Способ изготовления несущих деталей с опорными поверхностями

:ТСУИ", "1 ЦД ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н ДВТ МУ СВИ ЕТЕПЬСТВ нструкторско-тепо вагонамГ.Д.Кочмала ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР(56) Авторское свидетельство СССРУ 1278172, кл. В 24 В 39/00, 1984,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕСУЩИХ ДЕТАЛЕЙ С ОПОРНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использованопри изготовлении несущих деталей сопорными поверхностями. Целью изоб-.,ретения является повышение качестваизделия, Способ заключается в том,что производят упрочнение статическим нагружением литой заготовки. Одновременно с нагружением производится высокочастотная наплавка опорных поверхностей износостойким сплавом с последующим охлаждением под нагрузкой до температуры 950 К, В качестве сплава для наплавки выбирают сплав с"температурой плавления, меньшей температуры плавления основного металла, например сормайт, Высокочастотный нагрев при наплавке в условиях внешне" го давления позволяет локализовать теплообменные процессы в поверхностном слое опорных поверхностей, что снижает энергозатраты и повышает производительность процесса. Одновременность процессов наплавки и статического нагружения помимо повышения ж производительности обеспечивает вйсо кую степень упрочнения детали за сче остаточных напряжений .сжатия в растя нутых при деформировании зонах. 2 э.п.ф-лы, 1 ил.Изе)бргзтгие Г)т.ос"Ется, машнна -строеио и может быть испол),зопаноПРИ т, 1" ООВ 7 РНГГ ЕР Стг)г - ,ГР таЛЕИ СОПОРНЬ 1 МИ ТОНГТГГОСТ ЧЕтт ТГТ) ".ТТГУГЕСТВЕН - но ц 1 тя Гт)7 т.т.1 г ,."Тгтт-тгрогеоса саста.:Га,НрГ, тр ОбЕГттт; " Гтт" -ГтгГ" Ч ю СГ Т) г ттГт т Г ЕТНа З;т-.ГЕ.акаэ-па С;:-.Ма ИЗГОтОВ"- О ЛЕТИЕ г,фг г - ,;г .г-, - -0) т".,7 баТКИ теттр)1 г 1 гр тг" с 7; Гга )ГВгтоМ та ЕГРО",З наг, ЕГ т;) Г, ИВ;-г ДатагЦ .С ПОСЛЕД,7)Ей - :.: - . О тнстхай тЕРМИЧЕС Кута Об , грот", Г Г ; Г р г)1,ГЕ 1 ггтС СтатИЧЕС КИМ Га т)тг".;7": " ",З",С ГтУР" .ЦЕОНОЕГ схеме цо НО);:.ее;:=. В 1 аебглее напря-. жЕННЬР З 01 ГВЕ; Ог Г а" От 1 Р П,астНЧЕСКИХ дЕфа:Ь,:Г: П . О 1."Г., (,.,НО )ВОМСННО С ЕО УПРОЧ Е:1 СГ,;: З С)ПОРГ,. 110 В ЕРХНО С ти праизВО 1 та., БЕОс ",ОГ-г с га а;, Г.яплав Ка ИЗРОСОС -ОЙКС С С.ГЕ)Я, 1;:;.т.иЕР СаРГМ 1111 Г 7 г 11 т Ра)11 т О1 ЛОЕГЕНЧЮ палО)крт 1 тг ГГТТГ 10 т ттгттет)тгтГ) юи От на мингтеьного разьера В нап;гвлении ,ЦЕфа ОМР ) В С ПГГ Р,т, та 7 И Е О ОХЛаж д ЕЕЕТЕПОП Г г тр уз ГО 3 ПС 9 .Э К;СпОс Об Г) с тг)тс с т В 7 яе тая следующим образомЗОДЕг 1 Г П)" г 1 гтВЕ Г СттЕ тКЕГ И тЕТ)Г 70 СГотт Грт)Таб О: ТЕИ татя Е 11 ВЛБ-" Вают па .в .рсссэ таким образом чтобы Щ)1 ПРТЛСГ Г Гтт" 1; ГР"ЗТ;Ч 1 07.ОРНО 1 ПВСРХ 0 Сгт т)С Г ГТТ: ГТЗ Т 01 1 С Ь ЗКСПТГУГ ата.теиоптая схг.;Г) т.тг;"Г)у)теВя Перед З.енагру)ха)г". Г .ГГ 1.г 1 и Опред".слют ОтклаНЕНИЕ га БАГЗ;Ец:1; ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСтиОоыг) С.Г-ттт); 1) РгМР; ) В НаПРав)СТЕ г Сй" -Вттл Зхстгтз а Га 1 ОННЬХ аГР ТЗОК, а ОГОР .Ют,РР,-;НогтЬ 4 О Ерисг.г 01 вг тся :Саб.гт,гГ.,;Нгма.: КОЛИЧЕСтВа ПОРОШКОО Р-:.)Г,)10 ИЗг)СОС.Г :,ТОГО СЦЛаПРИ Ра).гт: С: .:.О .ОРС.0-ИрартВЕР,Г.71Нат ргжрнтЕ,Г)Е Г г,т 15 ГГОО)ЕЗВОДИТСяпо средстваи тет) тааттт я к 0)70 т) наи па" верхности пуатсонг 3 с размещенным ВНутрт РГСИндтгхтароч уС. ПНЕМ Р, ВЫЗЬПТВЮШт;М ПОЯВЛЕНИЕ В РВСВЯНУтЫХ ЗОНаХОс тата тнтт)г п)тасттттт Р с тг тгтх,гт ег)ОРГматий Впрегтела;," Г). 1 - О. З 7, 1 ртт ттатсиальной55СтатИЧЕСЕай ЧгтРУЗтр ПРОИЗВОДИТСЯ ИНгтгктиатттТ 4 т г г р РВ гар Отггттарбт) г з ногоИЗНОСОСтОттКОГО СГТПгва, НРХОДЯШЕГОСЯм рж ц г г тт рг г р гт 1 гт тт Р т) )1 и О с т гГГ) ц р т Зли и пуансоном, да его расплавления исвгривания под давлением с Основнымметаллом.