Способ восстановления цилиндрических длинномерных изделий

(71) Харьковский институт механизации иэлектрификации сельского хозяйства(56) Авторское свидетельство СССРМ 1532264, кл, В 23 Р 39/00, 1988,Электронная обработка материалов,1974, М 3, с, 32-35.(54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЛИНОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к машиностроению и ремонту сельскохозяйственной техники, в частности к способам восстановления цилиндрических длиномерных изделий из сталей перлитного класса.Известен способ восстановления деталей машин, заключающийся в нанесении материала электроискоровым легированием на восстанавливаемую поверхность детали, при котором для повышения качества и точности восстанавливаемых поверхностей наносят карбиды тугоплавких металлов заданной величины и сплошности, затем подвергают электромеханической обработке твердосплавными роликами, при этом давление роликов на деталь составляет 500- 550 МПа,Этот способ предусматривает восстановление поверхности детали с формированием множества тугоплавких частиц на поверхности после их вдавливания в основ(57) Использование: машиностроение и турбостроение, в частности изготовление и восстановление бывших в эксплуатации деталей турбин из сталей перлитного класса. Сущность изобретения: для повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий, работающих при температурах выше 400 С, перед электроискровым легированием производят предварительный отжиг для снятия напряжений и стабилизации структуры и шлифовку для удаления дефектного слоя, после чего наращивают изношенный слой до требуемых размеров, а затем нагревают и обкатывают. 1 ил., 2 табл. ной металл с последующей обкаткой роликами.Недостатком данного способа является разогрев поверхностного слоя при электро- контактном воздействии до 700-1000 С, что приводит к изменению свойств сердцевины и потере устойчивости при эксплуатации длиномерной детали типа шток, Кроме того, твердйе сплавы являются дорогими й дефицитными для восстановления деталей в условиях ремонтного производства.Другой способ восстановления поверхности , более близкий по технической сущности к предлагаемому, является прототип и состоит в электроискровом легировании с последующей поверхностно-пластической деформацией, В соответствии с этим способом после электроискорового легирования поверхности деталей(валы, оси и др.) производится их обработка стальным шариком при нагрузке 345 Н с целью повы 1764968шения усталостной прочности легированных электроискровым способом длиномерных изделий. Поверхностно-пластическаядеформация повышает твердость и износостойкость изделий,Недостатком этого способа является то,что при эксплуатации изделий в диапазонетемператур 400-550 С происходит процессразупрочнения из-за рекристаллизации упрочненного слоя, что способствует снижению твердости, износостойкости икоррозионной стойкости поверхности, Снижение износостойкости и коррозионнойстойкости изделий в процессе эксплуатации" приводит к задирам, наварам металла и потере формы. В результате имеет место заклин и ва ние детал ей в процессеэксплуатации,Целью изобретения является повышение износостойкости и коррозионной стойкости изделий, работающих при температурах выше 400 С,Это достигается тем, что при восстановлении длиномерных изделий из сталей перлитного класса перед электроискровымлегированием производят предварительный отжиг для снятия напряжений и стабилизации структуры, шлифовку для удалениядефектного слоя, после чего наращиваютизношенный слой до требуемых размеров,а затем нагревают и обкатывают, При этомтемпературу стабилизирующего отжига выбирают в соответствии с выражением тотж = тн.п.п, - К1-0,49а подогрев изделий перед обкаткой производят до температуры, превышающей температуру эксплуатации, но ниже температуры технологического отпуска,Восстановление цилиндрических длиномерныхизделий из сталей перлитного класса осуществляется по следующей технологии; стабилизирующий отжиг при температуретотж = н.п.п. - К0,49шлифовка для удаления наваров и ржавчины;наращивание изношенного слоя до требуемых размеров путем электроискорового легирования;подогрев до температуры выше температуры эксплуатации, но ниже температуры технологического отпуска;последующая обкатка поверхности по предлагаемому способу.П р и м е р. Проведены испытания предлагаемого способа восстановления стальных изделий (см, акт испытаний), 10 345 Н Второй способ (предлагаемый) - отжигпри температуре сотж = 1 н.п.п. - К Н 0,49 = 520 С, механическая обработка (шлифовка), 15 электроисковое легирование стальных из 20 25 30 35 40 45 50 55 Для сравнения исследовали восстановленный слой на стальных изделиях, полученных при обработке двумя различных способами.Первый способ (способ-прототип) - восстановление слоя электроискоровым легированием стальных изделий по режиму: энергия разряда 0,1 Дж, частота следования импульсов 100 Гц (легирующий электрод - сталь 40 х 13), обкатка шариком с усилием делий по режиму; энергия разряда 0,1 Дж, частота следования импульсов 100 Гц (легирующий электрод - сталь 40 х 13), нагрев в печи до температуры 500 С, обкатка шариком с усилием 345 Н. Для испытания использовали образцы из сталей 251 МФ и 20 Х МФТР цилиндрической формы, имитирующие шток узла парораспределения турбины типа К-240 и К-240.