Способ изготовления рессорных листов

,8015148 04 С 21 Р ЗОБ НИ ИСА ЕПЬСТВ ТОРСНОМУ СВИ таллургии и к способам работки ресспользовано ранспортных относится к мв частности термической о и может быть ии подвесок етени троени ения и истов, товле ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Донецкий политехнический институт (72) В. Ф. Блескун, В. С. Горелик и Н. В. Липова(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕССОРНБ 1 Х ЛИСТОВ(57) Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к способам изготовления и термической обработки рессорных листов, и может быть использовано при изготовлении подвесок транспортных средств. Рессорные листы из стали 55 ХГС нагревают ТВЧ до 950 С и подвергают выИзобр е емашинос юизготовл бсорных липри изго нтсредств.Целью изобретения является повышение усталостной прочности и релаксационной стойкости рессорных листов.После индукционного нагрева листы подвергают высокотемпературному пластическому деформированию поверхности путем прохождения листа через устройство для плас тического деформирования с относительным скольжением 20 - 50 О, а после гибки охлаждению с изотермической выдержкой при температуре М, (+00 - 150)С. (М, - температура начала мертенситного превращения), после чего проводят поверхностную 2 сокотемпературному пластическому деформированию поверхности с относительным скольжением 20 - 50 О, а после гибки охлаждают до температуры изотермической выдержки (350 - 400 С), затем подвергают скоростному нагреву до 830 С на глубину 2 мм и изотермической закалке при 250 С. Долговечность рессор увеличилась примерно в 2 раза по сравнению с известными способами. Повышение усталостной прочности и релаксационной стойкости рессорных листов достигается за счет получения оптимальной структуры рессорно-пружинной стали для этих критериев работоспособности, устранения поверхностных дефектов металлургичес кого происхождения, увеличения глубины залегания поверхностных сжимающих на/с пряжений, уменьшения размерной нестабиль- Я ности готовых рессорных листов. 4 з.п.ф-лы,2 ил., 2 табл. закалку путем индукционного нагрева и усСд коренного охлаждения с изотермической выдержкой. При этом изотермическую закал- ВМ ку и отпуск проводят при температуре ф) М+40 С. (:РНа фиг. 1 приведена схема устройства для пластического деформирования поверхности рессорного листа; на фиг. 2диаграмма изотермического распада пере- охлажденного аустенита стали 55 ХГС с наложенными кривыми охлаждения сердцевины (кривые 1,3) и поверхности(кривые 2, 4) пос- фь ле гибки (кривые 1, 2) и при изотермической закалке (кривые 3, 4).Способ осуществляют следующим образом.С помощью направляющих роликов 1 (фиг. 1) рессорный лист 2 подается в индуктор 3, где осуществляется его нагрев до900 - 950 С. Это облегчает пластическое деформирование поверхности, а также обеспечивает в конце процесса деформирования необходимую для закалки температуру рессорного листа 830 С. Пластическая деформация поверхности рессорного листа осуществляется при прохождении обжимных роликов 4 и сглаживающих роликов 5, При прохождении обжимных роликов, расположенных перед сглаживаюш,ими, происходит завальцовывание трешин и волосовин, образовавшихся в процессе металлургического производства. При прохождении сглаживающих роликов происходит удаление обезуглероженного слоя, а также сглаживание поверхности и уменьшение ее шероховатости, Относительное скольжение между поверхностями листа и сглаживающих роликов достигается за счет различия угловых скоростей обжимных и сглаживающих родиков и составляет 20 - 50 О,", При меньшем значении эффект сглаживания практически не наблюдается, при большем - происходит интенсивный износ рабочей поверхности ролика. При прохождении рессорного листа обжимных роликов, расположенных за сглаживаю- шими, происходит завальцовывание рисок, образовавшихся. в процессе сглаживания, и придание поверхности требуемой шероховатости.Структура поверхностного слоя, сформировавшаяся в процессе высокотемпературной пластической деформации при прохождении рессорного листа обжимных и сглаживающих роликов, наследуется и сохраняется при повторном скоростном нагреве под закалку, обеспечивая повышение комплекса механических свойств рессорного листа.