Способ упрочнения деталей

8011574(53) С 21 Э 7/02 СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУВЛИН КОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТНРЫПЮОСУДАРСТНЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о" В,В. К агалов оюзно инстиртаный заво ение ресуртележки. - 1977,(21) 3482396/22-02(71) Уральское отделение Всесго научно-исследовательскоготута железнодорожного транспои Уральский вагоностроительим. Ф.Э. Дзержинского(56) 1. Шахов В.И, Понывса боковых рам вагонной(54) (57) СПОСОБ УПРОЧНЕНИИ ДЕТАЛЕЙ,преимущественно литых несущих деталей железнодорожного подвижного сос"тава, включающий нагружение ихстатической нагрузкой, по направле- .нию совпадающей с рабочей нагрузкойи вызывающей возникновение остаточных пласгических деформаций в наиболее напряженных зонах, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целмвповышения живучести, предела выносливости и повышения сопротивленияхрупкому разрушению, нагружениепроизводят до появления в наиболеенапряженных зонах остаточных пластических деформаций 0,1"О,ЗХ.40 1 11570Изобретение относится к областиупрочнения стальных изделий и можетнайти применение в машиностроении,преимущественно при изготовлении иремонте литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава.Известен способ упрочнения литыхнесущих деталей за счет созданияв наиболее ответственных зонах остаточных напряжений обратного знака 1 Орабочим напряжением в результатепластической деформации, основу которого составляет вибронаклеп металла многобойковым упрочнителем в локальных участках деталей, Такой способ обработки обеспечивает заметноеповьппение усталостной прочности 1.7,Однако в результате повышения твердости металла в наклепанном слоена 30-407. по сравнению с исходным росостоянием имеет место снижение сопротивления стали хрупкому разрушению, создаются условия образованиямикротрещин в наклепанном слое, особенно в области твердых неметаллических включений, и возникает концентрация остаточных напряженийтого же знака, что и рабочих напряжений, у внутренних дефектов,расположенных под наклепанным слоем,вследствие чего повьппается вероятность инициирования усталостнойтрещины.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигае 35мому результату является способобъемного упрочнения деталей, работающих при переменных нагрузках,заключающийся в том, что детальнагружают статической нагрузкой,которая по направлению совпадаетс рабочей, но больше ее, в результате чего в детали возникают пластические деформации.После снятия статической нагрузкив детали возникают остаточные напряжения, которые, суммируясь с переменными напряжениями рабочей нагрузки, уменьшают их абсолютные значения и этим увеличивают усталостнуюпрочность детали Г 27Однако применение известногоспособа для литых несущих деталейжелезнодорожного подвижного состава не представляется возможным, таккак он не содержит конкретных величин пластической деформации,без чего невозможно обеспечение таких87 г важнейших характеристик эксплуатационной надежности как живучести, т.е. остаточной долговечности детали в поврежденном состоянии, сопротивления хрупкому разрушению.Цель изобретения - повышение живучести, предела выносливости и повышения сопротивления хрупкому разрушению.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения деталей, преимущественно литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава, включающему нагружение их статической нагрузкой, по направлению совпадающей с рабочей нагрузкой и вызывающей возникновение остаточных пластических деформаций в наиболее напряженных зонах, нагружение производят до появления в наиболее напряженных зонах остаточных пластических деформаций 0,1-0,3 Ж.При этом искажение формы детали (базовые размеры) находится в пределах допуска на размер. Остаточная пластическая деформаограничивается значениями ,1-0,33, так как при выходе за эти ределы происходит резкое падение качений живучести и предела выносливости, т.