RU2190024C2

RU2190024C2 - Method of surface hardening of parts made from iron-carbon alloys

Info

Publication number: RU2190024C2
Application number: RU2000121789A
Authority: RU
Inventors: С.В. Шаров; А.С. Ухалин; В.В. Горшков
Original assignee: Военный автомобильный институт
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: surface of part to be hardened is heated by high-speed sliding friction and is cooled by lubricant-and-coolant delivered to zone of treatment. Cooling is effected at rate of 3•10⁴-2,2•10⁵ K/s by feeding the lubricant-and-coolant at angle of 40 to 50 deg at utilization factor of 0.5 to 0.7. EFFECT: increased thickness of white layer. 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости и циклической долговечности деталей машин. The invention relates to mechanical engineering and can be used to increase the wear resistance and cyclic durability of machine parts.

Известен способ поверхностного упрочнения деталей из железоуглеродистых сплавов (патент РФ 2011687, МПК C 21 D 5/00, 1994), включающий нагрев поверхности высокоскоростным трением скольжения и охлаждение путем подачи в зону обработки смазочно-охлаждающей жидкости с введением в смазочно-охлаждающую жидкость коллоидного графита в количестве 4,4-6%. В результате упрочнения на поверхности детали за счет импульсного нагрева до температуры выше А_с3, высокоскоростного пластического деформирования, ускоренного охлаждения и происходящих при этом термодиффузионных процессов формируется белый слой, состоящий из остаточного аустенита, мелкоигольчатого мартенсита и дисперсных карбидов, обладающий повышенной твердостью по сравнению с матренситом обычной закалки.A known method of surface hardening of parts made of iron-carbon alloys (RF patent 2011687, IPC C 21 D 5/00, 1994), including heating the surface with high-speed sliding friction and cooling by feeding cutting fluid into the treatment zone with the introduction of colloidal graphite into the cutting fluid in the amount of 4.4-6%. As a result of hardening on the surface of the part due to pulsed heating to temperatures above A _s3 , high-speed plastic deformation, accelerated cooling, and the thermal diffusion processes that occur during this process, a white layer is formed consisting of residual austenite, fine-needle martensite and dispersed carbides, which has increased hardness compared to matrensite ordinary hardening.

Недостатком данного способа упрочнения является малая толщина белого слоя 100-200 мкм. Причинами этого являются недостаточное удельное давление в контакте трущихся тел, малая скорость охлаждения зоны обработки и недостаточная концентрация углерода во фрикционном контакте. Малая скорость охлаждения обусловлена тем, что в процессе обработки смазочно-охлаждающая жидкость выдавливается диском из зоны обработки и за счет большой центробежной силы выбрасывается с его рабочей поверхности. Неразложившийся и непродиффундированный свободный графит смазывает трущиеся поверхности. Это ухудшает температурно-силовые факторы образования белого слоя. The disadvantage of this method of hardening is the small thickness of the white layer 100-200 microns. The reasons for this are the insufficient specific pressure in the contact of the rubbing bodies, the low cooling rate of the treatment zone and the insufficient concentration of carbon in the friction contact. The low cooling rate is due to the fact that during the processing the cutting fluid is squeezed out by the disk from the treatment area and due to the large centrifugal force is ejected from its working surface. Non-decomposed and non-diffused free graphite lubricates friction surfaces. This worsens the temperature and force factors of the formation of the white layer.

Изобретение направлено на повышение долговечности обрабатываемой детали за счет увеличения толщины белого слоя. The invention is aimed at increasing the durability of the workpiece by increasing the thickness of the white layer.

Это достигается тем, что поверхность упрочняемого изделия из железоуглеродистых сплавов нагревается высокоскоростным трением скольжения и охлаждается путем подачи в зону обработки смазочно-охлаждающей жидкости, а затем охлаждение зоны обработки осуществляется со скоростью 3•10⁴-2,2•10⁵ К/с путем подачи под углом 40^o-50^o к поверхности детали смазочно-охлаждающей жидкости с коэффициентом ее использования 0,5-0,7.This is achieved by the fact that the surface of the hardened product made of iron-carbon alloys is heated by high-speed sliding friction and cooled by supplying a cutting fluid to the treatment zone, and then the treatment zone is cooled at a rate of 3 • 10 ⁴ -2,2 • 10 ⁵ K / s by supply at an angle of 40 ^o -50 ^o to the surface of the part of the cutting fluid with a coefficient of use of 0.5-0.7.

Отличительными признаками от прототипа является то, что охлаждение зоны обработки осуществляется со скоростью 3•10⁴-2,2•10⁵ К/с путем подачи под углом 40^o-50^o к поверхности детали смазочно-охлаждающей жидкости с коэффициентом ее использования 0,5-0,7.Distinctive features of the prototype is that the cooling of the treatment area is carried out at a speed of 3 • 10 ⁴ -2,2 • 10 ⁵ K / s by feeding at an angle of 40 ^o -50 ^o to the surface of the part of the cutting fluid with a coefficient of utilization of 0, 5-0.7.

