Способ упрочнения стальных изделий

СОНИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 091 (И) С 21 В 1 78 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АЮТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЫЕ,(21) 3863747/22-02(46) 07.12,86. Бюл. В 45 (71) Куйбьпвевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им, В. В. Куйбышева (72) И. И, Усольцева, Г. А. Кулако и В, В, Федоров(56) Авторское свидетельство СССР У 464631, кл, С 21 В 7/14, 1973.Авторское свидетельство СССР У 726190, кл. С 21 В 1/78, 1978, (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ. ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к механической и термической обработке конструкционных сталей, имеющих структуру мартенсита, и может быть использовано при упрочнении иэделий,работающих при циклических нагрузках, Цель изобретения - повьппениеусталостной долговечности, Способвключает закалку от 900 С с охлаждением в селитре при 240-280 С, от"пуск при 290 С, поверхностный наклеп. После наклепа иэделие подвергают циклическому нагружению с амплитудой напряжений ньиве пределаусталости материала с одновременнымизменением амплитудно-зависимоговнутреннего трения (АЗВТ). Прекращают циклическое нагруженне по достижении максимальной величины тангенсов угла наклона кривой АЗВТ,определяемой максимальной плотностью подвижных дефектов структурыматериала. 2 ил.2 О 25 ЗО 35 4 О 5 О Изобретение относится к механической и термической обработке конструкционных сталей, имеющих структуру мартенсита, в частности к упрочнению деталей, работающих прициклических нагрузках,Цель изобретения - повьпдение усталостной долговечности,Сущность изобретения заключаетсяв том, что циклическое нагружениепри напряжениях вьппе предела усталости приводит к разупрочнению металлаи образованию различного рода дефектов: микротрещин, полос скольженияи других, которые являются очагамипреждевременного разрушения, Низкотемпературный отпуск способствуетдиффузионному перераспределениюдефектов в энергетически выгодныеположения и залечиванию микротрещин,Перед циклическим нагружением произнодят поверхностное пластическое деформирование, тем самым создают барьер для выхода дефектов на поверхность, Локализованные под поверхностным слоем дефекты не взаимодействуют с внешней средой и отличают"ся от поверхностных наиболее благоприятными услониями для протеканияпроцессов микросдвигового диффузионного залечивания, которые в полеостаточных напряжений растяжения подповерхностным слоем идут по механизму восходящей диффузии,Эффект микросдвигового,циффузионного залечинания обеспечиваетсявыбором оптимальных режимов деформационного и температурного воз.действий и структурным состоянием,т.е. степенью дефектности структуры материала, Одним из условий ускоренного процесса залечивания дефектов и повьпдения эффекта упроиненияявляется наличие повьпденной концентрации точечных дефектов (,вакансий,атомов внедрения). Согласно предлагаемому способу это достигается циклическим деформиронанием при напря"жениях ньппе предела устапости, Вэтом сЛучае происходит откреплениедислокаций от атомов примесей, генерирование новых дислокаций, вакансийи других дефектов, Но достижениистадии насыщения (завершение процесса аккумуляции пластической деформации) основная масса материала подготовлена для интенсивного протеканияпроцесса диффузионного микросцвигоного залечинания, Эта стадия характеризуется наибольшей для данногоматериала и условий нагружения плотностью подвижных дислокаций и повышенной концентрацией вакансий и точеЧных дефектов, Кроме того, за счет остаточных напряжений растяжения под поверхностным слоем процессы микросднигового залечивания идутпо механизму восходящей диффузии,Это структурное состояние можетбыть определено пс кривой амплитуднозависимого внутреннего трения (АЗВТ).Наибольшая величина тангенса угла наклона АЗВТ Сд о. соответствуетструктуре с максимальным количествомподвижных дислокаций, Последующий отпуск н области диффузионной подвижности дефектов при температуре,пропорциональной энергии активациисамодиффузии, способствует перераспределению дислокаций и точечныхдефектов, приводящему к релаксацииперенапряжений и эалечинанию микронарушений сплошности материала, П 1 иэтом также поньпдается структурнаяоднородность и улучшаются физикомеханические свойства материала Сочетание поверхностного пластическогодеформирования, циклического нагружения при напряжениях выше пределаусталостности до структурного состояния материала, которое хакрактеризуется максимальной плотностьюподвижных дефектов, и отпуск приводятк повьппению усталостной долговечностии расширению возможностей упрочнения