SU954451A1 - Способ поверхностной термомеханической обработки цементованных изделий - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано дл  поверхностного термомеханическо го упрочнени  т желонагруженных цементованных изделий, особенно больших размеров. Известен способ термомеханическо поверхностной обработки цементованных деталей. При этом способе заготовки 0 41 Мм подвергаютс  поверхно стному индукционному нагреву до температуры аустенизации, деформаци обкаткой роликами при статическом их нагружении и закалке. Эффективность данного способа мала, так как повышение прочности, оцениваемое по твердости, составл ет 8-10% на глубине 0,3-0,4 мм 13. Однако дл  т желонагруженных дет лей материал должен обладать более высокими механическими свойствами как поверхностного (цементованного) сло , так и сердцевины, чтобы обеспечить требуемую прочность при статических и повторно-переменных нагрузках , а также высокое сопротивле ние большим давлением (дл  предотвр щени  продавливани  сло ) при контактных циклических нагрузках. Известен также способ поверхностной термомеханической обработки Металлических изделий, включающий нагрев до температуры аустенизации, обкатку роликом, вибрирующим с частотой 20-30 Гц, с амплитудой, не превышающей глубины лунки контакта издели  с роликом, и охлаждение 2. Известный способ увеличивает глубину упрочненного сло , благодар  чему он применим дл  упрочнени  т желонагруженных изделий, особенно больших размеров. Применительно к цементованным издели м требуемую глубину упрочнени  выбирают исход  из того, что дл  т желонагруженных изделий нар ду с упрочнением цементованного сло  необходимо упрочнение и сердцевины. Это исключает продавливание цементованного сло  или его отслоение при высоких контактных нагрузках в процессе эксплуатации изделий. Характерным при упрочнении цементованных изделий  вл етс  то, что структурные изменени , обусловленные обработкой, должны регламентироватьс  дл  резко отличающихс  по содержанию углерода поверхностного сло  и сердцевины, что определ ет характер структурных

изменений в процессе обкатки, мартенситного превращени  и процессов рекристаллизации и распада аустени .та. Все это в конечном счете определ ет уровень конструктивной прочности цементованных изделий.

Поэтому при применении известного способа поверхностной термомеханической обработки дл  упрочнени  цементованных крупногабаритных изделий необходимо учитывать то, что при обкат ке вибрирующим роликом деформации по глубине деформированного сло  распредел ютс  неравномерно и наибольшему упрочнению подвергаетс  слой, лежащий на некоторой глубине от поверхности (1,5-2 мм). Это св зано с ударным характером обкатки вибрирующим роликом, при котором, в отличие от обкатки при статических нагрузках, пик максимальнсЗй деформации смещаетс  с поверхности в глубину обрабатываемого издели . Однако дл  цементованных , изделий, у которых глубина цементации обычно О,6...1,5 мм, дл  повышени  конструктивной прочности требуетс  в большей степени деформировать именно цементованный слой.

В результате импульсного характера взаимодействи  вибрирующего ролика с обрабатываемым изделием на поверхности остаютс  следы ударов роли ка, что увеличивает шероховатость поверхности, следовательно, и припуск под последующую механическую обработку. Дл  цементованных изделий у которых глубина цементованного сло  строго лимитирована, это крайне нежелательно.

Цементованные издели  ввиду высокого содержание углерода, в цементо-.ванном слое (0,9-1,2%) обладают низКИМ сопротивлением хрупкому разруше . нию.

Все это в конечном счете не обеспечивает требуемого качества упрочна ни  цементованных изделий. Цель изобретени  - повышение качества упрочнени  цементованных изделий , особенно больших размеров. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе поверхностной тер момеханической обработки, включающем нагрев до температуры аустенизации,. обкатку вибрирующим роликом и охлаждение после обкатки, вибрирующим роликом на требуемую глубину упрочнени  производ т изотермическую выдерж ку с последующей обкаткой тем же роликом при статических нагрузках, после чего осуществл ют охлаждение При этом обкатку роликом при статических нагрузках производ т на глуби ну цементованного сло . Кроме того, охлаждение осуществл ют с последеформационной выдержкой в интервале 2-10 с.

Применение после обкатки вибрирующим роликом изотермической выдержки до завершени  первичной рекристаллизации приводит к измельчению зерна, повышению комплекса, механических свойств как цементованного сло , так и сердцевины, особенно ударной вЯзкости . Длительность выдержки зависит от марки стали издели  и определ етс  временем, необходимым дл  протекани  первичной рекристаллизации. При этом дл  легированных сталей, вследствие большого сродства таких элементов , как хром и углерод, растворени  хромсодержащчх карбидов в аустените, требуетс  более длительна  выдержка, чем дл  углеродистых. Однако больша  выдержка нежелательна, так как в цементованном слое по вл етс  подсло с большим количеством остаточного аустенита.

Обкатка роликом при статических нагрузках на глубину цементованного сло  приводит к более равномерному « дополнительному, дефррмированию цементованного сло , повыша  тем самым комплекс свойств (прочность, пластичность , ударную в зкость) этого сло . Кроме того, отсутствие вибраций повышает качество поверхности на 1-2 класса шероховатости за счет сглаживани  следов вибрирующего ролика, что уменьшает припуск под последующую механическую обработку.

