SU1602655A1

SU1602655A1 - Способ восстановлени изношенной поверхности

Info

Publication number: SU1602655A1
Application number: SU884457835A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Григорьевич Глазистов; Эрик Шафикович Салаватов; Александр Степанович Снитко
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6286
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1990-10-30

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению, преимущественно при восстановлении крупногабаритного полого инструмента. Цель изобретени - повышение качества восстановлени рабочей поверхности полых матриц из стали У10А. СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В ЗАПЛАВЛЕНИИ МЕТАЛЛОМ ВСЕЙ ПОЛОСТИ ИНСТРУМЕНТА С ПРИПУСКОМ ПО ВЫСОТЕ ПРИБЫЛЬНОЙ И ДОННОЙ ЧАСТЕЙ. ВЫСОТА КАЖДОЙ ЧАСТИ СОСТАВЛЯЕТ ОТ 1/4 ДО 1/3 ВЫСОТЫ ИНСТРУМЕНТА И ДИАМЕТРОМ, РАВНЫМ ВНУТРЕННЕМУ ДИАМЕТРУ ИНСТРУМЕНТА. ОСУЩЕСТВЛЯЮТ НАГРЕВ СО СКОРОСТЬЮ 20-50°С/Ч ДО 670-730°С И ВЫДЕРЖКУ 4 Ч. ПОСЛЕ ЭТОГО ПРОИЗВОДЯТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ НАГРЕВ СО СКОРОСТЬЮ 80-120°С/Ч ДО ТЕМПЕРАТУРЫ НА 200°С НИЖЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СОЛИДУСА И ВЫДЕРЖКУ ИЗ РАСЧЕТА 2,5 МИН НА 1 ММ ВЫСОТЫ. ОСУЩЕСТВЛЯЮТ ДЕФОРМИРОВАНИЕ ПРИБЫЛЬНОЙ И ДОННОЙ ЧАСТЕЙ КАЖДОЙ НА 2/4-2/3 ИХ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ВЫСОТ И ОХЛАЖДЕНИЕ СО СКОРОСТЬЮ 510-580°С/Ч ДО ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ ИНСТРУМЕНТА НА 50°С НИЖЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА МАРТЕНСИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ. ПРОИЗВОДЯТ НАГРЕВ СО СКОРОСТЬЮ 40-80°С/Ч ДО ТЕМПЕРАТУРЫ НА 200°С ВЫШЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКОНЧАНИЯ РАСТВОРЕНИЯ ВТОРИЧНОГО ЦЕМЕНТИТА В АЦЕТАНИТЕ И ВЫДЕРЖКУ ИЗ РАСЧЕТА 1,5 МИН НА 1 ММ ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ ИНСТРУМЕНТА. ПОСЛЕ ЭТОГО ОСУЩЕСТВЛЯЮТ ПОВТОРНУЮ ДЕФОРМАЦИЮ МЕТОДОМ ПРОШИВКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩУЮ ДЕФОРМАЦИЮ ИНСТРУМЕНТА НА 2,2%, И ОХЛАЖДАЮТ ЕГО СО СКОРОСТЬЮ 770-840°С/Ч ДО ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА МАРТЕНСИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ. ЗАТЕМ ПРОИЗВОДЯТ ОХЛАЖДЕНИЕ СО СКОРОСТЬЮ 30-60°С/Ч ДО 20°С В ЦЕНТРЕ ИНСТРУМЕНТА. ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ОПЕРАЦИЕЙ ЯВЛЯЕТСЯ МЕХОБРАБОТКА, ЗАКЛЮЧАЮЩАЯСЯ В СНЯТИИ МЕТАЛЛА С ПРИБЫЛЬНОЙ И ДОННОЙ ЧАСТЕЙ ДО УРОВНЯ ТОРЦОВ И С ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ- ДО НОМИНАЛЬНОГО РАЗМЕРА. СПОСОБ ПОЗВОЛЯЕТ В ВОССТАНОВЛЕННОМ ПОЛОМ ИНСТРУМЕНТЕ ИЗ СТАЛИ У10А снизить в наплавленном металле рабочей поверхности пористость, структурную полосчатость, интервал неравномерности твердости. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс к машиностроению , преимущественно при восстановлении крупногабаритного полого инструмента

Цель изобретени - повышение качества восстановлени рабочей поверхности полых матриц из стали yjOA..