е. характеристики эксплуатационной надежности деталей.Нижний предел (0,12) регламентируется живучестью и влиянием литейных дефектов на выносливость, а верхний предел (0,3 Е) - сопротивлением хрупкому разрушению,Способ реализуют следующим образом.Деталь нагружают статической нагрузкой, прикладываемой в тех же местах и в том же направлении, что и при эксплуатации, до появления в них пластических деформаций,После снятия нагружения в упрочняемых (наиболее напряженных) зонах формируются остаточные напряжения обратного знака по сравнению с эксплуатационными напряжениями.Литые детали грузовых вагонов: боковые рамы и надрессорные балки тележек, а также поддерживающие балочки автосцепки подвергают упрочнению по предлагаемому и известному способам, причем эа известный способ приняты режимы упрочнения, в которых остаточные пластичес3 11кие деформации деталей выходят за фзаявленные пределы, т.е. меньше0,12 и больше О,ЗЕ.П р и м е р 1. Боковые рамы изстали 20 Л подвергают пластическомудеформированию поперечным изгибомна двух опорах, расположенных посредине буксовых проемов, вертикальнойстатической нагрузкой до достижения предельного прогиба в средней части опорной поверхности рессорного проема 9 мм.П р и м е р 2. Надрессорные балки иэ стали 20 Л деформируют надвух опорах, расположеннй 1 х подопорными поверхностями для пружин,вертикальной статической нагрузкойдо достижения предельного прогибав нижнем поясе балки.П р и м е р 3. Поддерживающиебалочки автосцепки из стали 20 Лподвергают пластическому деформированию на двух опорах до достижения предельного прогиба в среднейчасти нижнего пояса.В наиболее напряженных зонахуказанных деталей остаточные плас-тические деформации находятся в , пределах 0,05-0,47. Затем проводятусталостные испытания упрочненныхдеталей. В табл.1 приведена живучесть деталей. В табл.2 приведеновлияние упрочнения на выносливостьдеталей с литейными дефектами.Испытания боковых рам и надрессорных балок проводят в режиме постоянной средней нагрузки цикла,равной соответственно 300 и 400 кН,а поддерживающих балочек в режимепостоянного коэффициентаасимметрии,равного 0,29.Живучесть деталей, приведеннаяв табл.1, определяется как разностьчисел циклов переменной нагрузкидо разрушения (Бр) и появления первой трещины длиной 20 мм (Я,.).Сравнение вариантов в зависимостиот величины средней остаточной пластической деформации проводят длябоковых рам при амплитудной нагрузкецикла Р. 170 кН и надрессорных балок при Ро,200 кН, а поддерживающих балочек при максимальнойнагрузке цикла Р х 100 кН.При остаточных пластических деформациях меньше 0,1 Ж эффект повышения живучести практически отсутствует, поскольку находится в пре 55 На поддерживающих балочках автосчепки грузовых вагонов определяет"ся основная характеристика трещиностойкости - удельная работа распространения трещины нри ударном 57087делах расстояния долговечности прициклическом нагружении.При упрочнении по предлагаемомуспособу обеспечивается существенноеповьппение предела выносливости иснижение влияния литейныхфдефектовна выносливость несущих деталей(табл.2). В результате локализации пластической деформации у литей ных дефектов имеет место концентрация остаточных напряжений, обратная по знаку концентрации напряжений от эксплуатационной, нагрузки.При упрочнении в интервале дефор маций по предлагаемому способу наблюдается существенное увеличениевыносливости как бездефектных деталей, так и деталей с дефектами.Наибольшую опасность при дефор мировании литых несущих деталейрастяжением или изгибом представляютзоны локализации пластической деформации в окрестности литейныхдефектов. Коэффициент локализации 25 пластической деформации у литейныхдефектов типа трещин в отливкахиз малоуглеродистой стали, определяется методом делительных сеток исоставляет Ке =. 5 от величины средней остаточной пластической деформации в зоне расположения дефекта.