или термомеханической обработке, а также совпадением направления закручивания торсионных валов при ориентированных наклепах и ТМО.This is achieved by the fact that in the known processing method torsion shafts before thermal or thermomechanical treatment is carried out by rolling with cold shaping deformation degree of 15-55% and annealing at a temperature of 450-550 ^C and a thermal or thermomechanical treatment is carried out using a two-stage heating: up point a _c1 at a rate of 4-6 ° ^C / s and then at a final temperature at a rate of 1-2 ^{° C} / s. In this case, the direction of twisting of the torsion shafts at the first and second oriented rivets should coincide with the direction of torsion of the torsion bars at TMT. This combination of distinctive features in relation to the known method is new, and therefore this technical solution meets the criterion of novelty. Improving the performance of parts is ensured by the use of a special annealing mode after rolling and the use of two-stage regulated heating during thermal or thermomechanical processing, as well as by the coincidence of the direction of rotation of the torsion shafts with oriented rivets and TMT.

Отжиг при температуре 450-550^оС повышает работоспособность раскатанных торсионов, - пластичность при кручении увеличивается на 40-60%, циклическая долговечность на 50-70%. Увеличение свойств вызвано изменением структурного состояния мартенсита (повышением его дисперсности и однородности), более полным растворением первичных карбидов, обусловленными структурными изменениями при холодной деформации и последующими полигонизационными процессами.Annealing at a temperature of 450-550 ^{° C,} rolled increases efficiency torsions - ductility in torsion is increased by 40-60%, the cyclic durability of 50-70%. The increase in properties is caused by a change in the structural state of martensite (an increase in its dispersion and uniformity), a more complete dissolution of primary carbides, due to structural changes during cold deformation and subsequent polygonization processes.

Проведение отжига при температурах менее 450^оС понижает работоспособность торсионных валов: пластичность при кручении падает на 30%, циклическая долговечность на 50%, что объясняется формированием более грубой структуры с правильными границами мартенситных кристаллов и пониженной дисперсностью.Carrying out annealing at temperatures less than 450 ^{° C} reduces the efficiency of the torsion shafts: the torsional ductility falls to 30%, cycle life by 50% due to the formation of coarser structures with regular boundaries martensite crystals and reduced dispersity.

Отжиг при температуре выше 550^оС приводит к уменьшению пластичности при кручении на 20% и циклической долговечности на 45% в связи с протеканием процессов рекристаллизации холодно- деформированного металла.Annealing at temperatures above 550 ^{° C} leads to reduction of ductility in torsion is 20% and the cycle durability is 45% due to the occurrence of recrystallization processes cold- deformed metal.

Применение регламентированного двухступенчатого нагрева при термической обработке обеспечивает получение однородной структуры мартенсита по сечению термообработанных торсионов. В противном случае происходит снижение пластических свойств при кручении торсионов и циклической долговечности. Скоростной нагрев одновременно устраняет склонность к рекристаллизационному росту зерна холоднодеформированных заготовок и снижает трудоемкость изготовления деталей за счет уменьшения припусков под шлифование по сравнению с печным нагревом. The use of regulated two-stage heating during heat treatment provides a homogeneous martensite structure over the cross section of heat-treated torsion bars. Otherwise, there is a decrease in plastic properties during torsion torsion and cyclic durability. High-speed heating simultaneously eliminates the tendency to recrystallize grain growth in cold-formed workpieces and reduces the complexity of manufacturing parts by reducing grinding allowances compared to furnace heating.

Нагрев осуществляют в две стадии. Heating is carried out in two stages.

Первый нагрев до точки А_с1 проводят при скорости нагрева 4-6^оС/с. При скоростях ниже 4^оС/с будут развиваться процессы рекристаллизации холодноде- формированного металла, выше 6^оС/с не обеспечивается однородность температуры по сечению торсиона.The first heating to point A _{s1 is} carried out at a heating rate of 4-6 ^about C / s. At speeds below ^about 4 C / sec will develop processes recrystallization holodnode- be formed of metal, higher than 6 ^{° C} / s does not provide uniformity in the cross section of the torsion temperature.