На фиго показана схема устройства дл .наплавлени металла на изношенный инструмент (матрицу) (восстанавливаемый инструмент 1, электрод е 2, нижний диск 3, верхний диск 4, оклалсдаема полость 5 диска); на фиг.2 - инструмент после наплавлени в его полость металла (основной металл 1 наплавленньш металл 2, Н - ю высота инструмента, D - диаметр прибыльной и донной частей наплавленного металла, h - высота наплавленного металла за торцовыми поверхност ми инструмента; на фигоЗ - ин- fS струмент после деформации сжати на- ; плавленного металла, где Dj - диаметр прибыльной и донной частей наплавленного металла после деформации сжати ; h - высота прибыльной и донной час- 20 тей после деформации сжати ; на фиг о 4 инструмент после деформации раст жени путем прошивки в нем . сквозного отверсти диаметром На фиг о 5 - восстановленный:, инстру- 25 мент после механической обработки (D - диаметр, равный размеру инструмента-матрицы ) о

Способ осуществл ют следующим образом.30

Операцию наплавки ведут заплазле- нием внутренней полости инструмента полностью методом электрошлаковой сварки о При этом заплавление внутренней полости инструмента производ т 35 в прибыльной части и собрать в донной

превращени на 50°С, затем нагревают инструмент со скоростью 40-80 град/ч до температуры на вьше температуры окончани растворени вторичного цементита в аустените при нагреве заэвтектоидной стали с вьщержкой при данной температуре из расчета 1,5 мин на 1 мм первоначальной (основной ) высоты инструмента, затем производ т вторую деформацию на раст жение методом прошивкой прошивнем, обеспечивающую деформацию раст жени (увеличение наружного диаметра по отношению к предшествующему наружно- му диаметру) инструмента на 2,2% с последующим охлаждением инструмента со скоростью 770-840 град/ч до достижени на его поверхности температуры вьш1е на температуры начала мартенситного превращени и охлаждают инструмент со скоростью 30- 60 град/ч до достижени в центре инструмента температуры 20 с. Наплавле- ние металла по всей внутренней полости инструмента с припуском за пределами торцовых горизонтальных поверхностей инструмента по высоте прибыльной и донной частей высотой каждой части от /4 до 1/3 первоначальной высоты инструмента и диаметромj равным диаметру внутренней полости инструмента, позвол ет, во-первых, .сконцентрировать усадочную раковину

с припуском за пределами торцовых поверхностей инструмента по высоте прибыльной и донной частей, каж,ца высотой от 1/4 до 1/3 первоначальной высоты инструмента и диаметром,, равным диаметру внутренней полости инструмента. После заплавлени инструмент с заплавленной полостью с при- бьшьной и донной част ми нагревают ,со скоростью 20-50 град/ч до 670- 73б°С, выдержки в течение 4 ч-и последующего нагрева со скоростью 80- 120 град/ч до температуры на 200 С ниже температуры солидуса с вьщержкой при данной температуре из расче- та 2,5 мин на 1 мм первоначальной высоты инструмента, производ т деформацию на сжатие свободной ковкой за счет уменьшени высот прибыльной- и донной частей на 2/4 - 2/3 их каждой высоты, охлалсдение со скорость 510-580 град/ч до достижени температуры на поверхности инструмента ниже температуры начала мартенситного

