<p>Изобретение относится к способам высокотемпературной термомеханической обработки и может быть использовано в машиностроении для упрочнения средне- и тяжелонагруженных цементированных деталей.</p>
<p>Известные способы термической обработки цементованных деталей не всегда обеспечивают при высоких контактных нагрузках требуемую стойкость против образования питтингов, так как закаленный цементованный слой, имея высокую твердость, склонен к хрупкому разрушению [1].</p>
<p>По технической сущности наиболее близким решением этой задачи является способ поверхностной термомеханической обработки цементованной стали [2]. Заготовки (ролики 041 мм) после цементации подвергают поверхностному индукционному нагреву (Е<sub>ауст</sub> = 900°С), деформации (Е<sub>де</sub>ф = — 820°С), обкаткой роликом с постоянным усилием обжатия (Ё<sub>О</sub>бк==85 кГ), закалке (7<sup>,<sub></sup>3</sub> = 760°С) и отпуску (Еотп —200°С, τ= = 1 час).</p>
<p>Известный способ позволяет повышать износостойкость цементованных деталей, но достигнутое при этом способе поверхностное упрочнение не обеспечивает надежной работы тяжелонагруженных деталей, работающих при циклических контактных нагрузках. При поверхностном индукционном нагреве не обеспечивается необходимая прочность сердцевины при закалке, мала глубина упрочненного слоя при деформации в процессе высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМ.О). Обкатка роликом с силовым замыканием не обеспечивает достаточной глубины упрочненного слоя. Индукционный нагрев до 880—900°С приводит к огрублению структуры легированных сталей и увеличению количества остаточного аустенита.</p>
<p>В результате, в процессе приложения высоких контактных нагрузок в подкорковой зоне происходит пластическая деформация, которая приводит к перераспределению напряжений в цементованном слое и его разрушению.</p>
<p>Целью изобретения является устранение указанных недостатков.</p>
<p>Поставленная цель достигается тем, что цементованные детали, в отличие от известного способа, подвергают нормализации и последующему сквозному индукционному нагреву, причем нагрев производят до 820—860°С с последующей выдержкой в течение 5—120 сек, а деформацию осуществляют со степенью обжатия 5—10%.·</p>
<p>Нормализация устраняет цементитную сетку в цементованном слое, измельчает</p>
<p>761581</p>
<p>3</p>
<p>зерно в сердцевине и повышает ее механические свойства.</p>
<p>Сквозной индукционный нагрев обеспечивает необходимую прочность сердцевины при закалке, увеличивает глубину упрочненного слоя при деформации в процессе ВТМО.</p>
<p>В предлагаемом температурном интервале нагрева (820—860°С) обеспечивается требуемая однородность твердого раствора по углероду. Изотермическая выдержка (т=5—120 сек) при достижении заданной температуры обеспечивает более равномерный прогрев заготовки, улучшает однородность твердого раствора. Однако увеличение времени выдержки τ>120 сек приводит к увеличению количества остаточного аустенита в цементованном слое после закалки.</p>
<p>Учитывая, что для многих из известных способов деформации характерно неравномерное распределение степени деформации по сечению (максимальное на поверхности и минимальное в сердцевине), можно успешно использовать для цементованных деталей относительно небольшие (по обжатию) степени деформации λ = 5—10%. Степень деформации менее 5% не обеспечивает достаточно высокой эффективности термомеханйче*с1Гого упрочнения. Увеличение степени деформации λ>10% нежелательно, так' как в краевой зоне заготовки наблюдается выделение избыточного цементита по границам деформированного зерна на глубину большую, чем припуск под шлифовку. Кроме того, при увеличении степени деформации необходимо увеличивать и глубину цементованного слоя в заготовке.</p>
<p>Пример осуществления способа.</p>
<p>Цементованные на глубину 1,9...2,2 мм трубчатые 73<sub>на</sub>р = 45 мм и б/<sub>вн</sub>=20 мм и сплошные 032 мм заготовки из стали 20Х2Н4А подвергались нормализации при температуре 890°С.</p>
<p>В процессе ВТМО цементованных заготовок последовательно выполнялись следующие переходы:</p>
<p>1) нагрев в многозитковом индукторе от установки ТВЧ ЛЗ—67В до температуры 7 = 840—860°С;</p>
<p>2) изотермическая выдержка при данной температуре в течение 5—60 сек;</p>
<p>3) деформация вращающейся заготовки протягиванием с осевой подачей 0,5 м/мин через трехроликовую головку, настроенную на требуемый размер, при степени обжатия 5—10%;</p>
<p>4</p>
<p>4) закалка заготовки водой в спрейере, расположенном за деформирующим узлом.</p>
<p>После ВТМО детали подвергались низкому отпуску при Т = 150°С.</p>
<p>ВТМО по предлагаемой схеме при оптимальных режимах обеспечивает все требования, предъявляемые по структуре и свойствам к цементованному слоя и сердцевине после обычной термической обработки:</p>
<p>— твердость ННС^бО;</p>
<p>— твердость сердцевины НКС 35 ... 49;</p>
<p>— карбидная сетка не выше 3 балла;</p>
<p>— остаточный аустенит не выше 3 балда.</p>
<p>Стендовые контактно-усталостные испытания роликов-образцов (7><sub>н</sub> = 45 мм, й<sub>вн</sub> = = 20 мм, 6 = 8 мм, г=0,5 мм), вырезанных из заготовок после ВТМО и обычной термической обработки показали, что ограниченная долговечность образцов, прошедших ВТМО, повышается в 2—3 раза по сравнению с образцами, обработанными по обычной технологии. Предел усталости на базе 5-10<sup>6</sup> циклов повышается в 1,5—2 раза.</p>
<p>Использование предлагаемого способа термомеханического упрочнения по сравнению с существующими способами позволяет в 2—3 раза повысить контактно-усталостную прочность тяжелонагруженных цементованных деталей, обеспечивая повышение надежности и долговечности, а отсюда и гарантийных сроков службы упрочняемых деталей.</p><p> The invention relates to methods of high-temperature thermomechanical processing and can be used in mechanical engineering for strengthening medium- and heavy-loaded cemented parts. </ p>