После завершения деформирования поверхности рессорного листа температура его сердцевины практически достигает температуры поверхности, что облегчает последующую гибку, которая осуществляется с помощью изгибающих роликов или в штампе. Сразу после гибки рессорный лист ускоренно охлаждается с изотермической выдержкой при температуре М(+100 - 150) С (фиг. 2, кривые 1, 2), что составляет,350 - 400 С для рессорно-пружинных сталей. Такая температура изотермической выдержки обеспечивает требуемую для сердцевины рессорного листа твердость НЯС 35 - 40. При более высокой твердости лист становится хрупким, а при более низкой - снижаются прочностные свойства листа. Кроме того, при температуре выше 400 С и ниже 350 С значительно возрастает продолжительность у-+и превращения (фиг. 2).Ускоренное охлаждение с изотермической выдержкой при 350 - 400 С обеспечивает наследование низкотемпературной фазой тонкой структуры, сформировавшейся при высокотемпературном пластическом деформировании, повышение комплекса механических свойств стали, а также минимальное50 55 10 15 20 25 30 45 коробление рессорного листа, что обеспечивается структурой, сформировавшейся при этой температуре изотермической выдержки. Структура имеет значительное количество остаточного аустенита, который является весьма стабильным благодаря повышенному содержанию в нем углерода, пластичным и, вместе с тем, прочным за счет упрочнения дисперсными карбидами. Продолжительность изотермической выдержки после гибки составляет 10 - 20 мин, после чего превращение в основном оканчивается (фиг. 2). При этом превращение может протекать и после изотермической выдержки, при охлаждении на воздухе, однако при выдержке меньше 10 мин в структуре стали появляется значительное количество хрупкой составляющей, что приводит к снижению пластических свойств стали.После гибки и ускоренного охлаждения с изотермической выдержкой рессорньй лист подвергается ускоренному индукционному нагреву и изотермической закалке при температуре М-+40 С (фиг. 2, кривые 3, 4). При этом в начальный период закалки температура сердцевины несколько повышается (кривая 3) за счет тепла, отводимого от поверхности листа, однако не должна превышать температуры начала у-+я превращения, составляющей для рессорно-пружинных сталей примерно 7 ЬОС. Указанный температурный интервал изотермической закалки (для рессорно-пружинных сталей 210 - 290 С) обеспечивает требуемую для поверхности рессорного листа твердость НКС 52 - 58. При более высокой твердости наблюдается снижение усталостной прочности лис. та за счет большего влияния концентраторов напряжений, а при более низкой - за счет уменьшения общего уровня статической прочности.Ускоренный индукционный нагрев поверхности рессорного листа обеспечивает сохранение эффекта упрочнения, полученного в процессе деформирования поверхности и гибки, а также сравнительно невысокой твердости сердцевины листа при последующей изотермической закалке. Особенность структуры поверхности рессорного листа после изотермической закалки при температуре выдержки вблизи точки Мопределяется меньшим количеством остаточного аустенита при меньшем содержании в нем углерода, что сообщает стали большую твердость и прочность, Такая структура при одинаковой твердости Н 1 хС 52 - 58 обеспечивает по сравнению со структурой, полученной после закалки на мартенсит, например при струйном водяном охлаждении, и отпуска, более высокие значения показателей усталостной прочности, пластичности и релаксационной стойкости При этом сердцевина, структура которой сформировалась при более высокой температуре изотермической выдержки, будет име-ь более высокие10 15 20 25 30 35 40 50 55 пластические свойства и более низкую твердость, В результате рессорный лист после термообработки будет иметь твердость поверхности НКС 52 - 58 и сердцевины НКС 35 - 40, что обеспечивает наличие остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое, где действуют наибольшие рабочие напряжения растяжения.Для увеличения предела упругости стали и уменьшения осадки ее подвергают двух- кратному обжатию или дополнительному отпуску. Температура отпуска равна температуре изотермической закалки или несколько превышает ее.