Образцы, обработанные по первому и второму способу, испытывали в лабораторной муфельной печи типа МПУМ при температуре 550 С (соответствует температуре эксплуатации деталей парораспределения в турбинах типа К-240 и К-240 в течение 1000 ч),На образцах измеряли твердость и глубину упрочненного слоя до и после испытаний. Проводили также испытания на износ и коррозионную стойкость, Данные испытаний приведены в табл, 1,Испытания показали, что твердость и износостойкость образцов, восстановленных по известному способу, в процессе эксплуатации уменьшаются, имеет место привес и обнаружены следы коррозии. Твердость же и износостойкость образцов, восстановленных по предлагаемому способу, после 1000 часов испытаний остались на прежнем уровне, коррозии и привеса образцов не отмечено, Следовательно, восстановленный слой на стальных изделиях, полученных при обработке по заявляемому способу, т,е, с применением стабилизирующего отжига при температуре, вычисленной по предлагаемой формуле и равной 520 С (тн.п,п. = 660 С и К = 0,35), шлифовки, электроискорового легирования с последующим подогревом до 500 С и обкаткой, После длительной выдержки при температуре 550 С обеспечивается постоянная твердость, высокая износостойкость и коррозионная стойкость поверхности изделий за счет формирования ориентированных стабильных карбидных и карбонитридных фаз. При такой обработке сохраняется стабильнаяструктура сердцевины штока, что обеспечивает его упругие свойства в эксплуатации,На чертеже представлена структуравосстановленного слоя, подученная по известному и заявляемому способам,Результаты испытаний.Повышение коррозионной стойкостиизделий, восстанавливаемых по предлагаемому способу, объясняется тем, что обкаткаизделий, предварительно нагретых до температуры выше 400 С, но ниже температуры эксплуатации (550 С), по сравнению собкаткой по холодной поверхности либо поповерхности, нагретой в процессе сопутствующего нагрева при электроискором легировании (150-250 С), обеспечиваетформирование наиболее плотной структурыбез дефектов (пор, микротрещин),Статически установлено, что число дефектов без предварительного подогрева достигает 9-14 к шт,/см, а с подогревом -2практически отсутствует, не превышает 1-2шт./см .Проведение предварительного стабилизирующего отжига, учитывающего состояние рабочей поверхности, уровень еетвердости, а также сохранение свойств сердцевины обеспечивают необходимый уровень качества наращиваемого слоя привосстановлении длиномерных деталей,Оптимальные качественные показатели, обеспечивающие снятие напряжений истабилизацию структуры, достигаются придифференцированном подходе к выбору коэффициента, характеризующего температурную поправку, учитывающую влияниетвердости, Установлено, что коэффициент Кдля уровня твердостй Н, о,49, находится впределах 0,15-0,85 С/ед, твердости,В табл, 2 даны значения К для различного уровня твердости, который изменяется взависимости от степени износа упрочненного слоя,П р и м е р, Температура предварительного отжига восстанавливаемых деталей изстали 20 ХМ ФТР с поверхностной твердостью после выхода из эксплуатации, равнойН О,49 = 400, составит1 стж = 660 - 0,35 400 = 520 С,При этой температуре отжига обеспечивает при наращивании высокое качество переходного слоя, отсутствуют дефекты (поры,трещины и др.), Уровень достигаемых5 свойств при испытаниях на стабильностьтвердости и коррозионная стойкость приведены в табл. 1.Технические преимущества заявляемого способа следующее:10 восстановление иэделий, бывших в эксплуатации;обеспечивание стабильной износостойкости и коррозионной стойкости восстановленных изделий, работающих при15 температуре выше 400 С, на протяжениивсего периода эксплуатации;- увеличение срока службы восстановленных изделий,Зкономический эффект от внедрения20 заявляемого способа составляет 118,8 тыс.рублей в год в расчете на одну турбину К 500-240,Формула изобретенияСпособ восстановления цилиндриче 25 ских длиномерных изделий, включающийэлектроискоровое легирование и обкаткуповерхности,отличающийся тем,что,с целью повышения износостойкости и коррозионной стойкости изделий, работающих30 при температурах выше 400 С, перед злектроискоровым легированием производятпредварительный отжиг для снятия напряжений и стабилизации структуры и шлифовку для удаления дефектного слоя, а перед35 обкаткой осуществляют подогрев изделийдо температуры ниже температуры технологического отпуска, при этом температурувыше упомянутого предварительного отжига выбирают в соответствии с выражением40тотж = тн.п.п. К Н 0,49,где тотж - температура предварительногоотжига, С;45 тн.п.п. - температура начала падениятвердости;Н о,49 - микротвердость изношенной поФверхности;К - температурная поправка, учитываю 50 щая влияние твердости, С/ед. твердости,1764968 Таблица 1 Ха акте истика и очненного слоя Марка стали Результаты испытаний на износдо экспл дтд иипосле зкспл ата ии0,1 575 575 500 С обкаткаИзносостойкость образцов до испытаний при 550 С - 1000 ч) принята за 1,Таблица 2 500 400 300 600 700 200 0,25 0,35 0,15 0,50 0,10 0,85 Известный способ восстановления: злектроискровое легирование с обкаткой Предлагаемый способ восстановления:Температурная поправка (К) для различных значений микротвердости17649 б 8 Редактор Т,ГорячеваУ орректор А.Козор Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 аз 3343ВНИИПИ Составитель Т,Скобл Техред М,Моргентал