Способ упрочнения стальных изделий

союз соеетсниисоциАлистичеснРЕОЪБЛИН 1)5 С 2 В 1/78 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯпРи Гннт сссР НОМИТЕ ощРыти ТЕНИЯ ИСАНИ(088.8) лако о СССР1979.СССР985,Ь 1 ЫХ ИЗ свидетель с 21 П 1/78 летел.: ство2 В 1/78, Ч РЧИ 5 СТ П- для образцбу; кривая 5сдлагаемому с звестномубразцовкривая 6 по длясобу му спосо тли ическое наг дили мно литуде н(54) СПОСОБ У 1 РДГЛИЙ Изобретение относится к машиностроению, конкретно к механической и термической ооработке конструкционных сталей, имеющих структуру мартен- сита, и к упрочнению изделий, работаюших при циклических нагрузках,Цель изобретения - повышение усталостной долговечности.На фиг, 1 представлены кривые распределения микротвердости в поверхностном слое после поверхностного пластического деформирования (ППД) и после 1 П 1 Д в сочетании с циклическим нагружением и отпуском - соответственно кривые 1 и 2; на фиг,2 - кривые изменения тгнгенса угла наклона, амплитудно-зависимое внутреннее трение (АЗВТ) в зависимости от числа циклов нагружения и амплитуды напряжений; на фиг. 3 - распределение долговечности образцов, подвергнутых упрочнению различными способами (кри(57) Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к термическойобработке деталей из конструкционныхсталей. Цель изобретения - повышениеусталостной долговечности, Способвключает закалку, отпуск, поверхностный наклеп, многократное проведениециклического нагружения с увеличивающейся а плитудой и отпуск. Способпозволяет существенно увеличить усталостную долговечность высоконагруженных деталей машин. 1 з,п, ф-лы,3 ил.,табл. образцов по извести чающемуся тем, что ц ужение и отпуск пров но при постоянной ам ений),Ооработку проводили на круглых усталостных образцах 7,5 мм из стали 30 ХГС 2 А, Все образцы подвергают изотермической закалке на мартенсит и низкотемпературному отпуску по режиму; закалка от 900 С, охлаждениео в селитре или щелочи при 240-280 С,о выдержка 1 ч, отпуск при 290 С, выдержка 3 ч, Затем образцы подвергают алмазному выглаживанию поверхностно му наклепу) по режимам: давление 20+2 кГс, радиус алмазного наконечника 2-0,5 мм, подача 0,05 мм/об, скорость вращения 100-120 м/мин.На одном - двух образцах изготавливают косой шлиф и измеряют эпюрураспределения микротвердости в поверхностном слое. В зоне перехода пластически деформированного материала висходный (в этой зоне, как показалиисследования, происходит зарождениеусталостной трещины) делают не менее100-200 замеров микротвердости, Реэультать 1 замеров обрабатывают статистически по нормальному закону распределения и определяют минимальное значение Н 1 с вероятностью 1.-"0,999, которое составляет 4500 МПа (фиг.1).Три серии (А,Б,В) по восемь образцов в каждой подвергают циклическомунагружению 1 знакопеременным изгибомпри напряжениях бц =850 ИПа с количеством циклом 11, определяемых покривой18 И=1,168-1,0522 10 б;, (1)которая описывает линию максимумов18 06 АЗВТ (фиг.2), После этого образцы подвергают отпуску при 563 К в 25течение 3 ч. Температура находитсяв пределах зоны температур, найденной по формуле Т=А+ВЕ, где Е=71,7-83,1 ккал/моль " энергия активациисамодиффуэии; Д=270+1 О К; В=5+30+0,2 К моль/ккал.Перед отпуском проводят контрольСщф 1 АЗВТ.Образцы серии А проходят одйн этапобработки (способ-прототип),Образцы серии Б подвергают второму35и третьему этапу циклического нагружения и отпуска, не изменяя режима.Для образцов серии В, обрабатываемых, производят расчет напряженийвторого и третьего этапов нагруженияпо формулам (2),(3) и (4):НЧп Кю.дда ) ,где НЧВ 1 И),45НЧ - минимальные величины стаОптистического распределениямикротвердости перед)ОК зр. (.)