части шлаковые включени и засоры, возникающие в результате твердого старта, во-вторых, за счет деформации сжати донной и прибыльной частей происходит уплотнение, дробление литой структуры и увеличение дисперсности дендритов в наплавленном металле , а также измельчение зерна в зоне термического вли ни , в-третьих, после наплавлени провод т поэтапную гор чую деформацию, причем первую деформацию осуществл ют после нагрева инструмента со скоростью 20- 50 град/ч .::о 670-730°С, выдержки в течение 4 ч и последующего нагрева со скоростью 80-120 град/ч до температуры на 200°С ниже температуры солидуса с вьщерж1сой при данной температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм первоначальной высоты инструмента, производ т деформа;цию на сжатие до уменьшени прибьшьной и донной частей каждой на 2/4-2/3 их первоначальных высот, охлаждение со скоростью 510580 град/ч до достижени температуры на поверхности инструмента ниже температуры начала мартенситного превращени на 50°С, затем нагревают инструмент со скоростью 40- 80 град/ч до температуры на выше температуры окончани раство- рени вторичного цементита в аусте- ните при нагреве заэвтектоидной стали с выдержкой при данной температуре из расчета 1,5 мин на 1 мм высоты инструмента,а вторую деформацию произв.од т на раст жение методом прошивки прошивнем диаметром, обеспечивающим деформацию инструмента на 2,2% с последующим охлаждением инструмента со скоростью 770- 840 град/ч до достижени на его поверхности температуры вьш1е на температуры начала мартенситного превращени и охлаждают инструменты со скоростью 30-60 град/ч до достижени в центре инструмента 20°С. Нагре ступенчатый со скоростью 20 град/ч до 670°С, вьщержка в течение А ч и последующи нагрев со скоростью 80 град/ч до температуры ковки, это минимальные скорости и температура выдержки, исключающие образование термических трещин при нагреве до ковочной температуры Скорости нагрева менее 20 град/ч до периода выдержки и менее 80 град/ч до периода ковки снижают производительность термического оборудовани и увеличивают трудоемкость восстановлени инструмента . Нагрев до температуры менее 670 С не обеспечивает полного прохождени диффузионного процесса по сфероидизации и коагул ции карбидов , из-за чего заготовки получаютс при нагреве с трещинами. Температура на 200°С и ниже температуры со- лидуса с выдержкой при данной температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм первоначальной высоты инструмента обеспечивает протекание диффузионных процессов, привод щее к выравниванию состава стали, имеющего литое дендритное строение, а также обеспечивае ковку заплавленного инструмента без образовани трещин. Гор ча деформаци на сжатие до уменьшени прибыль- ной и донной частей каждой на 2/4 - 2/3 их первоначальных высот повьщгаёт дисперсность дендритной структуры и уменьшает балл структурной полосчатости Гор ча деформаци инструмён0

5

0

5

та на сжатие до уменьшени прибыльной и донной частей каждой менее, чем на 2/4 из первоначальных высот не обеспечивает высокой дисперсности дендритной структуры и не снижает балл структурной полосчатости, а гор ча деформаци инструмента до уменьшени прибыльной и донной частей каждого более, чем на 2/3 их первоначальных высот приводит к уменьшению высоты инструмента (выходит ,за чертежные размеры), а также к прогибу торцовых верхней и нижней .. плоскостей инструмента, что отрицательно сказьшаетс на уменьшении геометрических размеров по высоте и на уменьшение из-за большого съема тор- цовани горизонтальных плоскостей при механической обработке, трудоемкости восстановлени инструмента. -Охлаждение после деформации сжати со скоростью 310-580 град/ч до достиже- НИН температуры на поверхности инструмента ниже температуры начала мартен- - ситного превращени на 50 С обеспечивает измельчение зерна как в направ- ленном литом металле, так и в зоне термического вли ни за счет фазовой перекристаллизации: образуетс дисперсна феррито-карбидна смесь - сор- битотроститна структура с равномерным распределением карбидов. Скорость охлаждени после ковки со скоростью менее 510 град/ч не обеспечивает в зоне термического вли ни прохождени фазовой перекристаллизации, в результате чего зерно не измельчаетс , а в структуре образуетс небольшое количество сорбитотроститной структуры со скоплением карбидов в виде сетки. При скорости охлаждени более 580 град/ч до достижени температуры на поверхности инструмента ниже тем- 5 пературы начала мартенситного превращени на 50°С приводит к значительным остаточным термическим -напр жени м, в результате чего в инструменте воз-ни- кают трещины.

0 Повторный нагрев дл вторичной деформации во избежание образовани термических трещин производ т со скорост ми 40-80 град/ч до температуры ковки . При скорости нагрева менее 5 40 град/ч снижаетс производительность термического оборудовани и ваетс трудоемкость восстановлени инструмента, а при скорости нагрева iболее 80 град/ч образуютс термичес0

5

0

,

кие трещины. Во избежание образова- ни ковочных трещин нагрев инструмета под ковку должен быть до темперары па 200 С выше температуры окончани растворени вторичного цементит в аустените при нагреве заэвтектоид ной стали с вьздержкой при данной тепературе из расчета 1,5 мин на 1 мм высоты„ Дл повышени дисперсности дендритной структуры, уменьшени бала структурной полосчатости и умень 1ш интервапа разброса по твердости производ т деформацию на раст жение методом прошивки прошивнем диаметро обеспечивающим деформацию инструмента на 2,2%о Охлаждение после вторичной ковки со скорост ми 770- 840 град/ч обеспечивает в зоне термического вли ни измельчение металлографического зерна и повышение ударной в зкости за счет прохождени фазовой и структурной перекриталлизации . Скорость охлаждени менее 770 град/ч и более 820 град/ч либо не обеспечивает перекристаллизацию либо приводит к образованию трещин. Во избежание получени трещин охлаждение инструмента после ковки производ т до достижени на его поверхности температуры выше на 250 С температуры начала мартен- ситного превращени о