Второй нагрев от точки А_с1 до конечной температуры осуществляют со скоростью 1-2^оС/с для обеспечения равномерного нагрева и однородной структуры по сечению торсионного вала. При скоростях нагрева ниже 1^оС/с наблюдается падение упругих свойств, увеличение разницы роста зерна аустенита (собирательной рекристаллизации) и значительного перепада температуры по сечению детали вследствие интенсивного отвода тепла от поверхности слоев. Кроме этого, при малой скорости нагрева (большое время нахождения в интервале температур между начальной и конечной температурой нагрева) происходит обезуглероживание поверхности деталей, что понижает их работоспособность, - остаточная пластическая деформация увеличивается на 50-70% с увеличением глубины обезуглероживания на 0,1 мм.Second heating from A _c1 to the final temperature is effected at a rate of 1-2 ^{° C} / s to ensure uniform heating and uniform structure across the section of the torsion shaft. At a heating rate below 1 ^{° C} / s is observed drop elastic properties, an increase in the difference of the austenite grain growth (recrystallization), and a significant temperature difference across the section parts due to intensive heat removal from the surface layers. In addition, at a low heating rate (a long time in the temperature range between the initial and final heating temperature), the surface decarburization of parts occurs, which reduces their performance - residual plastic deformation increases by 50-70% with an increase in decarburization depth by 0.1 mm .

Увеличение скорости нагрева сверх указанной приводит к падению упругих свойств и пластичности при кручении на торсионных валах, т.к. при этом не обеспечивается получение гомогенного аустенита из-за неполного растворения первичных карбидов, что приводит к образованию большого количества пластинчатого мартенсита и увеличению степени его неоднородности. An increase in the heating rate above this leads to a decrease in the elastic properties and ductility during torsion on the torsion shafts, because it does not provide homogeneous austenite due to incomplete dissolution of primary carbides, which leads to the formation of a large amount of lamellar martensite and an increase in its degree of heterogeneity.

В случае использования термомеханической обработки закручивание при I и II ориентированных наклепах должно совпадать по направлению с закручиванием торсионных валов при ТМО, т.к. в противном случае нарушается ориентиpованность упрочнения, созданная деформацией кручением как при ТМО, так и при I и II ориентированных наклепах, что приводит к значительному снижению упругих свойств торсионных валов до значений ниже величин, требующих обеспечения работоспособности торсионных валов. В силу сказанного оценить долговечность торсионных валов в этом случае не представляется возможным из-за появления значительной остаточной пластической деформации. In the case of using thermomechanical processing, the twisting at I and II oriented rivets should coincide in the direction with the twisting of the torsion shafts at TMT, since otherwise, the orientation of the hardening created by torsional deformation is violated both in the case of TMP and in oriented I and II rivets, which leads to a significant decrease in the elastic properties of torsion shafts to values below the values that require ensuring the operability of torsion shafts. In view of the foregoing, it is not possible to assess the durability of torsion shafts in this case due to the appearance of significant residual plastic deformation.

Сочетание всех перечисленных факторов приводит к повышению работоспособности торсионных валов: циклическая долговечность увеличивается на 50-70%, пластичность при кручении на 40-60% по сравнению с существующим способом. The combination of all these factors leads to increased efficiency of torsion shafts: cyclic durability increases by 50-70%, ductility during torsion by 40-60% compared with the existing method.

Повышение коэффициента использования металла до 0,88-0,93 и снижение трудоемкости изготовления на 20-30% обеспечиваются тем, что при предлагаемом способе торсионный вал раскатывают на требуемые размеры из цилиндрической заготовки, имеющей меньшую длину, чем при известном способе, и в процессе раскатывания ее удлиняют до требуемой конечной длины торсионного вала в отличие от известного способа, при котором подвергают механической обработке со значительным съемом стружки заготовку той же длины, что и торсионный вал. Экономия металла при предлагаемом способе составляет 15-25%. Increasing the utilization of metal to 0.88-0.93 and reducing the complexity of manufacturing by 20-30% are ensured by the fact that with the proposed method, the torsion shaft is rolled to the required dimensions from a cylindrical billet having a shorter length than with the known method, and in the process rolling it is lengthened to the desired final length of the torsion shaft, in contrast to the known method, in which a workpiece of the same length as the torsion shaft is machined with significant chip removal. Saving metal with the proposed method is 15-25%.