вМомент расплавления износостойкога сплава (имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основнога металла) определяется па приращению перемещения пуансона относительно положения опорной поверхности, достигнутого перед началом егонагрева. Давление может также передаваться через абечайку 4, Разгрузкадетали производится при выключенноминдуктаре после того, как температура наплавленного слоя снижается до950 К. Контроль температуры осущестВляется термопарами, рабочие спаикоторых размещаются вблизи поверхности пуансона,При высокочастотном нагрева происходит расплавление тонкого слоя металла, близко расположенного к индуктору, Глубина этого слоя тем меньше,чем выше частота тока в индукторе именьше время нагрева. Кроме того,существенное влияние на интенсивностьтеплообменных процессов между расплавленным металлом и подложкой оказывает внешнее давление - чем оновышее, тем меньше продолжительностьцрогрева поверхностного слоя основного металла, Таким образом, высокочастотный нагрев В условиях внешнегодавления позволяет локализовать теплообменные процессы в поверхностномслое опорной поверхности, что существенна снижает энергетические затраты и повышает производительность наплавки изнасастойкого слоя. Целесообразно, чтобы наплавляемый металл имел температуру плавления ниже, чем основной металл. Это В условиях приложения внешнего давления позволяет ускорить диффузионные процессы между основным и наплавляемым металлами, а следовательно, уменьшить продолжительность их сглавления.Необходимость одновременности совершения процессов наплавки и статического нагружения диктуется, помимо повышения производительности процесса, условием достижения высокой степени упрочнения детали за. счет остаточных напряжений сжатия в растянутых при деформировании зонах. Если процесс наплавки осуществлять после разгрузки детали, то возникающие при затвердении и охлаждении наплав 1433 б 88ленного металла термические напряжения приводят к искажению эпюры ос. таточных напряжений, сформировавшихся в процессе упругопластического де 5формирования по схеме эксплуатационного нагружения. Проведение наплавкидо упрочнения детали упругопластическим деформированием связано с опасностью появления трещин в твердом 10слое в процессе нагружения и вызывает снижение производительности процесса изготовления,Совмещение процессов наплавки иупрочнения имеет важное значение дляповышения равномерной точности опорных поверхностей с фасонным профилем,так как в этом случае реализуются известные преимущества кристаллизацииметалла под внешним давлением. 20В качестве наплавляемого металлацелесообразно применение сплавов,обладающих высокой износостойкостьюв литом состоянии и имеющих температуру плавления ниже температуры плавления конструкционной стали. К такимсплавам относятся борсодержащие сплавы на никелевой основе (типа ЛГ-ХН80 СР 4), сормайт и др. Из них предпочтительнее сормайт, обладающий мень- З 0шей стоимостью и высокой твердостью(около 60 ед, по Роквеллу) . Поскольку опорные поверхности несущих деталей в эксплуатации испытывают сжимающие напряжения, то сормайт будет об 35ладать высокой стойкостью при циклически повторяющихся контактных нагрузках,Необходимость охлаждения наплавленного слоя до 950 К в нагруженном сос 40тоянии диктуется двумя обстоятельствами., Во-первых, при 950 К и нижефазовые превращения в малоуглеродистой конструкционной стали уже не происходят, а поэтому не происходит и45перераспределение остаточных напряжений между отдельными зонами детали;это позволяет сохранить достигнутуюстепень упрочнения при уровне остаточных деформаций в растянутых зонах0,1-0,3 . Во-вторых, при охлажденииниже 950 К высокоуглеродистые сплавысклонны к образованию термическихтрещин в условиях затрудненной усадки.П р и м е р. указанным способомпроизводится изготовление надрессорной балки тележки грузового вагона.Надрессорная балка отливается измалоуглеродистой стали 20 Г 1 ФЛ, проходит дробеструйную очистку и термическую обработку по режиму нормализации от 1200 К. Затем деталь устанавливается опорными поверхностями рессорного комплекта на столе пресса таким образом, что воспроизводилась эксплуатационная схема нагружения от вертикальных сил, при которой в процессе статического нагружения в нюкнем поясе надрессорной балки 1 возникают остаточные деформации растяжения, вь 1 зывающие в разгруженном состоянии появление остаточных сжимаюищх напряжений. Это приводит к упрочнению детали в наиболее напряженной зоне (на чертеже заштриховано в клетку) .