<p> Known methods of heat treatment of cemented parts do not always provide the required resistance to pitting formation at high contact loads, since the hardened cemented layer, having high hardness, is prone to brittle fracture [1]. </ p>
<p> By technical essence, the closest solution to this problem is the method of surface thermomechanical treatment of cemented steel [2]. The blanks (rollers 041 mm), after cementation, are subjected to surface induction heating (E <sub> aus </ sub> = 900 ° C), deformations (E <sub> de </ sub> f = -820 ° C), run-in with a roller a constant compression force (E <sub> O </ sub> BK == 85 kg), quenching (7 <sup>, <sub> </ sup> 3 </ sub> = 760 ° C) and tempering (Eot — 200 ° С, τ = = 1 hour). </ P>
<p> The known method allows to increase the wear resistance of cemented parts, but the surface hardening achieved with this method does not ensure reliable operation of heavily loaded parts operating under cyclic contact loads. When surface induction heating does not provide the necessary strength of the core during quenching, the shallow depth of the hardened layer during deformation in the process of high-temperature thermomechanical processing (VTM.O). Running in with a roller with a power closure does not provide a sufficient depth of the hardened layer. Induction heating to 880–900 ° C leads to a coarsening of the structure of alloyed steels and an increase in the amount of residual austenite. </ P>
<p> As a result, in the process of applying high contact loads in the subcortical zone, plastic deformation occurs, which leads to the redistribution of stresses in the cement layer and its destruction. </ p>
<p> The aim of the invention is to eliminate these disadvantages. </ p>
<p> This goal is achieved by the fact that cemented parts, in contrast to the known method, are subjected to normalization and subsequent end-to-end induction heating, and the heating is carried out to 820–860 ° C, followed by exposure for 5–120 s, and reduction of 5-10%. · </ p>
<p> Normalization eliminates the cementite mesh in the cemented layer, crushes </ p>
<p> 761581 </ p>
<p> 3 </ p>
<p> grain in the core and enhances its mechanical properties. </ p>
<p> Through induction heating provides the necessary strength of the core during quenching, increases the depth of the hardened layer during deformation during the HTMO process. </ p>
<p> In the proposed temperature range of heating (820–860 ° C), the required homogeneity of the solid solution over carbon is ensured. Isothermal exposure (t = 5–120 s) when the desired temperature is reached provides a more uniform heating of the workpiece, improves the homogeneity of the solid solution. However, an increase in the holding time τ > 120 sec leads to an increase in the amount of residual austenite in the cemented layer after quenching. </ P>
<p> Given that many of the known deformation methods are characterized by an uneven distribution of the degree of deformation over the cross section (maximum on the surface and minimum in the core), relatively small (by reduction) degrees of deformation λ = 5-10% can be successfully used for cemented parts. The degree of deformation of less than 5% does not provide a sufficiently high efficiency of thermomechanical * s1Hogo hardening. Increasing the degree of deformation λ > 10% is undesirable, as in the marginal zone of the workpiece, there is a release of excess cementite along the boundaries of the deformed grain to a depth greater than the grinding allowance. In addition, as the degree of deformation increases, it is necessary to increase the depth of the cemented layer in the workpiece. </ P>
<p> An example of the method. </ p>
<p> Cemented to a depth of 1.9 ... 2.2 mm tubular 73 <sub> on </ sub> p = 45 mm and b / <sub> n <<sub> = 20 mm and solid 032 mm billets from steel 20X2H4A were subjected to normalization at a temperature of 890 ° C. </ p>
<p> In the HTMO process of the cemented blanks, the following transitions were performed successively: </ p>
<p> 1) heating in a multiturn inductor from a HDTV LZ — 67V installation to a temperature of 7 = 840–860 ° C; </ p>
<p> 2) isothermal aging at a given temperature for 5–60 seconds; </ p>
<p> 3) deformation of a rotating workpiece by pulling with an axial flow of 0.5 m / min through a three-roller head, adjusted to the required size, with a reduction degree of 5-10%; </ p>
<p> 4 </ p>
<p> 4) quenching the workpiece with water in a sprayer located behind the deforming unit. </ p>
<p> After HTMT, parts were subjected to low tempering at T = 150 ° C. </ p>
<p> VTMO according to the proposed scheme with optimal conditions provides all the requirements for the structure and properties of the cemented layer and the core after the usual heat treatment: </ p>
<p> - hardness NNS ^ B; </ p>
<p> - hardness of the NCS 35 ... 49; </ p>
<p> - carbide mesh not higher than 3 points; </ p>
<p> - residual austenite not higher than 3 noodle. </ p>
<p> Bench contact-fatigue tests of sample rollers (7 > <sub> n </ sub> = 45 mm, th <sub> n </ sub> = = 20 mm, 6 = 8 mm, g = 0.5 mm), cut from blanks after HTMT and conventional heat treatment showed that the limited durability of specimens that passed HTTM increased 2–3 times compared to samples processed by conventional technology. The limit of fatigue on the basis of 5-10 <sup> 6 </ sup> cycles increases 1.5-2 times. </ P>
<p> Using the proposed method of thermomechanical hardening compared to existing methods allows a 2-3 times increase in contact-fatigue strength of heavily loaded cemented parts, providing increased reliability and durability, and hence the service life of hardened parts. </ p>