Дл уменьшени термических напр жений и дп облег- ени механической обработки от температуры, на 250 с превышающей температуру начала мар- тенситного превращени , инструмент охлаждают со скоростью 30-60 град/ч до достижени в центре инструмента

20°Со

При охлаждении со скорост ми выше или ниже 30-60 град/ч либо не обес- i печиваетс снижение твердости, либо снижаетс производительность про- 1десса. 1

П р и .м е р. Проводилось восстаг новление матрицы из стали У10А размером: диаметр наружный 390 мм, внутренний диаметр 180 мм, высота 100 мм, электродом из стали У1ОА диметром 90 мм по 1-5 вариантам Наплавку производили при твердом старте фпюсе марки АНФ-32 по режиму: ток 2,2 кА, напр жение 40 В, Инструмент перед наплавкой подвергалс нормали зации (аустенитизаци при ,выдерж ка 2,5 ч, охлаждение на воздухе),

10

5

0

5

0

внутренн поверхность под наплавку очищалась от окалины-шлифовальной тканевой шкуркой зернистостью 62,. Инструмент устанавливалс горизонтально между верхним (прибыльным, фиг.1, поз.4) и нижним (донным,фиг.1, поЗоЗ) полыми водоохлаждаемыми формообразующими элементами (фиг.1, поз.5). Верхний (прибыльный) медный полый диск с толщиной стенки 15 мм выполнен в виде кольца (фиго,поз.4), наружный и внутренний, диаметр которого равен соответственно наружному и внутреннему диаметру инструмента (фиг.1, П03.1), а высота равна двойной высоте инструмента-. Нижний (донный ) медный полый с толщиной стенки 15 t-iM диск (фиг.1, поз.З) имеет размеры по диаметру и высоте. равные диаметру В.и высоте инструмента, Дп сбора шлака и засоров, возникающих в результате твердого стар-;. та.

а также дл формировани припуска в донной части по центру в нижнем диске выполнено несквозное углубление в зависимости от варианта восстановлени на глубину, равную 5/24 дн варианта 1,1/4 дл варианта 2; 7/24 дл варианта 3; 1/3 дл варианта 4; 3/8 дл варианта 5 первоначальной высоты инструмента с диаметром, равным внутреннему наплавл емому диаметру инструмента. Дл стали У1ОА из

5 диаграммы Fe-FejC находим температуру солидуса, равную 1330°Cj а температура окончани растворени вторичного цементита в аустените при нагреве заэвтектоидной стали (стали )

0 рав.на 800°С, температура начала мар тенситного превращени составл ет 210 Со После наплавлени внутренней полости инструмента с припуском h по высоте прибыльной и донной частей

5 высотой каждой части в зависимости от варианта восстановлени по 5/24 дл варианта 1; J/4 дл варианта 2; 7/24 ДПЯ варианта 3; 1/3 дн варианта 4; 3/8 дл варианта 5,- высоты ин0 струмента Н и диаметром D, (фиг.2, поз.1,2)S равным диаметру внутренней наплавл емой полости инструмента, инструмент (заготовка) охлаждаетс до 20 С, затем нагреваетс со

5 скоростью в зависимости от варианта восстановлени 5 град/ч дл варианта 1; 20 град/ч дл варианта 2; 35 град/ч дл варианта 3; 50 град/ч ДПЯ варианта 4; 65 град/ч дл вариан