На фиг.1 изображена зависимость толщины упрочненного слоя от угла наклона канавки. Figure 1 shows the dependence of the thickness of the hardened layer on the angle of inclination of the grooves.

На фиг.2 изображена зависимость толщины белого слоя от количества канавок. Figure 2 shows the dependence of the thickness of the white layer on the number of grooves.

На фиг.3 изображена схема осуществления способа упрочнения. Figure 3 shows a diagram of the implementation of the hardening method.

Согласно способу в процессе обработки жидкость, попадающая на диск 2 (фиг. 3), удерживается боковыми поверхностями канавок. Так как диск, вращаясь, удерживается в осевом направлении, а канавки на нем расположены под углом, то смазочно-охлаждающая жидкость перемещается по канавкам вдоль оси к зоне трения. Это приводит к увеличению объема смазочно-охлаждающей жидкости, проходящей через зону обработки и, как следствие, увеличивает скорость охлаждения в 2,2-3 раза. According to the method, during processing, the liquid entering the disk 2 (Fig. 3) is held by the side surfaces of the grooves. Since the disk, while rotating, is held in the axial direction, and the grooves on it are located at an angle, the cutting fluid moves along the grooves along the axis to the friction zone. This leads to an increase in the volume of cutting fluid passing through the treatment zone and, as a result, increases the cooling rate by 2.2-3 times.

Увеличение объема смазочно-охлаждающей жидкости в зоне высокоскоростного трения соответственно увеличивает насыщение поверхностного слоя углерода. Кроме того, контакт диска с деталью 1 (фиг.3) происходит только по поверхности между канавками. Это уменьшает фактическую площадь контакта и увеличивает удельное давление в нем при постоянном статическом усилии прижима диска к детали. Коэффициент использования смазочно-охлаждающей жидкости определяли как отношение объема отработанной смазочно-охлаждающей жидкости к объему подаваемой в зону обработки. При предлагаемом способе данный коэффициент возрос до 0,5-0,7. An increase in the volume of cutting fluid in the high-speed friction zone accordingly increases the saturation of the surface carbon layer. In addition, the contact of the disk with part 1 (figure 3) occurs only on the surface between the grooves. This reduces the actual contact area and increases the specific pressure in it with constant static pressure force the disk against the part. The utilization of cutting fluid was determined as the ratio of the volume of spent cutting fluid to the volume supplied to the treatment zone. With the proposed method, this coefficient increased to 0.5-0.7.

Пример реализации способа
Данным способом упрочнялись образцы из стали 45. В качестве базового станка использовали токарно-винторезный станок 16К20 с расположенной на его суппорте технологической оснасткой для упрочнения. Упрочняющий диск 2, вращающийся со скоростью 60-80 м/с, прижимался к детали 1 с усилием 550-1000 Н. Продольная подача диска составляла 0,8 мм/об, частота вращения детали - 12,5-15,5 об/мин. Подача смазочно-охлаждающей жидкости в зону обработки осуществлялась по трубопроводу 3 под давлением. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовали индустриальное масло И-Л-А-22. Упрочнение проводили за один проход диска.An example implementation of the method
Samples of steel 45 were hardened by this method. A 16K20 turning screw cutter with technological equipment for hardening located on its support was used as the base machine. The reinforcing disk 2, rotating at a speed of 60-80 m / s, was pressed against the part 1 with a force of 550-1000 N. The longitudinal feed of the disk was 0.8 mm / rev, the rotational speed of the part was 12.5-15.5 rpm . The supply of cutting fluid to the treatment zone was carried out through pipeline 3 under pressure. As a cutting fluid, industrial oil I-L-A-22 was used. Hardening was carried out in one pass of the disk.

После обработки данным способом определяли толщину упрочненного слоя с использованием микроскопа МИМ-7. На фигуре 1 показана зависимость толщины белого слоя Δ от угла наклона канавки α к оси вращения диска для упрочненных образцов из стали 45. На фиг.2 показана зависимость толщины белого слоя Δ от количества канавок k на рабочей поверхности диска из стали У8 при угле их наклона 45^o и радиусе диска 100 мм. Толщина белого слоя по сравнению с известным способом возросла до 240-260 мкм против 180-190 мкм, что повышает долговечность обрабатываемой детали.After processing by this method, the thickness of the hardened layer was determined using a MIM-7 microscope. Figure 1 shows the dependence of the thickness of the white layer Δ on the angle of inclination of the groove α to the axis of rotation of the disk for hardened samples of steel 45. Figure 2 shows the dependence of the thickness of the white layer Δ on the number of grooves k on the working surface of the disk made of U8 steel at an angle of inclination 45 ^o and a radius of the disk of 100 mm. The thickness of the white layer in comparison with the known method increased to 240-260 microns against 180-190 microns, which increases the durability of the workpiece.

Claims

The method of surface hardening of products from iron-carbon alloys, including heating the surface with high-speed sliding friction and cooling by applying a cutting fluid to the treatment zone, characterized in that the treatment zone is cooled at a rate of 3 • 10 ⁴ -2,2 • 10 ⁵ K / s by feeding at an angle of 40-50 ^o to the surface of the part of the cutting fluid with a coefficient of use of 0.5-0.7.