Способ упрочнения изделий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛ У 35 ан,й ровск етельст Р 9/50,льство С 8/00,(54) СПОСОБ (57) Изобрет бам повышени тик материал выносливости использовано УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕие относитсяпрочностныхв частностиугунов, и модля упрочнени к спосоарактерис предела ет бытьчугунных ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Авторское свидКф 840161, кл. С 21С 21 Д 8/00, 1979.Авторское свидетВ 97585, кл, С 21С 21 Р 7/04, 1980. изделий, например коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение предела выносливости при минимальном изменении геометрии иэделий. После механической обработки осуществляют удаление поверхностного слоя электрохимическим стравливанием слоя толзрвной от Ь 0,2(1+Р) до М 0,3(Ь+Р), где Ь - среднее расстояние меаду центрами соседних графитовых включений, мч; Р - средний размер графитовых включений, ьв, затем проводят поверхностный наклеп обкаткой роликами с величиной контактного давления б МНВ/(1+Ь+Р), где 6 - величина ща среднего койтактного давления, МПа; НВ - твердость чугуна; Е 1,8-2, эмпирический коэффициент. 4 табл,Тирам 552 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/51 12Изобретение относится к способамповышенияпрочностных характеристик материала, в частности предела вы.носливости чугунов, и может быть использовано для упрочнения чугунных изделий,.например коленчатых валов, двигателей внутреннего сгорания.Целью изобретения является повыше ние предела выносливости при минимальном изменении гебметрии изделий,В результате механической обработ ки (резцом, шлифования и даже полирования) в поверхностном слое деталей Формируются макронапряжения и микро- искажения, существенным образом влияющйе на механические характеристики,в частности, на циклическую прочность. Установлено, что наличие этих макронапряжений и микроискажений в чугуне снижает эффективность последующего упрочнения методом поверхностного пластического деформирования Для устранения этого негативного явления применяют электрохимическое стравливание тонкого поверхностного слоя после механической обработки.Связь глубины распространения макронапряженйй и микроискажений в чугуне с шаровидным графитом с раэ. мерами включений Э и расстояниями между ними Ь представлена в табл. 1.Глубину распространения макронапряжений и микроискажений определяют по прекращеиюа изменения профиля рентгеновских дифракционных линий при послойномсмравливании деформиро ванной обработкой зоны цилиндрических образцов 4 9 ммеОптимальная величина стравливаемо го слоя зависит от глубины распространения макронапряжений и микроискажений, а следовательно, и от величины (Э+Х,).Результаты определения оптимальной величины стравливаемого,слоя сведены в табл, 2. Предел выносливости определяют испытаниями на знакопеременный изгиб ври вращении на испытательной машине ИУИ.Перед испытаниями образцы ф 9 мм обкатывают роликами Ф 20 мм с проФильным радиусом 5 мм при нескольких условиях обкатывания. Все образцы имеют одинаковую твердость НВ (290-300).Как видно из табл, 2, для различной механической обработки поверхнос 58849ти перед поверхностным пластическим деформированйем (с различными усилиями) следует проводить стравливание поверхностного слоя, причем толщину удаляемого слоя можно определить из соотношения 10 15 20 25 30 35 .40 45 50 55 сНижний предел этого соотношения - Ь=0,2(Е+Э) связан с понижением усталостной прочности чугуна. Увеличение Ь сверх 0,3(Ь+Э) не вызывает дальнейшего увеличения усталостной прочности, а приводит к нежелательному изменению геометрии (уменьшению диаметра) детали и поэтому нецелесообразно.Так как глубина формирования макронапряжений и микроискажений при поверхностной обработке, включая и .цоверхностное пластическое деформирование, зависит от параметра (Ь+Э), определяют оптимальное усилие обкаты вания при изменении этого параметра, При этом изучают высокопрочный чугун с различной твердостью.В качестве параметра усилия обка" тывания выбирают величину среднегодавления в контакте. Этот параметр пригоден для деталей различного диаметра. Он удобен для характеристики относительных изменений напряженно- деформированного состояния.Определение оптимального усилия обкатывания проводят на цилиндрических образцах ф 9 мм, которые после механической обработки шлифова кием и полированием стравливают по цилиндрической поверхности химическим полированием при комнатной температуре в растворе состава:ч, НЮ+3 ч, НС 1 по предлагаемой технологии. Во время стравливания образцы вращают вокруг своей оси со скоростью и =2 об/мин. Контроль эфФективности упрочненияпроводят по результатам испытаний на изгиб при вращении на испытательной машине МУИРезультаты измерений сведены в табл. 3.