та 5 до температуры в з виснмостн о варианта восстановлени 640°С дл варианта 1; 670°дл варианта 2; 700°С дл варианта 3; 730 с дл ва- . рианта 4; 760°С дл варианта 5, вы- держка в течение 4 ч, нагрев со скоростью в зависимости от варианта восстановлени 60 град/ч дл вариант 1; 80 град/ч дл варианта 2; 100 град/ч дл варианта 3,120 град/ч дл варианта 4, 140 град/ч дл вариата 5 до температуры 1130°С с выдержкой при данной температуре 4,16 ч производитс деформаци на сжатие (производ т свободную ковку) за счет умейьшени высот прибьшьной и донной частей (до высоты h.) в зависимости от варианта восстановлени на 5/12 дп варианта , 2/4 дл варианта 2; 7/12 дл варианта 3; 2/3 дп варианта 4, 3/4 дл варианта 5 их первоначальных высот от высоты h, охлаждение в зависимости от варианта восстановлени со скоростью 475 град дп варианта 1, 510 град/ч дл варианта 2; 545 град/ч дл варианта 3; 580 град/ч дл варианта 4; 615 град/ч дл варианта 5 до достижени температуры на поверхности инструмента 160 С, затем нагрев в зависимости от варианта восстановлени со скоростью 20 градУч дп варианта 1; 40 град/ч дл варианта 2; 60 град/ч дл варианта 3; 80 град/ч дл варианта 4; 100 град/ч дл варианта 5 до температуры с выдержкой при данной, темп ературе 2,5 ч, затем производ т вторую деформацию на раст жение методом прошивки прошивнем диаметром, обеспечивающим деформацию инструмента на 2,2% (диаметр Dj) с последующим охлаждением, в зависимости от варианта восстановлени со,скоростью 735 град/ч дл варианта I; 770 град/ч дл варианта 2; 805 град/ч дл варианта 3; 840 град/ч дл варианта 4; 875 град/ч дл варианта 5 до достижени на поверхности инструмента температуры 460°С и последующего охлаждени , в зависимости от варианта восстановлен НИН со скоростью 1 5 град/ч дл варианта 1; 30 град/ч дл варианта 2; 45 град/ч дл варианта 3; 60 град/ч дл варианта 4; 75 град/ч дл варианта

5 до достижени в центре инструмента температуры 20°С. Затем производ т механическую обработку путем

сн ти металла прибыльной и донной частей до уровн горизонтальных торцовых поверхностей инструмента, а также с внутренней полости инструмента до чертежного размера (D и Н).

Механико-технологические свойства металла наплавленного и зоны термического вли ни в зависимости от варианта восстановлени приведены в таблице.

Способ (оптимальный режим, варианты 2-4) восстановлени полого инструмента , преимущественно матриц, имеет в наплавленном металле низкие баллы пористости, структурной полосчатости , высокую дисперсность дендритной структуры, высокий номер металлографического зерна в -з оне термического вли ни , повышенную ударн ю в зкость и невысокий интервал неравно- мерности твердости, что существеинб повьш1ает стойкость инструмента.

Формул

и

зобретени

5 . д дс

30

35

1.Способ восстановлени изношенной поверхности, включающий наплавку металла на изношенную поверхность. и последз ющую механическую обработку , отличающийс тем, что, с целью повышени качества восстановлени рабочей поверхности полых матриц из стали У10А, производ т заплавление металлом всей рабочей -- полости инструмента с припуском за пределами торцовых поверхностей J/4- 1/3 первоначальной высоты инструмента и диаметром, равным диаметру внутренней полости инструмента, на- - грев, охлаждение и поэтапное деформирование , причем первый зтап осуществл ют после нагрева инструмента со скоростью 20-50 град/ч до 670-730 с, выдержкой в течение 4 ч и последующим нагревом со скоростью 80- 120 град/ч до температуры на 200 с ниже температуры солидуса с выдержкой при данной температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм первоначальной высоты , инструмента, производ т деформацию на сжатие до уменьшени прибыльной и донной частей каждой на 2/4-2/3 их первоначальных высот, охлаждение со скоростью 510-580 град/ч до достижени температуры на поверхности инструмента ниже температуры начала мартен- ситного превращени на 50°С, затем нагревают инструмент со скоростью 400

11160265

80 град/ч до температуры на выше температуры окончани растворени ; вторичного цементита в аустените при нагреве заэвтектоидной стали с вьщерлг- г кой при данной температуре из расчета 1,5 мин на 1 мм первоначальной высоты инструмента, а второй этап производ т прошивкой прошивнем до деформации диаметра инструмента на 2,2% с после- ю дующим охлаждением инструмента со скоростью 770-8АО град/ч до достижени на его поверхности температуры

Ч/ 4

Claims

I

2

3 4 5 6

Примечание: из-за сложности оценки одним из 2-х соседних баллов производили оценку промежуточным баллом.

5

вьппе на

начала

12

температуры

мартенситного превращени и охлаждают со скоростью 30-60 град/ч до достижени в центре инструмента температуры 20 Со
2.Способ по п.J, отличающий с тем, что механическую обработку производ т путем сн ти металла прибыльной и донной частей до уровн торцовых поверхностей инструмента, а также с внутренней полости инструмента до номинального размера.

Фиг.1

te.J

/

2 1

Фи.

/