Способ обработки упругих элементов

СОК)З СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) Ф 3 д С 21 0 1/78 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ С ВИДЕТЕЛЬСТ Н АВТОРСНО б поп,1,тем, чтопри 10-15с,отлич аюидропрессование 3 кбар со скорос ОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР О ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 260670, кл. С 21 6 9/22, 1970,2. Сб. "Гидроэкструзия и технология изготовления деталей из малопластичных материалов", вып. 1, М., 1973, с. 91-94.3, "Сталь", 1962, В 4, с. 346,(54) (57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ, преимущественно из рессор- но-пружинных сталей, включающий холодную деформацию, закалку и отпуск, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения механических свойст сталей, заготовку подвергают деформации в условиях гидростатического давления через матрицу с углом конусносоти в пределах 15-20 и перед окончательной термообработкой производят деформационное старение в интервале температур 300-450 С в течение 1-1,5 ч.2, Спосощ и й с я гпроизводяттью 3-8 мм/Изобретение относится к способамулрочняющей обработки изделий преимущественно иэ рессорно-пружинныхсталей.Известен способ обработки быстрорежущей стали, включающий обработкухолодом, гидроэкструзию, последеформационный отпуск и окончательную термообработку 1,Указанный способ обеспечивает10повышение эксплуатационных свойствинструмента, однако использование егодля упрочнения пружинных сталей типа65 Г, 50 ХФА, 5 ХН 2 МФА и др. мало эффективно, поскольку не обеспечиваетоптимального сечения прочности, пластичности и сопротивления усталости.Известна также комбинированная схема упрочнения среднеуглеродистых легированных сталей (0,35-0,45% С),включающая гидропрессование и деформационное старение. В указанном аналоге применяется следующая последовательность операций: закалка на мароРтенсит, отпуск при 300 С для снижениязакалочных напряжений, гидропрессование со степенями обжатия до 15-20%в зависимости от содержания углеродав стали) и деформационное старениемартенсита, При этом установлено,что максимальный уровень прочностныхсвойств получается после старения прио20 и 100 С. Отпуск при более высокихтемпературах (300-400 С) приводит коснижению прочностных свойств 12.Недостатками этого способа являются трудности, связанные с последующими операциями механической обработкии Формообразования, а также низкаястойкость инструмента в связи с необ ходимостью деформирования сталей ввысокопрочном мартенситном состоянии.Последнее обстоятельство ограничиваетприменение этого метода,Наиболее близким по технической 45сущности к изобретению является применяемьФ н промьппленности способ повышения прочности и упругих свойствдеталей, включающий холодную деформацию, закалку и отпуск 3,50 Однако этот способ не обеспечивает необходимого сочетания прочности и пластичности стали. Так, при повышении прочности стали 65 Г на 7-8 кгс/мм пластичность Т снижается на 5-7% по55 сравнению с недеформированным исходным состоянием. Кроме того, несовершенство схемы деформации не обеспечивает однородности свойств в заготовке и не позволяет получить большие степени деформации за один проход без возникновения деформационных повреждений металла, В связи с этим при такойсхеме степени деформации ограничивают до 25%.Целью изобретения является улучшение механических свойств.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу обработки упругих элементов, преимущественноиз рессорно-пружинных сталей, включающему холодную деформацию, закалку и отпуск, заготовку подвергают деформации н условиях гидростатического давления через матрицу с углом конусносфти н пределах 15-20 и перед окончательной термообработкой производят деформационное старение в интервалетемператур 300-450 оС в течение 11,5 ч.Кроме того, гидропрессование производят при 10-15 кбар со скоростью3-8 мм/с.Обоснование предложенного способавытекает из экспериментов, результаты которых (для стали 60 С 2 А) сведены в табл, 1-4. Аналогичные данные, получены и для других рессорно-пружинных сталей (5 ОХФА, 65 Г, 45 ХН 2 МФА и др )Целесообразность применения гидро- статического давления 10-15 кбар при скорости деформации 3-8 мм/с 1 обоснована тем, что при таких условиях прессования в стали повышается плотность дефектов, создается ячеистая дислокационная субструктура, осуществляется динамическая полигониэация,При скорости деформации меньше 3 мм/с вследствие контакта заготовки с инструментом происходит раэогрен, вызывающий схватывание заготовки с матрицей и развитие рекристаллизационных процессов, снижающих плотность дефектов. При скоростях более 8 мм/с не успевают в полной мере реализоваться процессы динамической полигонизации, что ухудшает свойства при последующей термообработке.