Обобщая приведенные в табл. 3 результаты при помощи интерполяции на ЭВИ, выбор усилия обкатывания при ППД высокопрочного чугуна проводят по выражениюк НВ3 1258849 4 где б - величина среднего давления Контроль эффективности упрочненияв контакте, МПа; проводят по результатам.испытанийНВ - твердость чугуна; на изгиб с вращением на машине МУИЬ+р - соответственно среднее рас.стояние между центрами сосед Результаты испытаний сведеныних включений графита и сред- в табл. 4.ний диаметр графитных включений, мм,Как видно из результатов, приведенных в табл, 4, предлагаемый способ упрочнения позволяет повысить предел выносливости в ф 1,6 - 1,8 раза. Формула изобретения нои1 с НВ1+Ь+Ргде б -величина среднего контактногодавления, МПа;НВ - твердость чугуна;1 с 1,82,1 -эмпирический коэффициент. Таблица Вид обработки мм 0,0 Шлифование 0,15 0,125 1 с=1,8 -2,1 - эмпирический коэффициент. . 10Выход за пределы этого соотношения вызывает снижение усталостной проч" ности высокопрочного .чугуна.П р и м е р. Предлагаемый способ опробуют для высокопрочного чугуна 5 с шаровидным графитом состава, мас.7; С 3,0 - 3,6; Мп 0,5 - 0,9; Б 1,8 2,2; Б 0,025; Р (0,1; Сг 0,15; М 3. 0,5; М 8 0,04 - 0,08. Чугун охлаж. дают с различной скоростью для полу чения образцов с различной величиной графитных включений (р) и расстояний между ними (Ь). Последующей термообработкой получают различную структуру металлической матрицы и соответ. 25 ственно различную твердость чугуна. Полученные механической обработкой образцы Ф 9 мм шлифуют и полируют. Стравливание поверхностного слоя про. водят на величину от Ь=0,2(Ь+р) до Ь=0,3(Ь+р) химическим полированием при комнатной температуре в растворе состава: 1 ч. НЮ + 3 ч, НС 1,Во время стравливания образцы вращают вокруг своей оси со скоростью И=2 об/мин. Поверхностное пластическое деформирование проводят обкатыванием роликами диаметром 20 мм с профильным радиусом 5 мм за один проход, подача 0,05 мм/об скорость40 90 об./мин. Усилие обкатывания выбирают по выражению, приведенному выше. Способ упрочнения изделий преимущественно из высокопрочного чугунас шаровидным графитом, включающиймеханическую обработку, удаление поверхностного слоя и поверхностныйнаклеп обкаткой роликами, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения предела выносливости приминимальном изменении геометрии обрабатываемого изделия, удаление поверхностного слоя осуществляют электрохимическим стравливанием с толщинойудаленного слоя от Ь=0,2(Ь+р) до Ь=0,3(Ь+р),где Ь - среднее расстояние междуцентрами соседних графитовыхвключений, мм;р - средний размер графитовыхвключений, мм,а величину контактного давления приповерхностном наклепе выбирают рав(О+1.), мм Величина стравливаемогослоя Ь, мм Шлифов ание О, 100 230/300 260/330 280/350 300/370 300/370 300/370 300/370 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 О, 150 0,07 210/270 0,10 230/290 0,13 240/300 260/320 280/340 90/350 0,17 0,20 0,23 0,27 Полирование Вид предварительной механической обработки 0,010 0,015.0,020 0,025 0,030 0,035 .0,040 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,150 0,230 0,370 0,100 0,125 0,150 0,230 0,370 ЬПродолкение табл. 0,200 0,300 0,360 0,110 0,120 0,140 0,250 0,300 Т аблица 2 Предел выносливости б ИПа, приусилии обкатыва"ния 500 Н/1000 Н0,110 0,30 0,32 0,120 В 280 200 3 3 31 38 3803 320 3 ЗОО 28 0,010 0,040 0,060 0,070 0,080 0,085 0,090 0,095 0,100 Среднее дав- . 6., ИПа ление в контакте б , МПа 10Продолжение табл,2 280/340 290/350 290/350 290/350 290/350 200/260 210/270 220/280 230/290 240/300 250/310 260/320 270/330 270/ЗЗО 270/330 270/330 ТаблицаЗ Результат опыта Наблюдается поврекдеповерхностиТо же12 1258849 260 250 350 310 375 340 400 350 410 350 450 350 475 340 485 320 500 280 410 300 330 540 360 480 370 490 370 540 370 575 360 585 600 350 То ае 250 250 200 260 270 300 300 310 315 310 350 310 365 300 375 270 400 260 320 250 290 350 2 ) 34 Продолжение табл. 3 Наблюдается повреадениеповерхностиТо ае Наблюдается повреждениеповерхности Наблюдается повреждение поверхностиТо зе4 1258849 380 320 330 330 430 460 330 470 320 290 500 То ае 290 400 300 430 320 460 350 470 350 500 350 550 340 560 210 200 То ае 200 220 270 250 265 280 280 280 280 305 260 315 210 То же 350 220 250 250 280 300 300 320 310 330 310 350 23 1 4 340Ф Продолжение табл. 3 Наблюдается повреадениеповерхности Наблюдается повреждениефповерхности Наблюдается повреждениеповерхности(Ь+Р),НВ Известный 200 0 350 0 020 350 0 450 0,020 450 Х 550 0,020 550 320 220 Известный 350 240 300 0,100 Известный 370 340 170 Известный 310 190 Известный 330 210 Известный Способ проведенияиспытания Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый Предлагаемый 0,100 200 0,100 200 0,100 250 О, 100 250 0,150 200 О, 150 200 О, 150 250 О, 150 250 0,150 300 0,035 340 0 420 0,035 420 0 500 16Продолкение табл.З