Способ упрочнения высоконагруженных металлических деталей

р 1773135 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Своз Соввтскик Социалнстичесиик Рвспублик(51)М, Кл. с присоединением заявки МС 22 Р 1/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(088. 8) Дата опубликования описания 2 З 1080(54 ) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЙ ВЫСОКОНАГРУЖЕНИЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ Изобретение относится к технологии обработки металлических деталей поверхностным пластическим де формированием и может быть использовано при упрочнении высоконагруженных нежестких металлических деталей,например лопаток газотурбинного двигателя.Известен способ упрочнения металлических деталей механическим наклепом 1,Известен также способ упрочненияметаллических деталей наклепом спредварительным растяжением 2,Однако известные способы применимы лишь к деталям, имеющим симметричное сечение или постоянное сечение по длине проФиля.Наиболее близким к предложенномутехническому решению является способ. с предварительным заневоливаннем 3 .Процесс обработки в известном способе осуществляется в последовательности: деталь устанавливают в приспособление,заневоливают,упрочняют (осуществляют поверхностное пластическоедеформирование), а затем высвобождаютВ процессе заневоливания деталипридают изгиб, при котором она упруг.деформируется, Упрочняют поверхность с наведенными растягивающими напряжениями, В процессе пластическогодеформирования поверхностный слойполучает сжимающие напряжения от5 наклепа, а при высвобождении упрочненная деталь под действием силупругости стремится вернуться кпервоначальной форме и в ее наклепанном слое наводятся дополнительные10 сжимающие напряжения, за счет которых деталь приобретает более высокую,усталочную прочность,Однако для создания дополнительных сжимающих напряжений необходи 15 ма специальная оснастка на каждый.типоразмер детали и устройство,обеспечивающее осуществление процесса заневоливания, что связаносо значительными затратами мате 20 риальных средств,Цель изобретения - упрощениепроцесса,Поставленная цель достигается тем,что дополнительные напряжения соз-т 5 дают путем осуществления поверхностного пластического деформирования в две стадии, причем сначала обрабатывают поверхности, вос"о принимающие наибольшие эксплуата 30 ционные нагрузки и расположенные И,А.Шевцов, К.А.Лыков, Л.М.Куприянова и В.Г.Касимовпо одну сторону от нейтральнойплоскости изгиба детали, а затемповерхности детали, расположенныепо другую сторону,На фиг.1 представлена форма пластины и эпюра остаточных напряженийв сечении пластины на первой стацииупрочнения; на фиг,2 - то же, на, второй стадии упрочнения; на фиг,Зто же, при упрочнении стороны Ьна повышенном (по сравнению со стороной А ) режиме.Возможность формирования дополнительных сжимающих напряжений припостадийном (поэлементном) упрочнении деталей может быть иллюстрирована на примере поверхностногоупрочнения плоской пластины. Поверхностное упрочнение может приэтом осуществляться, например, гидродробеструйным или ультразвуковымметодами, обкаткой роликами илиалмазным выглаживателем и т,д,На первой стадии унрочнения пластины обрабатывается ее поверхностьА (фиг,1), которая по условиям эксплуатации является более нагруженной, чем поверхность Б.В результате первой стадии упрочнения пластины в ее поверхностномслое со стороны А формируются сжимающие остаточные напряжения ЬА,пластина прогибается в напранлейиистороны А.На второй стадии упрочнения пластины обрабатывается поверхность Б(фиг. 2),Поверхностная деформация пластины при упрочнении ее со стороныБ сопровождается прогибом пластинын направлении стороны Б. Этот прогиб по направлению противоположенпрогибу пластины, образовавшемусяпосле первой стадии упрочнения, Врезультате прогиба пластины в направлении стороны Б в поверхностномслое поверхности А формируютсясжимающие напряжения Ьдд- и уровень сжимающих напряжений в поверх. ностном слое поверхности А становится равным сумме напряженийЬл 1 и Д ЪА-где дЬА дополнительные сжимающие напряжения.Кривизна пластины после второйстадии обработки уменьшается, нопластина остается прогнутой в сторону А,Из условия Равенства режимов обработки поверхностей А и Б должнобыло бы соблюдаться равенство остаточных напряжений в поверхностныхслоях пластины.Такое равенство в действительности имеет место в случае односта-,дийного упрочнения пластины, т,е,когда обе поверхности пластины упроч 60 65 верхностном слое как со стороны А, так и со стороны Б при одностадийном упрочнении равен ЬБ- . Таким образом, при одностадийной обработке уровень остаточных напряжений сжатия в наиболее нагруженном няются одновременно (например, приупрочнении пластины, вращающейся впотоке дроби, или при обкатке роликами одновременно с обеих сторон).