Раскатывание со степенями деформации менее 15% не обеспечивает формообразования торсионных валов требуемой геометрии без дополнительного съема металла. Rolling with degrees of deformation of less than 15% does not ensure the formation of torsion shafts of the required geometry without additional removal of metal.

Степень деформации при раскатывании не должна превышать 55%, т.к. при больших степенях холодной пластической деформации образуются микротрещины, которые не залечиваются при последующих обработках, в результате чего работоспособность деталей понижается. The degree of deformation during rolling should not exceed 55%, because at high degrees of cold plastic deformation microcracks are formed, which do not heal during subsequent processing, as a result of which the performance of the parts decreases.

П р и м е р . Проводили обработку торсионных валов диаметром 39 мм из стали 45ХН2МФА-Ш. Торсионы подвергали обработке по вариантам, представленным в таблице. Оценку работоспособности (число циклов до разрушения), пластичности при кручении (упругие свойства) торсионных валов осуществляли стендовыми испытаниями. Одновременно проводили испытания торсионных валов, обработанных по известному способу. PRI me R. Torsion shafts with a diameter of 39 mm were machined from steel 45KHN2MFA-Sh. Torsion was subjected to processing according to the options presented in the table. Performance (the number of cycles to failure), ductility during torsion (elastic properties) of torsion shafts was evaluated by bench tests. At the same time, tests of torsion shafts processed by a known method were carried out.

Известный способ (прототип):
механическая обработка - термическая или термомеханическая обработка, ориентированный наклеп К=0,32-0,44; обкатывание роликами (контактные напряжения 7000-8500 МПа), ориентированный наклеп К=0,47-0,56, при этом направления I и II ориентированных наклепов совпадают.A known method (prototype):
mechanical treatment - thermal or thermomechanical treatment, oriented riveting K = 0.32-0.44; rolling in by rollers (contact stresses 7000-8500 MPa), oriented riveting K = 0.47-0.56, while the directions I and II of oriented rivets coincide.

Предлагаемый способ:
холодное раскатывание со степенями деформации ε =15-55%, отжиг при температуре 450-550^оС, термическая или термомеханическая обработка с использованием двухступенчатого нагрева до точки A_C1, со скоростью 4-6^оС/с, а затем до конечной температуры со скоростью 1-2^оС/с, направления I и II ориентированных наклепов совпадают с направлением кручения при ТМО.The proposed method:
cold rolling with a degree of deformation ε = 15-55%, annealing at a temperature of 450-550 ^{° C,} thermal or thermomechanical processing using a two-step heating to the point A _C1, at a rate of 4-6 ° ^C / s and then at a final temperature at a rate of 1-2 ^{° C} / s, the directions I and II oriented hardening coincide with the direction of torsion when TMT.

Одновременно проводили испытания торсионных валов, обработанных по предлагаемому способу по режимам выше и ниже граничных. At the same time, tests of torsion shafts processed according to the proposed method according to the regimes above and below the boundary ones were carried out.

Из таблицы видно, что использование предлагаемого способа обработки торсионных валов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: повышение работоспособности торсионных валов в результате роста циклической долговечности в 1,5-1,7 раза при одновременном увеличении коэффициента использования материала на 15-25% и снижении трудоемкости изготовления на 20-30%. The table shows that the use of the proposed method for processing torsion shafts provides the following advantages compared to existing methods: increase the efficiency of torsion shafts as a result of the growth of cyclic durability by 1.5-1.7 times while increasing the utilization of the material by 15-25% and reducing the complexity of manufacturing by 20-30%.

Claims

METHOD FOR PRODUCING TORSION SHAINS, including thermal or thermomechanical processing, preliminary oriented hardening, rolling around with rollers and final oriented hardening, coinciding in direction with preliminary oriented hardening, characterized in that, in order to increase the performance of torsion shafts, cold forming is carried out before thermal or thermomechanical processing rolls with degrees of deformation of 15 - 55% and annealing at 450 - 550 ^o С, and heating under thermal or thermomechanical the processing is carried out stepwise, first to Ac ₁ , at a speed of 4 - 6 ^o C / s, and then to the quenching temperature at a speed of 1 - 2 ^o C / s.