Перед нагружением детали измеряется отклонение опорной поверхности 2 от номинального размера Ь, которое в конкретном примере составляет 3 7 мм, определяется технологически йеобходимое количество порошкообраэного износостойкого сплава и производится его присадка на наплавляемую поверхность.Затем производится прижатие к опорной поверхности пуансона 3, с размещенным в нем плоским индуктором. Для исключения адгезии наплавляемого металла к пуансону его рабочая часть изготовлена из высокопрочной керамики. Для создания герметичности в зазоре между пуансоном 3 и опорной поверхностью детали к бурту подпятника производится прюкатие обечайки 4 через асбестовый кольцевой шну с усилием 200 кН.После этого к пунсону 3 прикладывается внешнее усилие Р, которое в конкретном примере находится в пределах 1720-1780 кН. В процессе выдержки при статической нагрузке Р осуществляется ТВЧ нагрев от машинного генератора мощностью 50 кВт и частотой 4000 Гц. Продолжительность расплавления присадочного материала при этом составляет 3-4 мин,После этого индуктор отключается и при максимальной статической нагрузке производится выдержка, необходимая для охлаждения наплавленного слоя цо 950 К. Температура наплавленного металла контролируется вольФрам-молибденовой термопарой, размещенной на расстоянии 10 мм от рабочей поверхности пуансона, и корректируется по номограмме для поверхности контакта1133688 Сог тавРедактор И.Касарда Техред ль 3. ВетроваСердюкова Корректор С,Шекма Заказ 5492/13 Тираж 922 Подпис ВИИИПЙ Го с удар спо делам изоб 113035, Москва, 3(комитетаи открыриская наб,твенног ретений 35, Раш Производственно"полиграфическое предприятие г, Ужгород ул, Проектна Разгрузка детали производится соскоростью 30 кН/с. В разгруженномсостоянии определяется остаточныйпрогиб, являющийся характеристикойстепени упрачнения детали в нижнемпоясе. При извлечении пуансона установлены высокая точность и чистота опорной поверхности подпятниковойплиты,Детали, изготовленные по предлагаемому способу и способ-прототипу,испытываются при повторно-ударныхнагрузках падающим грузом на копрес энергией удара 30 кДж с площадьюконтакта бойка 25 см. Результатыиспытаний 6 деталей каждого вариантасвидетельствуют, что опорные поверхности с наплавленным ТВЧ изиасостойки: слоем выдерживают без повреждения 2360-2420 повторна-.ударных нагружений, в то время как покрытияпо способу-прототипу повреждаютсяпосле 710-980 циклон нагружений потакой же методике испытаний. Они свидетельствуют о существенном повышении работоспособности при действииповторно-ударных контактных нагрузокдеталей, изготовленных по предлагаемому способу, по сравнению с известным способом изготовления.Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я1, Способ изготовления несущихдеталей с опорными поверхностями.,при котором производят отливку заготовки, ее термическую обработку,упрочнение статическим нагружениемпо эксплуатационной схеме до появления в растянутых зонах остаточныхпластических деформаций 0,1-0,3% инанесение на опорные поверхности одновременно с упрочнением износостой кого покрытия толщиной, равной отклонению положения опорных поверхностей от номинального размера в направлении приложения нагрузки, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с 15 целью повышения качества изделия, износостойкое покрытие получают путемвысокочастотной наплавки твердогосплава, после наплавки осуществляютохлаждение детали с выдержкой примаксимальной нагрузке до температуры наплавленного металла 950 К,2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю, щ и й с я тем, что в качестве на плавляемого тверцого сплава выбираютсплав с температурой плавления, меньшей температуры плавления основногометалла. ЗО 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что в качественаплавляемого твердого сплава выбирают высокоуглеродистый сплав например сормайт.