После термообработки рессорные листы подвергаются накатке роликами с целью создания сжимающих напряжений в тонком поверхностном слое, По сравнению с дробеструйным наклепом накатка роликами обеспечивает более высокий уровень этих напряжений, большую глубину их залегания, а также в большей степени уменьшает шероховатость поверхности, что обеспечивает дальнейшее повышение усталостной прочности рессорных листов.Предлагаемый способ позволяет повысить усталостную прочность и долговечность рессорных листов за счет устранения поверхностных дефектов, образовавшихся в процессе металлургического производства, умень- щения шероховатости поверхности, получения оптимальной, с точки зрения усталостной прочности, структуры рессорно-пружинной стали, уменьшения размерной нестабильности благодаря закалке в горячей среде. Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить релаксационную стойкость рессорных листов и улучшить условия труда за счет устранения паро- и пылевыделений при струйном водяном охлаждении и дробесгруйном наклепе соответственно.Пример. Рессорные листы из стали 55 ХГС толщиной 10 мм и шириной 100 мм нагревали ТВЧ до 950 С и подвергали высокотемпературному пластическому деформированию поверхности с помощью устройства (фиг. 1) с диаметром обжимных и сглаживающих роликов 150 мм. Усилие прижатия обжимных роликов составляло 50 кН, а сглаживающих - 30 кН, что обеспечивало требуемую степень пластического деформирования поверхности и контакт поверхности сглаживающего ролика по всей ширине листа. Скорость движения листа составляла 2 м/с, а окружную скорость сглаживающих роликов варьировали в пределах 1,8 - 0,8 м/с, что обеспечивало относительное скольжение поверхности листа 10 - 60%. После гибки листы охлаждали при температуре изотермической выдержки 300, 350, 380, 400 и 450 С, затем подвергали скоростному нагреву до 830 С на глубину 2 мм и изотермической закалке при 250 С, после чего осуществляли продольную накатку роликами диаметром 4 мм с усилием на ролик 5 кН. Усталостные испытания проводили при пульсирующем цикле нагружения.Влияние режимов обработки на долговечность рессорных листов после изотермической закалки при 250 С показано в табл. 1.Из приведенных в табл. 1 данных видно, что обработка с относительным скольжением 20 - 50 О обеспечивает качественный рост долговечности рессорных листов. При дальнейшем увеличении относительного скольжения до 60 О долговечность листов не повысилась (при некотором повышении качества поверхности), однако скорость износа роликов увеличилась в 1,8 - 3 раза.Охлаждение после гибки с изотермической выдержкой ниже 350 С и выше 400 С сообшает стали твердость соответственно выше НКС 40 и ниже НКС 35. При такой твердости сердцевины рессорные листы с поверхностью, изотермически закаленной на твердость НКС 52 - 58, показали долговечность в 1,2 - 2,0 раза ниже, чем после изотермической выдержки при температуре оптимальной 350 - 400 С (М+ 100 - 150 С) .Рессорные листы были обработаны также по следующим режимам (см. табл. 2): нагрев ТВЧ до 950 С, высокотемпературное пластической деформирование поверхности при относительном скольжении 30%, гибка в штампе, охлаждение в соляной ванне с изотермической выдержкой при 380 С, скоростной нагрев до 830 С на глубину 2 мм, охлаждение в соляной ванне с изотермической выдержкой при температуре 170, 210, 250, 290 и 330 С. Листы, закаленные при температуре изотермической выдержки 250 С, отпускали при температурах 170, 210, 250, 290 и 330 С. После этого рессорные листы подвергали продольной накатке роликами диаметром 4 мм с усилием на ролик 5 кН. Усталостные испытания проводили при пульсирующем цикле нагружения, осадку рессор определяли после двухкратного обжатия и после выдержки в обжатом состоянии в течение 100 ч.