В табл,З представлены результаты испытаний на ударную вязкостьКС 17 малоуглеродистой стали прио-б 0 С в зависимости от величиныостаточной пластической деформации.учитывая локализацию деформации удефектов в реальных деталях, втабл.З приведены значения КСП присредних остаточных пластических де- О.,формациях в интервале 0,054 Е0,43и соответствующих им локальныхдеформациях. В интервале среднихостаточных пластических деформа- "ций О, 1-0,3 Х для всех марок сталипри отсутствии концентраторов имеет место повьппение ударной вязкости с ростом пластической деформа ции. При локальных пластических деформациях выше 0,52 начинается снижение ударной вязкости, сменяющеесярезким ее падением при локальной; пластической деформации больше 1,53.87бпряженных зонах (больше 0,3%) невозможно, так как вызывает резкое падение характеристик сопротивления металла хрупкому разрушению в результате отрицательного влияния локальных пластических деформаций у дефектов.Предлагаемый способ позволяет повысить эксплуатационные нагрузки и пределы выносливости на деталь и увеличить грузоподъемность на 3-4 т за счет повьппения живучести или же обеспечить положительный эффект при существующих нагрузках эа счет уменьшения металлоемкости и использования более дешевых марок стали.Оющаемый экономический эффект составляет 1,72 млн.руб. в год.Т а блица 1 11570 нагружении в интервале средних деформаций в наиболее напряженной зоне - нижнем поясе детали, Испытания проводят падают грузом на копре с энергией удара 30 МДж при 5 -60 С. Результаты испытаний приведены в табл.4, которые свидетельствуют о том, что при средних пластических деформациях в наиболее напряженной зоне (меньше 0,1%) ра бота распространения трещины меняется незначительно. При средних остаточных деформациях (больше 0,3%) работараспространения трещины уменьшается почти в 2 раза. . 13Следовательно, упрочнение литых:.3несущих деталей из малоуглеродистой стали при средних остаточных пластических деформациях в наиболее наЖивучесть (р-т) х 10 циклов Деформация,% Деформированиепо пределу Количество циклов доф агруза исДеталь пытаий,кН появления трещины т.10 разрушения, р. 10 п 0,97 1,79 3,566,24 Ниже нижнегоПо нижнемуПо среднему 170 0,82 0,10 170 0,20 170 7;63 11,79 4,16 0,30 По верхнему 170Выше верхнего 1700 10,62 10,24 2,43 0,40 8,33 1,91 Ниже нижнегоПо нижнемуПо среднемуПо верхнемУ 200 182 3,04 1,22 200 0,20 200 200 0,30 6,46 1,83 0,404,63 Вьппе верхнего 200 100 Ниже нижнего 1,47 1,84 0,37 100 По нижнемУ 0,20 По среднему 100 По верхнему 100 0,30 11,21 12,55 1,34 0,40 Вьппе верхнего 100 Боковая рама 0,05 Надрессорная О, 05балка0,10 Поддерживающая О, 05бапочка0,10 3,39 5,52 2,13 3,61 6,18 2,57 4,22 6,24 2,02 3,64 4,94 1,30 9,78 11,83 2,05 10 66 12 31 1658Таблица 2 1157087 Козффициентчувствительности к дефектамф ПределограниченнойвыносливостикН Вид дефектности ВеличинадеформацийЫ), Х Деталь 102 0 Бездефектные%Коэффициент. чувствительности к дефектам рассчитан по формулекРф РЯДгде Р - предел выносливости рассматриваемого варианта,Р, - предел выносливости бездефектных рам при Й О.ка С дефектами Бездефектные С дефектами Бездефектные С дефектами Бездефектные С дефектами С деФектамиБездефектныеС дефектамиБездефектныеС дефектами1157087 Т а б л и ц а 3 ьУдарная вязкость при -60 С, МДЖ/м, после деформации:средней/локальной, для стали марки ДеформацияИ),Х, средняя/локальная 20 Г 1 ФЛ 20 ФТЛ 08 ГСФН 0,05/0,25 0,56/0,70 0,10/О,500,20/1,0 0,61/0,52 Оеб 8/Оь 48 0,74/0,44 0,30/1,5 0,40/2,0 1,32/О,74 0,62/0,20 1,10/0,30 Таблица 4 Удельная работа распространения трещины при -60 С,ЖЦж/мф, для стали марки Величинасредней деформации,Х 20 Г 1 ФЛ 20 ФТЛ 08 ГСФЛ 0,87 0,48 0 0,56 0,05 0,50 0,59 0,96 0,10 0,57 0,67 1,13 0,20 0,63 1,27 0,30 0,59 0,71 1,24 0,57 0,39 0,40 0,32 Редактор Н, Бобкова Заказ 3286/25 Тираж 553 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5