Способ поверхностного упрочнения деталей

780 Ьоллетень2 Оцубликова та опубликовани исания 24,07(72) Авторы изобретени А, Чепа и Б. И. Александ сФ у - :1"-:",(71) Заявитель титут проблем надежности и долговечности машин АН Белорусской ССР СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕ Изобретение относится жет быть использовано алей машин.Известны способы роению ении де машино и упро хлаждают ионцентрации наалей и заластичес упрочнения де оверхностного готовок методами 5 кого д евом ствл аничес11 етали. При двигается и ормирования с предварительным на.оверхностного слоя. Упрочнение осут, например в сочетании с термомеой изотермической обработкой деталей Изделие нагревают индуктором при непрерывном вращении до 900 - 920 С на глубину 3 - 5 мм, охлаждают в область относительной устойчивости аустецита (380 - 400 С), обкатывают поверхность роликом, автоматически поддерживая температуру, затем охлаждают на воздухе до комнатной температуры. После такой обработки предел выносливости образ. цов повышается на 8 - 10%, а долговечность в области ограниченной выносливости повышается в 1,2 - 1,5 раза по сравнению с объемной термомеханической обработкой.Известен способ обработки деталей, согласно которому поверхность нагревают до температуры ниже Ас ускоренно оподвергают наклепу в, зонах кпряжеции 21,Наиболее близким по технической сушнос является способ поверхностного упрочнения деталей, в котором детали перед накатыванием предварительно нагревают до температуры, не превышающей температуру рекристал лизации 3), Деталь нагревают с помошью специальных электродов. роликов, а накатывание производят на токарном станке накат. ным роликом. Электроды-ролики размещены Фвпереди накатного ролика и приводятся во врашательное движение от детали. Скорость продольного перемещения роликов определя. ется временем нагрева поверхности детали до требуемой температуры, причем электро- контактный способ обеспечивает стабильный нагрев заготовки до заданной температуры за счет изменения силы тока и режимов обработки.Под действием радиального усилия ролик углубляется в материал дэтом материал оттесняется и с э зоны10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 74 контакта, образуя круговой валик, особенно интенсивный в направлении подачи, Поскольку при накатывании практически отсутствует окончательное удлинение детали, материал валика при последующих проходах, испытывает реверсивную деформацию в направлений, противоположном направлении подачи. При этом из сдвинутого первоначально материала в сторону необработанной части детали формируется участок, прилегающий к обработанной части детали.Эффект повышения усталостной прочности деталей при накатывании заключается в том, что при пластическом сдвиге поверхностного слоя в подповерхностных слоях материал получает упругое смешение. После разгрузки в результате силового взаимодействия упруго и пластически деформированных слоев наводятся остаточные напряжения сжатия, которые оказывают положительное влияние на долговеч. ность деталей. В связи с наличием сдвига материала в направлении подачи и в противоположном напрзвлении наведенные в первом. случае остаточные напряжения частично снимзются в процессе повторного сдвига во втором случае. Окончательное распределение остаточных напряжений в поверхностном слое детали пред. определяется интенсивностью упругих сдвигов и различием предела текучести материала в передней и задней части контакта, прилегающей к обработанной поверхности, При пример. но равном пределе текучести материала в переднем и заднем полуконтактах наводимые в переднем полуконтакте остаточные нзпряжения интенсивно снимаются в процессе последующего деформирования материала в заднем иолу- контакте, в особенности в области высоких радиальных усилий, когда необходимо при накатывзнии получить большую глубину упрочненияНедостаток способа - наведение недостаточно интенсивных остаточных напряжений сжатия, обусловленное их перераспределением и частичным снятием в процессе деформации материала, В связи с этим наблюдается невысокая эффек. тивность применения процессов упрочнения для повышения устзлостной прочности деталей. Цель изобретения - повышение усталостнойпрочности детзлей за счет увеличения остаточных напряжений сжатия.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе поверхностного упрочнениядеталей путем нагрева подлежащей обработкеповерхйости и последующего йакзтывзния деРформирующим инструментом, одновременнос" йакатывзнием производят охлзждение зоныдетали, выходящей из контакта ее с деформи"руюЩййинструментом, до достижений взоне 9915 4 контакта детали с указанным инструментомперепада температур в 200 - 400" С. Ролик деформирует поверхностный слойвращающейся со скоростью Ч детали и емусообщается движение подачи Б в указанномнаправлении. Зона нагрева отделена от зоныохлаждения при помощи специального экрани.