Охлаждение издели  в зависимости от размеров издели  и марки стали осуществл ют с требуемой последеформационной выдержкой в интервгше 2-10 с, что дополнительно повышает комплекс свойств цементованного сло  вследствие протекани  первичной рекристаллизации . Увеличение последеформационной выдержки более 10 с приводит к выделению избыточного цемента по границам деформированных зерен в цементованном слое, понижа  сопротивление хрупкому разрушению. Поверхностной термомеханической обработке подвергают заготовки (ольца из стали 12ХНЗА (наружным диаметром 90 мм, внутренним 50 мм и шириной 24 мм), цементованных на глубину 1,2 мм (содержание углерода составл ет 1%). Дл  этого используют устройство, в котором нагреватель (индуктор), деформирующий орган и спрейер расположены в одной плоскости , что позвол ет осуществл ть изотермические выдержки различной продолжительности и в любом сочетсшии. Глубинный нагрев токами высокой частоты до температуры аустенизации 860°С при вращении заготовки производ т от лампового генератора ЛЗ-67В секторным индуктором на глубину 10 мм, что контролируетс  по торцовой поверхности заготовки оптическим пирометром ОППИР-017. Скорость вращени  составл ет 6 .об/мин. Обкатку нагретого сло  осуществл ют за 2 оборота заготовки вибрирующим роликом, вмонтированным в пневмомолоток ТО-09 с частотой вибрации и усилием статического поджати  200 кгс. После этого отключают пневмомолоток, отвод т ролик с помощью эксцентрикового механизма и производ т изотермическую выдержку Б течение 10 с, т.е. за один оборот обрабатываемой заготовки. Понижение температуры упрочн емой поверхности в процессе обкатки вибрирующим роликом и изотермической выдержки компенсируетс  одновременной работой индуктора. Затем подвод т ролик, осуществл ют обкатку за два оборота при статической нагрузке 200 кгс. По завершении обкатки при статической нагрузке давали последеформационную выдержку 5 си производ т охлаждение с спрейерном устройстве водой под давлением 2 ати.

Дл  получени  сравнительных данных провод т поверхностную термомеханическую обработку по следующей технологии: после нагрева до температуры аустенизации на глубину 10 мм провод т обкатку вибрирующим РОЛИКОМ на глубину нагретого сло  при частоте вибраций 30 Гц и усилием статическ.ого поджати  200 кгс, после чего немедленно охлаждают.

И в том, и в другом случае заготовки после упрочнени  подвергают низкому отпуску при 170°С в течение 2ч.

Качество упрочнени  оценивают по качеству поверхности и конструктивной прочности цементованного сло .

Качество поверхности определ ют на профилографе-профилиметре МИС-201. Обработка профилограмм показывает, что шероховатость поверхности по предлагаемому способу достигает б класса, а по известному способу 4 класса (Ra- вместо R ) .

Конструктивную прочность оценивают на образцах (толщиной 1 мм, шириной 8 мм и длиной 24 мм), вырезанных из цементованного сло . Испытани  провод т на исшлтательной машине типа Инстрон при статическом и

удариом изгибе. При этом по предлагаемому способу обработки прочность при изгибе увеличиваетс  на 10% (с 390 до 420 кгс/мм), пластичность (прогиб) - на 10% (с 3,4 до 3,6 м/м), а ударна  в зкость - в 1,5 раза (с 14 до 21 кгс/см/см).

Применение предлагаемого способа позволит повысить прочность, надежность и долговечность т желонагру0 женных цементированных изделий, особенно крупногабариЧгных, уменьшить трудоемкость изготовлени .

Экономическа  эффективность от использовани  предлагаемого способа при разработке и внедрении техноло5 гии изготовлени  т желонагруженных цементованных изделий с поверхностным термомеханическим упрочнением составл ет 37 тыс.руб.

20

Claims (3)

1.Способ поверхностной термомеханической обработки цементованных

5 изделий, включающий нагрев до температуры аустенизации, обкатку вибрирующим роликом и охлаждение, о т л ич а ю щ и йс   тем, что, с целью повышени  качества упрочнени  изде0 лий, после обкатки вибрирующим роликом производ т изотермическую выдержку с последующей обкаткой тем же роликом при статических нагрузках, после чего осуществл ют охлаждение.

5

2.Способ ПОП.1, отличающийс  тем, что обкатку роликом при ,статических нагрузках производ т на глубину цементованного сло .

3.Способ ПОП.1, отличаю0 щийс  тем, что охлазкдение осуще-: ствл ют с последеформационной выдержкой в интервале 2-10 с.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

5

1.Южаков И.В., Юдин В. П. Термомеханическа  обработка цементованной стали 18ХГТ. - Металловедение и термомеханическа  обработка металлов. 1972, 2, с. 80.

2.Авторское свидетельство СССР

0 488870, кл. С 21 D 7/06, 1974.