Способ поверхностного упрочнения изделий

ОПИСАНИЕ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пп 952975 ИЗОБРЕТЕНИЯ К, АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, сеид-ву(22) Заявлено 060281 (21) 3243176/22-02 Р 1 М Кд з с присоединением заявки Мо(23) Приоритет С 21 0 7/06 С 24 С 1/10 Государственный комитет ССС Р по делам изобретений и открытийОпубликовано 230882 Бюллетень Мо 31 33 УДК 621. 785. .787.6(088,8) Дата опубликования описания 230882 М ЪнМ 1А.Ф.Алексеенко и Ю. Г.Проскуря 4 ов ( ССОЬУЗУД ИЯВИИ. ТЕИ 1 ИЯ 1М Тольяттинский политехнический инс итутффИИОПйА(71) Заявитель 54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИИ Изобретение относится к области поверхностной пластической деформации, например, металлической дробью.Известен способ поверхностного уп 5 рочнения деталей и инструмента дробью 11.В результате дробеударной обработки металлических изделий их приповерх ностный слой приобретает мелкодисперсную структуру, причем толщина слоя и характер его распределения зависит как от физико-механических свойств материала изделий, так и от энергетических параметров технологической операции дробеударной обработки. Так, при окончательной обработке дробью инструмента, изготовляемого из сложнолегированных, высокопрочных сталей упрочненный слой не превышает 200- 250 мкм, причем в большинстве случаев этот слой распределен по поверхности иэделия неравномерно несмотря на соблюдение контроля за стабильностью энергетических параметров протекающего процесса таких, как диаметр . дроби, скорость массового расхода ее при выходе из ствола эжектора или ротора дробеметного аппарата, расстоявия до обрабатываемой поверхности, 30 времени экспозиции, подачи единицы поверхности в зоне факела и т.д. Одна из основных причин такого явления это влияние технологической наследственности от предшествующих операций термической или химикотермической обработки, а также операций обработки лезвийным и абразивным инструментом. Перечисленные технологические операции создают неравномерно распределенные по глубине слоя дефекты, такие как микротрещины, волосовины, прожоги, остаточные напряжения, которые в общей сложности снижают сопротивление металла поверхностно- пластическому деформированию, и как следствие, образование неравномерно го по толщине упрочненного слоя с соответствующим неравномерным распределением подслойных остаточных сжимающих напряжений, которые в дефекторных местах, включающие прижоги (от образивной обработки), могут переходить в растягивающие напряжения, что значительно снижает положительный эффект операции дробеударного упрочнения.Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ по 952975ротвердость, степень и толщина наклеверхностного упрочнения металлических деталей, при котором на обрабатываемую поверхность подают рабочуюжидкость со стальными шариками ввиде .струй 21 .Известный способ улучшает процесс 5обработки дробью металлических поверхностей с дефектами от предшествующих технологических процессов, ноповышение эффекта упрочнения в известном способе относится к конструкционным сталям с средними прочностными и пластическими Физико-механическими свойствами, В.случае обработки высокопрочных, закаленных сталей,например высокохромистых сталей 15карбидного класса для кузнечноштампового инструмента, этот способнеэффективен.Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкостив результате измельчения зерна,увеличения глубины упрочненного слояи,плавного распределения бальностизерна по глубине упрочненного слоя.Поставленная цель достигается тем,25что согласно способу упрочнения изделий преимущественно иэ высокопрочных металлов, включающему подачу жидкой рабочей среды со стальными шариками, подачу производят циклическис возрастанием скорости рабочей средыпри одновременном снижении диаметрашариков и времени обработки от цикла к циклу, при этом на последнихциклах жидкую рабочу среду заменяютна газовую. 35Для осуществления предложенногоспособа применяется дробеструйнаяустановка, содержащая секционныйдробесборник, в каждой секции которого находятся стальные шарики определенного диаметра. При этом исполнительные механизмы установки (привод изделий в рабочей камере, привод стола дробесборника, приводпереключения вида энергоносителя, 45реле времени) электрически связываютс работой электрического командоаппарата (типа КЭП), который предварительно посредством настроенойустановки кулачков на заданную программу, выдает. сигналы на срабатываниеисполнительных механизмов в функциивремени, т.е. командоаппарат обеспечивает централизованное управлениевсем циклом технологической операции.Ввиду того, что в первые две минутыобработки единицы поверхности процесспротекает с интенсивным смятием вершин микронеровностей и уплотнениемповерхностного слоя, сопровождающегося дроблением зерен микро- и субструктуры металла, обработку на первом переходе производят шариками больших размеров для создания пластической области на большей глубине с перекрытием деФектных зон предшествующих 5 операций. При этом размер шариковвыбирают исходя из конкретных условий,таких как напряженное состояние поверхности после термической или химико-термической обработки, физикомеханических свойств. технологических и конструктивных особенностей изделия, а также требуемых эксплуатационных свойств его рабочих поверхностей. На втором и последующих переходах диаметр шариков и время упрочнения снижают, а скорость шариков увеличивают с целью эффективного преодоления все возрастающего с каж" дым новым переходом сопротивления поверхностного слоя деформированияВ результате такого динамического нагружения, зона деформирования от единичного индентора (и в целом от всего Факела шариков) локализуются все в меньшем объеме, а степень де.