В табл, 1 показана зависимость свойств стали после термической обработки от скорости деформации при гидропрессовании. Режим обработки заготовок: гидропрессование, Р 10-15 кбар; угол конусности матрицы 20 ; старение при 1 =350 С, 1 ч; закалка 870 С; отпуск 420 С, 1,5 ч.10963Давление менее 10 кбар (при оптимальных скоростях деформации 3-8 мм/с)не вызывает необходимого повышенияплотности дефектов и создания ячеистой субструктуры, характеризуемой высокой плотностью дислокаций в стенкахячеек. При давлении выше 15 кбар взаготовках возникают трещины.В табл. 2 показана зависимостьсвойств стали после термической обработки от величины давления при гидропрессовании. Режим обработки заготовок: гидропрессование, 7, 6 мм/с;угол конусности матрицы 20 ; старениео,при 1=350 С, 1 ч; закалка 870 С; отопуск 420 С, 1,5 ч.В процессе старения при 300-450 ОСпосле деформации происходит закрепление дефектов, созданных гидропрессованием примесными атомами, за счет протекания деформационного старения,чем обеспечивается их наиболее полноенаследование при последующем Ы --ф Ыпрекращении и получение максимальногоуровня свойств .Кроме того, такое ста-, 25рение снижает напряжения, созданныегидропрессованием,и повышает плас-,тичность гидропрессованной стали.Снижение температуры старения(ниже 300. С) приводит к замедлению З 00диффузии, в связи с чем закреплениедефектов примесными атомами не реали.зуется. Аналогичным образом влияет иуменьшение длительности старения. Повышение температуры старения (выше 450 С) вызывает рекристаллизацию,оследствием чего является уменьшениеплотности дефектов. В результатеуровень свойств после окончательнойтермической обработки снижается40(табл. 3) .В табл. 3 представлена зависимостьсвойств стали после термической обработки от температуры и временипоследеформационного старения, Режимобработки заготовок: гидропрессование р45Р 10-15 кбар; угол конусности матрио оцы 20 ; старение; закалка, 870 С;отпуск 4200 С, 1,5 ч.Уменьшение угла конусности матрицы (ниже 15 ) приводит к возрастанию 290удельных усилий гидропрессования икак следствие, к интенсивному износуматрицы и ухудшению чистоты поверхности заготовки, Повышение угла конусности (свыше 20 ) нз-за уменьшенияоплощади контакта заготовки и матрицытакже в.зывает ухудшение качестваповерхности и приводит к неравномерности течения металла, а, следовательно, к неравномерному упрочнению, чтохарактеризуется значительным разбросом твердости (ЬН 7) по сечению заготовки (табл, 4) . В табл. 4 ЬН 7=Г шл"НЧ шип при измерении твердости по счению заготовок менее 0,5 мм. Стойкость матриц оценивается по среднемуколичеству прессовок до потери. матрицей геометрических размеров,В табл. 4 показана зависимостьстойкости матриц, шероховатости поверхности и однородности упрочненияпо сечению заготовок от угла конусности матрицы. Режим обработки заготовок: гидропрессование, Р, 1015 кбар; Ч - 6 мм/с.Пример реализации предлагаемогоспособа обработки рессорно-пружинныхсталей. Заготовки из стали 60 С 2 А отоигают при 720 С и после пескоструйной очистки и механической обработкиосфатируют и омыливают. Затем заготовку расчетной длины и диаметра помещают в контейнер с матрицей. В контейнер заливают рабочую жидкость(веретенное масло) и производят гидропрессование при давлении 15 кбари скорости выдавливания 6 мм/с приоугле конусности 20 . После гидропрессованияосуществляется последеформационный отпуск при 350 С в течениео1 5 ч. Окончательная термическая обу еоработка состоит в закалке от 870 Си отпуске при 420 С в течение 1,5 ч,о,Полученные свойства приведены втабл. 5.Предлагаемый способ упрочненняэлементов апробирован при изготовлении пружин и торсионов тепловозногодвигателя и показал повышение усталостной прочности на 16-197 по срав.нению с серийной обработкой.1096290 Т а б л и и а 1 Свойства после термической обработки Скоростьгидропрессования,мм/с бо,а)кгсlмм бв ,кгс /мм163 164 70 10,6 50 25 175 10,9 142 П Таблица 2вавСвойства после термической обработки В) кгс/мм250 0,5 161 140 21 123 141 163 23 122 124 1,5 162 140 21 20 125 160 148 122 300 0,5 19 164 152 145 24 10,2 170 151 144 10,6 172 24 0,2 170 121 21 140 400 161 0,5 10,9 144 154 173 143 27 10,8 154 174 1,5 141 26 10,7 152 173 129 9,1 450 152 169 0,5 145 27 10,7 155 175 146 26 10,3 174 1,5 130 20 8,5 147 165 121 20 149 166 0,5 500 122 19 149 164 122 150 20 8,2 64 1,5 122 140 160 Температура последеформационного отпуска, С Вццержка в процессе после деформационного отпуска,чСвойства после термической обработки10 1096290 Таблица 4 Однородностьупрочненияпо сечению Стойкостьматрицы (количество прессовок) Угол конусности матрицы2 0 Шероховатостьобрабатываемой поверхности В,заготовки, Ь НЧ 0,8 10 12 120 0,9 46 0,5 20 97 336 1,6 102 341 1,9 25 129 346 2 2 40 Свойства термической обработки