Способ термического упрочнения деталей

(71) Воро ный инст (72) В.А. чая и Бен (53)627.7 (56) Автор М 224834Заявк кл. С 21 0 строитель В.И,Осад шиловградскии машин итутШевченко, В.В.Бондарь Ламин Махомед Насе 85,79 (088.8) ское свидетельство ЧС , кл. С 21 О 1/09, 1934 а ЧССР М 85/00622, 1/06, 1985. РОЧНЕГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 4) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГОИЯ ДЕТАЛЕЙ Изобретение относится к термической обработке чугунного литья с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении поршневых вставок, колец и гильз двигателей внутреннего сгорания.Цель изобретения - увеличение иэносостОЙ кости.Сущность изобретения заключается в том, что обработка чугунных деталей осуществляется в вакууме 10 Па сканирующим электронным лучом диаметром 0,8 - 1,60 мм с ускоряющим напряжением 45 кВ и током пучка 20 - 27 мА, Луч, направляя и фокусируя на поверхности детали, постепенно перемещают по заданному пути на локализованной поверхности. Этот путь луч проходит один раз, при этом мгновенную скорость перемещения луча изменяют в интервале 8,0 - 10,0 мм/с повышения температуры выбранной области до 1200 - 14500 С с после(57) Изобретение относится к термической обработке чугунного литья с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее - электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении поршневых вставок, колец и гильз двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - увеличение износостойкости. Сущность изобретения заключается в том, что обработку чугунных деталей осуществляют в вакууме 10 Па сканирующим электронным лучом диаметром 0,8-1,0 мм со скоростью перемещения луча 8,0 - 10,0 мм/с, с нагревом детали до 1200-1450 С и последующим быстрым охлаждением кристаллизующегося расплава, 1 табл,ющим быстрым охлаждением детали за счет теплоотвода в ее массу. Глубина эоны плавления 1,0 - 1,5 мм, ширина 0,5 - 1,0 мм.Особенности условий обработки позволяют воздействовать на компоненты обрабатываемой поверхности с целью формирования аустенитно-карбидной структуры зоны плавления с повышенной твердостью при быстром охлаждении и кристаллизации расплава.Обоснование интервалов параметров обработки диаметра электронного пучка 0,8-1,0 мм; скорости перемещения пучка 8,0-10,0 мм/с и температуры нагрева детали 1200 - 1450 С, дано в виде табличных данных в таблице.Из таблицы следует, что оптимальными следует считать диаметр пучка 0,8 - 1,0 мм, скорость перемещения пучка 8,0 - 10,0 мм/с и температура нагрева 1200-1450 С.П р и м е р 1, Деталь из аустенитного чугуна следующего химсостава, : углерод3,0/3,8; кремний 2,0 - 2,5; марганец 8,0 - 11,0;никель 0,8 - 1,5; медь 2,5-3,5; алюминий 0,81,2; железо - остальное, размером100 х 100 х 10 мм очищали перед термическимупрочнением от загрязнений ацетоном иэтиловым спиртом и помещали в вакуумнуЮкамеру с вакуумированием 10 Па. Сканирующий электронный пучок диаметром0,8 мм с ускоряющим напряжением 45 кВ итоком пучка 20 мА направляли и фокусировали на локализованной поверхности детали, перемещая пучок со скоростью 8 мм/с,Этот путь электронный пучок проходил одинраз для достижения температуры выбранной области, равной 1200 С. Затем электронный пучок отключался и происходилобыстрое охлаждение расплава за счет отвода тепла в массу детали. Глубина зоны плавления 1,5 мм, ширина 1,0 мм.Высокая скорость нагрева и охлаждения обеспечивают воздействие на компоненты обрабатываемой поверхности иповышением микротвердости порядка4100 Па, по сравнению с исходной микротвердостью чугунной детали 2400 Па. В результате увеличения микротвердостивозрастает ресурс работы чугунных деталейв 1,5 - 2,5 раза за счет повышения износостойкости трущихся поверхностей.Испытания на износ проводились на машине СМУ. Испытания велись в следующем режиме: число оборотов 300 об/мин,усилие - 250 Н. Испытания проводились присухом трении три раза и продолжались втечение трех минут. Бралось среднее значение от трех результатов потери массы ЛМ(г/см ). Для сопоставительного анализа были проведены испытания образцов, обработанных совместно электронным лучом илучом лазера и электронным лучом (предлагаемый способ).1. Обработка по предлагаемому способу:ЬМ =0,072 г/см,2. По прототип:ЛМ = 0,1 г/см .Т.е. образцы, прошедшие обработку попредлагаемому способу, имели износостой кости в 2,0 - 2,5 раза выше по сравнению спрототипом. П р и м е р 2, При термическом упрочнении чугунных деталей на верхних граничных значениях параметров способа: диаметр пучка 1,0 мм, скорости перемещения элект рон ного пучка 10 мм/с, ускоряющего напряжения 45 кВ и тока пучка 27 мА значение микротвердости после упрочнения составило 4070 Па.Таким образом, упрочнение чугунных 10 деталей с целью снижения ресурса их работы возможно как при использовании верхних граничных значениях способа, так и при нижних значениях, так как качество упрочненных трущихся поверхностей иден тично.Однако нагрев поверхности чугунныхдеталей выше 1450 С отрицательно сказывается на качестве поверхности в результате интенсивного испарения компонентов 20 сплава с заметным порообразованием в зоне обработки.К техническим преимуществам предлагаемого технического решения, по сравнению с прототипом, можно отнести 25 возрастание ресурса работы чугунных деталей двигателей внутреннего сгорания в 1,5 - 2,5 раза в результате повышения износостойкости трущихся поверхностей путем целенаправленного превращения ме ханического воздействия в зоне контакта вэнергию фазовых превращений металла при сохранении высокой пластичности аустенитной матрицы чугуна, армированной твердыми карбидными включениями.35Формула изобретения Способ термического упрочнения дета лей, преимущественно из чугуна, включающий нагрев поверхности в вакууме до заданной температуры электронным лучом заданного диаметра, движущегося по поверхности с заданной скоростью, и охлаж дение, отл и ча ю щи й ся тем, что, с цельюувеличения износостойкости, нагрев осуществляют до 1200 - 1450 С электронным лучом диаметром 0,8-1,0 мм и движущимся со скоростью 8,0 - 10,0 мм/с,50