Фактически же из-за прогиба пластины в направлении стороны Б послевторой стадии обработки уровень остаточных напряжений в поверхностномслое со стороны А увеличивается,как было отмечено выйе, на величину Ь . Уровень сжимающих напряженийв поверхностном слое пластины состорони А оказывается нише, чем состорони БД 11юДля придания пластике исходной 15 прямолинейной форьы вторую стадию обработки необходимо вести на режимеболее высоком,чем режим обработки пластины на первой стадии.Это объясняется тем обстоятельством,что прогибу Я пластины в направлении стороны Б препятствует упрочненный на перной стадии обработки поверхностный слой пластины со стороны А,который повышаетизгибную жесткость пластины.При ведении второй стадии обработки пластины на более высоком режимеупрочнения, обеспечивающем ныпрямление пластины до исходного состояния,в ее поверхностном слое со стороны Б формируются сжимающие остаточные напряжения с большей глубинойзалегания, чем н случае, рассмотреном выше (фиг.З).Очевидно, что прогиб пластины,связанный с упрочнением стороны Бна повышенном режиме, больше, чемпри упрочнении ее на режиме, одинаковом с режимом упрочнения стороны А, Следовательно, и уровеньдополнительных сжимающих напряже О ний, возникающих в поверхностномслое со стороны А от прогиба пластины после второй стадии упрочнения на повышенном режиме, выше,чем в случае, представленном на 45 фиг.2. При одностадийной обработкепластины, когда обе ее стороны Аи Б упрочняются одновременно, вповерхностных слоях этих сторон.эпюры и уровни остаточных напряжений сжатия форьяруются одинаковыми.Они зависят от выбранного режимаупрочнения. Например, при повышенном режиме упрочнения (при котором обрабатывалась поверхность Бпластины н варианте двухстадийногоупрочнения) одностадийная обработкапластин приводит к формированию иее поверхностных слоях одинаковыхостаточных напряжений, Уровеньостаточных напряжений сжатия н по 773135поверхностном слое пластины со стороны А равен о -р, что меньше уровня, достигаемого при предлагаемомварианте двухстадийного упрочнения.В результате повышения уровня остаточных напряжений сжатия в наиболеенагруженном поверхностном слое пластины со стороны А,который достигается при двухстадийном упрочнении,сопротивление пластины усталостномунагружению возрастает.Проводят техническую обработку лопаток компрессора газотурбинного двигателя из сплава ВТ 9, длина пера лопаток 130 мм, упрочнение на гидробеструйной установке ЭТ 2 20/279 М.Лопатку, защищенную по спинке резиновым экраном до нейтральной плоскости изгиба, обрабатывают с вращением относительно потока рабочей среды, упрочняют открытую поверхностьт.е. корытце, кромки и незакрытыеэкраном части поверхности спинки,прилегающие к кромкам. Давление носителя дробя - 2 атм, время обработки - 8 мин.Затем, защитив обработанные поверхности экраном из резины, упрочняютоткрытую поверхность спинки беэ вращения лопатки в течение двух минут (что равноценно обработке с вращением в течение 8 минут), при повышенном до 3,5 атм давлении носителя,Лопатки данного типоразмера приуказанных режимах сохраняют первоначальную форму пера.Проводят техническую обработкуплоских образцов (1 х 15 х 100) из сплава,ВТ 20 также на гидродробеструйной установке ЭТ 220/279 М. Формула изобретения Способ упрочнения высоконагруженЩ ных металлических деталей, включающийповерхностное пластическое деформирование и создание дополнительных сжимающих напряжений в поверхностном слое наиболее нагруженныхэлементов деталей, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса, создание дополнительных сжимающих напряжений осуществляют путем проведения поверхностного пластического деформирования в две стадии, причем сначалаобрабатывают поверхности, воспринимающие наибольшие эксплуатационныенагрузки и расположенные по однусторону от нейтральной плоскостиизгиба детали, а затем поверхностидетали, расположенные по другуюсторону.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе40 2, Авторское свидетельство СССР9 370015, кл, В 24 В 39/00, 1969.2. Авторское свидетельство СССРМ 375308, кл. С 21 О 1/78 1971.3. Авторское свидетельство СССРР 327043, кл. В 24 С 3/00, 196.5,Одну из поверхностей упрочняют при давлении носителя 2 атм, в течение 2 мин беэ вращения, а затем упрочняют противоположную поверхность при давлении 2,6 атм в течение 2 мин. Образцы сохраняют исходную форму,Результаты усталостных испытанийлопаток, обработанных предложеннымспособом, показывают, что долговечность лопаток повышается до 2,5 раз,Использование предлагаемого способа упрочнения высоконагруженныхнежестких металлических деталей обеспечивает, по сравнению с известнымспособом, упрсщение процесса за счетисключения сложного оборудования ирасширяет технологические возмож ности способа, т,е. появляется возможность упрочнять детали, которыеизвестными способами обработатьпрактически невозможно, например,лопатки газотурбинных двигателей.фав-чвцщр 773135 вАо Фиг,Составитель С.НиколаеваРедактор И,Нанкина Техред М.Кузьма Корректо Кос Ееееююююююееаювававеееавюеавювететеввавеввютювююю одписное Филиал ППП фПатент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 аказ 7436/35 ВНИИПИ Государст по делам изо 113035, Москва, раж 694ного ко тений и 35, Рау тета СССРткрытийкая наб