Формации по абсолютной величине возрастает. Необходимо отметить., что температура в зоне удара индентора, фонарика) оказывает одно иэ сильных влияний на протекание деформации, и ее направленное изменение в способе за счет распределения энергетических параметров по циклу операции, ведет к эффективному преодолеванию сопротивления металла деформации и обеспечению более высоких дефор- маций, т.е. к обеспечению технологической пластичности в процессе дробеударной обработки изделий из высокопрочных, закрепленных сталей,С целью обеспечения точности назначения оптимальных режимов по всему циклу операции производилась обработка технологически подобных упрочняемым изделиям образцов с последующим металлографическим структурным анализом, в процессе которого оп.ределяется один из главных показателей качества нЬклепанного слоя -размер, зерна по всей толщине слояс переходной зоной в матрицу основного металла. В зависимости от назначенных режимных параметров обработки и полученных размеров зерна производят построение зависимостей: размер зерна режимы обработки. В качестве оптимальных выбирают такие, которые соответствуют максимальным значениям построенных на графиках кривых, при этом структура иФизико-механические свойства (размер зерна, карбидная неоднородность, твердость, микпа) отвечали наиболее качественнымизменениям упрочненной поверхности.Оптимальные режим обработки для конкретной инструментальной Ст. 4 Х 5 ВФСприведены в примере. П р и м е р. Проводится обработка образцов из высокохромистой Ст, 4 Х 5 ВФС.Размеры образцов 100 х 35 х 10 мм. Исходная твердость НВС 50. Исходная шероховатость 0,85 мкм. Образцы изготавливаются по технологически подобному процессу изготовления пресс-форм для литья под давлением картера коробки передач автомобиля ВА 32101.Режимы обработки составляют: Общее время обработки, мин 5 Первый переход:время обработки мин, 2диаметр шариков (подшипниковые шарики, материал Ст. ШХ), мм 2,3давление жидкости, подводимое к форсункам эжекторов, кгс/смг(в качестве жидкости применялось трансформаторноемасло)Второй переход:время обработки, мин 1,5диаметр шариков, мм 1,5давление жидкости, подводимое к форункам эжекторов, кгс/см 15 Третий переход:время обработки, миндиаметр шариков, ммдавление сжатого воздуха,подводимого к форсункамэжекторов, кгс/смг 20 Четвертый переход:время обработки, мин 0,5диаметр шариков, мм 0,4давление сжатого воздуха, 35подаваемого к форсункамэжекторов кгс/смг 25 (48)Исследование структуры приповерхностного слоя образцов на оптическом микроскопе "Меобогс" показало плавный переход от структуры практически40 бескристгллитной (толщина 15-20 мкм) в структуру с плавным понижением балльности зерна (от 15 до 12 баллов на толщине 320-370 мкм) с границей переходного слоя в матрицу основного металла (толщина 50-60 мкм), что обес. печивает прочное сцепление упрочненного слоя с основой. Обработка по известному способу при наклепе металлическими шариками в жидкой среде 50 обеспечивает величину зерна, не превышающую 7-8 баллов го протекание охальных превращенийсопровождается выше температуры(Мо) начала мартенситного превращения при деформации (в общепринятомобозначении выше точки Мо), т.е, взонах взаимодействия стальных шариков с поверхностью металла возникают термодинамически неустойчивь 1 е участки пластической деформации наведенной превращением, и 10 ввиду того,что интенсивность деформаций растет от перехода к переходу происходит непрерывное повышение напряжений с одновременнымростом пластичности, причем возник новению мартенситных кристалловлавинно интенсифицирует- с -превращение в новых зернах. Влияниетемпературных импульсов в пластической области нагружения обуславливает увеличение пластичности, возникновение активных плоскостей скольжения, вязкое течение по границамзерен, однородность распределения.деформации между отдельными зерна ми, т.е. в конечном итоге обеспечивает поверхностную технологическую пластичность,8,5 1,0 0,8 В результате распределения параметров обработки улучшаются прочностные параметры поверхностного слоя, которые повышают эксплуатационные характеристики. инструмента в 1,5-2 раза по сравнению с известными способами обработки изделийдробью.Применение предлагаемого способа увеличивает сопротивление инструмента абразивному износу, повышает раэгаростойкость гравюр в процессе термоциклических ударных нагрузок при ковке и штамповке. Формула изобретения Способ поверхностного упрочнения изделий преимущественно из высокопрочных металлов, включающий подачу жидкой рабочей среды. со стальными шариками, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в результате измельчения зерна, увеличения глубины упрочненного слоя и плавного распределения балльности зерна по глубине упрочненного слоя, подачу среды производят циклически с возрастанием скорости рабочей среды, снижением диаметра шариков и времени обработки от цикла к циклу, при этом в последних циклах 65 Импульсы температуры высокоскорост" ной поверхностной деформации (особенно на двух последних переходах) в предложенном способе обеспечивают технологическую пластичность в локальных объемах ударного нагружения несмотря на повышенное сопротивление упрочненного слоя на двух пред-60 шествующих переходах. В результате такого процесса нагружения, поглощаемая динамическая энергия взаимодействует с термической энергией мартенситной реакции, в результате чеИзобретение целесообразно использовать в машиностроении, в частности инструментальном производстве для финишной упрочняющей дробеударной обработки..Редактор Г,Волкова Заказ 6217/43 Тираж 587 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 обработки жидкую рабочую среду заменяют на газовую.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское9 272345, кл. С 2, Авторское9 698751, кл. В свидетельство СССР21 0 7/06, 1960.свидетельство СССР24 С 1/00, 1978.