Для сравнения испытывали рессорные листы, обработанные по рекомендуемому ГОСТ 14959 - 79 режиму - закалка в масле, отпуск 450 С с последующим дробеструйным наклепом, а также по способу- прототипу - индукционный нагрев при 950 С, гибка, струйное охлаждение, само- отпуск при 400 С, закалка на глубину 2 мм, отпуск и наклеп дробью. Из приведенных в табл. 2 данных видно, что закалка при температуре изотермической выдержки 170 С сообшает стали слишком высокую твердость НКС 60, а при 330 С - слишком низкую НКС=46, в обоих случаях усталостная прочность листов значительно снизилась по сравнению с листами, закаленными при рекомендуемой температуре изотермической выдержки 210 - 290 С (М+40 С) .154807 Т а б л и ц а 1 Число цикТемпература изотер- Относительное Твердостьмической выдержки скольжение,сердцепосле гибки, С вины,НЕС лов до разрушения,хх 10 26 28 40 47 50 50 28 43 46 35 38 38 38 38 38 38 50 40 35 30 0 10 20 30 50 60 30 30 30 30 380 380 380 380 380 380 300 350 400 450 При повышении температуры отпуска с 170 до 210 С осадка рессорных листов после дву хкратного обжатия уменьшалась в 1,5 раза, однако после отпуска при 330 С наблюдалось заметное снижение твердости пОверхности и усталостной прочности лис. тов. Рессорные листы, изотермически зака. ленные при 250 С и прошедшие высоко. тЕмпературное пластическое деформирова ние поверхности, показали долговечность 47 х 10" циклов нагружений, тогда как лис. ты, не прошедшие обработку поверхности, - тОлько 26 х 10 циклов.Влияние режимов термической обработки нв эксплуатационные характеристики рессорнЬх листов показано в табл. 2.Из приведенных данных видно, что долговечность рессорных листов, изготовленных по предлагаемому способу, оказалась выше более чем в 4 раза, а релаксационная стойкость, определяемая путем замера величины осадки после выдержки под нагрузкой в течение 100 ч, - в 3 раза по сравненик с рекомендованным стандартом режимом, а по сравнению с обработкой по способу-про. тотипу долговечность рессор увеличилась примерно в 2 раза.Размерная нестабильность рессорных листов после изотермической закалки уменьшилась в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с обыч. ной закалкой и отпуском,Предложенный способ может найти приМенение также при изготовлении пружин и других изделий, работающих в условияхциклического нагружения. Формула изобретения51. Способ изготовления рессорных листов, включающий индукционный нагрев дотемпературы закалки, гибку, ускоренное охлаждение, поверхностную закалку на глубину 0,1 - 0,3 толщины рессорного листа инаклеп, отличающийся тем, что, с цельюповышения усталостной прочности и релаксационной стойкости листов, перед гибкой стемпературы нагрева под закалку осуществляют поверхностную пластическую дефор 15 мацию листа с относительным скольжением20 - 50 Я, а ускоренное охлаждение ведут дотемпературы изотермической выдержкиМн (+ 100 150) С2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтоповерхностную закалку осуществляют путеминдукционного нагрева и ускоренного охлаждения с изотермической выдержкой,3, Способ по п, 2, отличающийся тем, чтопосле поверхностной закалки проводят отпуск,25 4. Способ по пп, 2 и 3, отличающийся тем,что повторная изотермическая выдержка иотпуск проводятся при температуре М(+40) С.5. Способ по и. 1, отличающийся тем, чтонаклеп осуществляют накаткой с помощьюроликов.1514807 10 Таблица 2 Число циклов до разрушения,х 10 ТвердостьпоОс адка, мм Режим термообработки послевыпосле двухкратногообжатия верхностиНРС держки100 ч Изотермическая выдержка после гибки 380 СИзотермическая закалка 170 СТо же, изотермическая закалка 210 С То же, изотермическая закалка 250 С То же, изотермическая закалка 290 С То же, изотермическая закалка 330 С То же, изотермическая закалка 250 С, опуск 170 СТо же, изотермическая закалка 250 С, отпуск 210 С То же, изотермическая закалка 250 С, отпуск 250 СТо же, изотермическая закалка 250 С, отпуск 290 С То же, изотермическая закалка 250 ОС, отпуск 330 СТо же, изотермическая закалка 250 С Закалка в масле, отпуск 450 СИнд 5 кционный нагрев 950, струйное охлаждение, самоотпуск 400 С, закалка на 60 55 47 47 46 20 55 55 4 48 55 4 46 49 28 26 46 10 глубину 2 мм(прототип) 18 58 Высокотемпературное пластическое деформирование поверхности не проводилось,1514807 0 0 б 500 0 г бремя, се г,2 Составитель ндура Техред И. Ве Ти раж 530 арственного комитета по изоб13035, Москва, Ж - 35,нно-издательский комбинатоизводств Редактор М. Б Заказ 6195/28ВНИИПИ Госу А. Орешкинарес Корректор М. СамборскаяПодписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб., д. 4/5Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101