рующего устройства, расположенного на длине,равной половине длины контакта от его гра.нины с обработанной поверхностью,Интервал температуры 200 в 4 С задандля различных конструкционных сталей, температурная зависимость предела текучести кото.рых не одинакова. Указанный интервал обеспечивает для большинства, сталей перепад предела текучести в зоне деформации в 1,2 - 1,5 раза, При температурах ниже 200 С предел текучести различается на 10 - 15%. При этомпроцесс формирования остаточных напряжений сжатия и эффективность упрочнения приближается к эффективности холодной пластической деформации,В случае превышения указанного интервала на 30 - 50 С происходит нарушение нормального хода обработки, При этом наблюдается недопустимое возрастание высоты волны материала, распространяющейся на область необработанной поверхности, вследствие чегозатрудняется оттеснение этого материала в направлении обработанной поверхности и начинается процесс разрушения поверхностного слоя детали, Все это приводит к снижению эффективности упрочнения, оцениваемой увеличением предела выносливости деталей.Применения способа поверхностного упрочнения деталей позволяет создать существенное различие .пределов текучести обрабатываемого материала по длине контакта, В результате нагрева подлежащей обработке поверхности на 300-600 С в зависимости от вида и состояния обрабатываемого материала в контакте создается различие предела текучести, напримердля конструкционных сталей в пределах 1,2 -1,6 раза. При этом сопротивление деформации и в том числе сдвигу материала по.верхностного слоя в части контакта, подвергающейся охлаждению, существенно повышается, что позволяет достигнуть значительного различия величины сдвиговых деформаций поверхностного слоя относительно глубинныхв переднем и заднем полуконтактах. Величина сдвиговой деформации предопределяет уровень и глубину распределения вззимодействующих с ней упругих деформаций, что, в конечном итоге, приводит к увеличению уровня и глубины распределения остаточных напряжений сжатия. Причем леформирование в заднем полуконгакте оказывает74995 меньшее влияние на перераспределение остаточных напряжений,Таким образом, применение предлагаемого способа приводит к увеличению остаточных напряжений сжатия в приповерхностном слое детали, которые оказывают прямо пропорциональное влияние на предел выносливости деталей. Образцы из незакаленной стали 45 упрочнялись 10 роликом 80 мм, Япр=2,5 мм с радиальным усилием Ру=300 ктс и подачей 3=0, мм/об при числе оборотов п=400 об/мин, Нагрев осущест. вляется при помощи индуктора ТВЧ, смонтированного на суппорте токарного станка. Тем пература нагрева - 540 С на глубину 3 - 4 мм, Охлаждение выходящей иэ контакта части дета. Предел выносливости,ктс/ммГлубина распределения, мм По известн-, ному По известному По предла.гаемому По предла- гаемому 1,75 37 31,2 1,2 70 30 Таким образом, применение предлагаемого способа упрочнения деталей позволяет повысить предел их выносливости примерно на 20% по сравнению с известным способом, что позволяет получить большой экономический эффект в народном хозяйстве. Формула изобретения 40Способ поверхностного упрочнения детапеи,включающий нагрев поверхности и последую.шее накатывание деформирующим инструментомо т л и ч а ю щ и й с я, тем, что с целью Составитель Г. 11,евченкоТехред И.Асталош Корректор М. Пожо Редактор М. Ликович Заказ 4430/8/ Тираж 608 Подписное 11 НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Максимальное значение осевыхостаточных напряжений сжатия, кгс/мм По известному По предлагаемому ли производится эмульсией, применяемой приобработке металлов резанием в условиях экранирования передней части контакта; Перепадтемператур в контакте составляет 350 С,После упрочнения определяют осевые остаточ.ные напряжения по известной методике и производят усталостные испытания образцов сконцентратором напряжений в виде напрессо.ванной втулки в условиях изгиба с вращениемна базе 10 циклов, Предел выносливости определяют для упрочнения после предварительногонагрева и упрочнения, сочетающего предварительный нагрев и последующее охлаждение полузоны деформации, прилегающей к обработаннойповерхности. Результаты исследования по известному и предлагаемому способам приведе.ны в таблице. повышения усталостной прочности, одновременнос накатыванием производят охлаждение зоныдетали, выходящей из контакта ее с деформирующим инструментом до достижения в зонеконтакта детали перепада температур с ука.занным инструментом в 200 - 400"С,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Ио 378446,кл. С 21 О 7/14, 1970.2, Авторское свидетельство СССР У 462870,кл. С 21 О 1/78, 1972.3, Авторское свидетельство СССР Но 244360,кл, С 21 О 1/78, 1968.