металлов,На фиг. 1 представлена кривая иэменения тангенса угла наклона АЗВТ в зависимости от относительного числа циклов нагружения кривая 1); на фиг. 2 - зависимости долговечности от длительности нагружения (кривая 1 - для образцов, прошедших поверхностное деформационное упрочнение,кривая 2 - для образцов по известному способу, кривая 3 - для образцов по преппагаемому способу). Способ осуществляют следующим образом,Закалку на мартенсит и низкотемпературный отпуск осуществляют согласно режимам: температура закалки 800-940 С, охлаждение на воздухе,в масле или селитре, температура отпуска 200-300"С (в зависимости отобрабатываемого материала), 1275050Чистовую механическую обработкуможно проводить любым способом (тонкое точение, шлифование и т.д.),Поверхностный наклеп обрабатываемых деталей можно проводить также 5любым способом (алмазное выглаживание, пневмодинамическое упрочнениеи т,д,).После поверхностного наклепа деталь подвергают циклическому деформированию при напряжениях выше предела усталости по схеме: растяжение -сжатие или знакопеременный изгиб.Контроль структурного состоянияматериала осуществляют по пмплитудной зависимости внутреннего трения.После достижения в подповерхностномобъеме материала структурного состояния с наибольшей плотностью подвижных дефектов, соответствующего 2 Онаибольшему значению 1 Е д, АЗВТ,проводят отпуск при температуре,рассчитанной по формуле Т = А + ВЕ,где А = 270 + 10 К , Б = 50,2 К моль/ккал, Е - энергия активации самодиффузии, ккал/моль.Время отпуска, скорость нагреваи охлаждения аналогичны соответствующим характеристикам в известных операциях, ЗОП р и м е р. Способ опробован накруглых усталостных образцах ф 7,5 ммиз стали, Все образцы подвергаютйэотермической закалке на мартенсити ниэкотемпературному отпуску порежиму: закалка от 900 С, охлаждео35ние в селитре или щелочи при 240 о280 С, выдержка 1 ч, отпуск при290 С, выдержка 3 ч, Затем образцыподвергают пневмодинамическому упроч-онению по режимам: давление 3,50,5 ати, диаметр шаров 2-3 мм, время обработки 30 мин,Для определения усталостной долговечности образцов проводят восемь .испытаний по схеме: изгиб с вращением при напряжениях 850 МПа, Устанавливают усталостную долговечностьобразцов после ПДУ, при вероятностиР=507 принимают за базовую К =11748950циклов, Для того, чтобы установитьмомент отпуска, шесть образцов подвергают циклической наработке с поэтапным замером АЗВТ через каждый 5000циклов до разрушения, АЗВТ констроли-руют на установке крутильного маятника. Кривая изменения тангенса угла наклона АЗВТ в зависимости от относительного числа циклов нагруженияЧ/И, представлена на фиг, 1,Из фиг. 1 видно, что наибольшаявеличина тангенса угла наклона АЗВТ1 о д. соответствует циклической наработке И=0,17 Ы,Девять серий по восемь образцовв каждой подвергают циклическому нагружению при напряжениях 850 ИПас количеством циклов (0,05+0,5) МПосле этого образцы подвергают отпуску при 563-653 К в пределах эонытемператур, найденной по формулеТ = А-+ ВЕ, где Е=71,7-631 ккал/моль.Перед отпуском проводят контрольтангенса угла наклона АЗВТ,обработанные таким образом образцы испытывают на усталость при напряжениях 850 ИПа до разрушения, В результате для шести серий образцов, обработанных по оптимальному режиму, долговечность увеличивают в 2-2,3 раза. Результаты сравнительных испытаний представлены на фиг. 2.Использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет повысить усталостную долго" вечность обрабатываемых деталей в 1,4 раза, что существенно повьппает долговечность агрегатов в целом.Способ можно применить для повышения усталостной долговечности тяжелонагруженных деталей машин.Формула изобретенияСпособ упрочнения стальных изделий преимущественно со структурой мартенсита, включающий закалку, низкий отпуск, поверхностный наклеп и отпуск, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения усталостной долговечности, после поверхностного наклепа иэделие подвергают циклическому нагружению с амплитудой напряжения выше предела усталости материала, одновременно измеряют амплитудно-зависимое внутреннее трение и прекращают циклическое нагружение по достижении максимальной величины тангенса угла кривой амплитудной зависимости внутреннего трения, определяемой максимальной плотностью подвижных дефектов структуры материала,1275050 о,г ОГ Р 1 абФиг. 1+хред М,Хода дактор Н, Рогули Корректор В. Бутяг аказ 2 Пого комитета СССРений и открытийРаушская наб д. 4/5 одписное Производственно-полиграфицеское предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная 36/21 Тираж 5 ВНИИПИ Государствен по делам изобре 113035, Москва Ж, ф -- Л Р 0