К эеи - коэффициенты эффективностивоздействия напряженийК =ехр ("0,4475 б-- ), (3)212,14Ч(7; 55Величины НЧ , ), НЧ и определяютсяпутем измерения микротвердости в зонепредполагаемого усталостного разру Пвп 0,4167 о,въъьНЧ 9 51(") 8 ж +(4)це, оо- фгде Д - коэффициент, определяемыйа 4 М,9 в 84по формуле Д=11,90710 Т11 Еи - плотность скрытой энергиипосле и-го этапа нагружениябез учета структурного упрочнения, определяется по формуле: 1 1+Сехр (-В оеи )к, " й 7 РТТ2 Ихи 1й ехрК 2 Пеь +1В = 1 П (Т )ехр - КТо 1 "ЯИ КТ 2 иотп 3 Ъейп2 2 КТо"Уяи 1 еЖ3 ( )-11, 2 с 3 11 е еи еи1 , ехК,-С=И/Гн где индекс и относится к параметрами-го этапа упрочнения,а и- К (и)-го этапаупрочнения;температура отпуска;энергия активации процесса релаксации с учетом температуры;энергия активации процесса релаксации приТ=О;коэффициент термическоТ По(Т) -иПо шения контрольного образца и последующей статистической обработки.Измерив НЧ последующие значения НЧНЧ определяют путем расчета по теоретйко-экспериментальной формуле:коэффициенты эффективности воздействия на". пряжения. Этапы4 НЧМПа Режимы циклического нагружения Режимы отпуска оп,(Х=О),МПа б м 61 п К зф,м (Х:0,35), (Х=О,35),МПа МПа Нмциклов ТК (.чпф 25 10 563 3 20 10 563 3 17, 10 563 3 4550 850 770, 74765 902,2 8184958,2 951,5 862,7 648,7 678,4 705,1 1-й 2-й 3-й 1-й этап соответствует обработке по способу-прототипу, обработкапо предлагаемому способу включает. 1,2 и 3 этапы. 5 58175го линейного расширения;- коэффициент всестороннего сжатия , К- длительность отпуска;1Б - плотность скрытой энеренгии после циклическогодеформирования;Т - локальная температурапри циклическом иагружении;- длительность циклическоНго нагружения;Ж - структурный параметрнциклического нагружения;И - число циклов нагружения;- частота нагружения,Исходные данные для расчета (сталь ЗОХГСН 2 А): НЧ =4550 МПа; (1 е=10100 Мж/м; М/6,45; К=173" 2010 1 Ша Х 5 95754 .1 О Т 300 К 1 Т=563 К; ОГ =5,805 10 +1,366-10 Т7(,=2,243 101 -9,319 1 От Т ; Г= =6000 минРезультаты расчеты и режимы цик лического нагружения представлены в таблице.Обработанные таким образом образцы испытывают на усталость при напряжениях 850 МПа до разрушения. В ре зультате для образцов серии 2 долговечность увеличилась в 1,53,. а для образцов серии 3 - в 2,43 раза в сравнении с отработкой по способу-. прототипу. 35Результаты сравнительных испытаний представлены. на фиг.3. Использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет40 повысить усталостную долговечность в 2,43 раза, что существенно повышает долговечность агрегата в целом, Способ можно применить для повышения уста 5 6лостной долговечности высоконагружвнных деталей машин. Формула и з о б р е т е н и я1. Способ упрочиеиия стальных изделий, преимущественно со структурой мартенсита, включающий закалку, низкий отпуск, поверхностный наклеп, цикличеСкое нагружение с амплитудой напряжений выше предела выносливости материала длительностью, соответствующей моменту достижения максимальной величины тангенса угла наклона кривой амплитудной зависимости внутреннего трения, и отпуск, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения усталостной долговечности, циклическое . агружение и последующий отпуск проводят многократно, увеличивая при каждом последующем цикле амплитуду нагружения пропорционально изменению минимальной величины статистического распределения микротвердости в зоне предполагаемого разрушения.2, Способ по п 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что амплитудунагружения при каждом последующемцикле увеличивают в соответствиис выражением; Н Ч 0(, К, и- ф где Н Ч( ,1;Н Ч 0 п - минимальные величиныстатистического распределения микротвердостиперед (и)-м и и-мнагружениями;авитель В. Русаненко ед М, Моргентал, рректор А. Осаулен Заказ 3398 Тираж 51 О НИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РаКНТ СССР етен шска оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул ина,0 91 е И Со едактор Т. Лазоренко Те