Способ восстановления изношенной поверхности

)5 В ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 57835/25-27(54) СПНОЙ ПО Р 40Э.Ш. Сал тов Г.д. Ре ния Л.: Пекелборудс.43,ВЛЕНИЯ ИЗНОШЕ овышение каабочей поверхстали Цель изобретениячества восстановлениности полых матриц, У 10 А шино-. востение относится к преимущественно пкрупногабаритно Иэобре строению, становлении инструмента поло ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к машино- строению, преимущественно при восстановлении крупногабаритного полого ийструмента. Цель изобретения - повышение качества восстановления рабочей поверхности полых матриц из стали У 10 А. Способ восстановления заключается в заплавлении металлом всей полости инструмента с припуском ,по высоте прибыльной .в донной частей, Высота каждой части составляет от 1/4 до 1/3 высоты инструмента и диаметром, равным внутреннему диаметру инструмента. Осуществляют нагрев со скоростью 20-50 С/ч до 6,70-730 С и выдержку 4 ч, После этого производят дополнительный нагрев со скоростью 80-120 С/ч до температуры на 200 С ниже температуры солидуса и выдержку из расчета 2,5 мин на 1 мм высоты.ЯО 16 О 2 55 А 1 2Осуществляют деформирование прибыльной и донной частей каждой на 2/4- 2/3 их первоначальных высот и охлаждение со скоростью 510-580 С/ч до температуры на поверхности инструмента на 50 С ниже температуры началаомартенситного превращения, Производят нагрев со скоростью 40-80 С/ч до темопературына 200 С выше температуры окончания растворения вторичного цементита в ацетаните и выдержку из расчета 1,5 мнн на 1 мм первоначальной высоты инструмента. После этого осуществляют повторную деформацию методом прошивки, обеспечивающую деформацию инструмента на 2,2 Е, и охлаждают его со скоростью 770-840 С/ч до температуры начала мартенситного превращения. Затем производят охлаждение со скоростью 30-60 С/ч до 20 С в центре инструмента. Окончательной операцией является мехобработка, заключающаяся в снятии металла с прибыльной и донной частей до уровня торцов и с внутренней полости - до номинального размера. Способ позволяет в восстановленном полом инструменте иэ стали У 1 ОА снизить в наплавленном металле рабочей поверхности пористость, структурную полосчатость, интервап неравномерности твердости.1 з.п. ф-лы, 5 ил.На Фиг.1 показана схема устройства для наплавления металла на изношенный инструмент (матрицу) (вос" станавливаемый инструмент 1, электрод 2, нижний диск 3, верхний диск 4, охлаждаемая полость 5 диска)," на фиг,2 - инструмент после наплавления в его полость металла (основной ме" талл 1, наплавленный металл 2, Н - высота инструмента, П - диаметр прибыльной и донной частей наплавленного металла, Ь - высота наплавленного металла за торцовыми поверхностями инструмента;на Фиг.3 - ин струмент после деформации сжатия наплавленного металла, где Р - диаметр прибыльной и донной частей наплавленнога металла после деформации сжатия; Ь - высота прибыльной и донной час О тей после деформации сжатия; нафиг.4 - инструмент после деформации .растяжения путем прошивки в нем .сквозного отверстия диаметром 0, на Фиг.5 - восстановленныйинстру мент после механической обработки (Р - диаметр, равный размеру инструмента-матрицы).Способ осуществляют следующим образом. ЗООперацию наплавки ведут заплазлением внутренней полости инструмента полностью методом электрошлаковой сварки, При этом заплавление внутренней полости инструмента производят 35 с припуском за пределами торцовых поверхностей инструмента по высоте прибыльной и донной частей, каждая высотой от 1/4 до 1/3 первоначальной высоты инструмента и диаметром 4 О равным диаметру внутренней полости инструмента. После заплавления инструмент с заплавленной полостью с прибыльной и донной частями нагревают .,со скоростью 20-50 град/ч до 670- 5 730 С, выдержки в течение 4 ч и последующего нагрева со скоростью 80 о 120 град/ч до температуры на 200 С ниже температуры солидуса с выдержкой при данной темпеРатуРе из Расче О та 2,5 мин на ) мм первоначальной высоты инструмента, производят деформацию на сжатие свободной ковкой за счет уменьшения высот прибыльной- и донной частей на 2/4 - 2/3 их55 каждой высоты, охлаждение со скоростью 510-580 град/ч до достижения температуры на поверхности инструмента ниже температуры начала мартенситного превращения на 50 С, затем нагревают инструмент со скоростью 40-80 град/ч до температуры на 200 С выше температуры окончания растворения вторичного цементита в аустените при нагреве заэвтектоидной стали с выдержкой при данной температуре из расчета 1,5 мин на 1 мм первоначальной (основной) высоть 1 инструмента, затем производят вторую деформацию на растяжение методом прошивкой прошивнем, обеспечивающую деформацию растяжения (увеличение наружного диаметра по отношению к предшествующему наружному диаметру) инструмента на 2,27 с последующим охлаждением инструмента со скоростью 770-840 град/ч до достижения на его поверхности темпераотуры выше на 250 С температуры начала мартенситного превращения и охлаждают инструмент со скоростью 30- 60 град/ч до достижения в центре инострумента температуры 20 С. Наплавление металла по всей внутренней полости инструмента с припуском за пределами торцовых горизонтальных поверхностей инструмента по высоте прибыльной и донной частей высотой каждой части от 1/4 до 1/3 первоначаль.- ной высоты инструмента и диаметром, равным диаметру внутренней полости инструмента, позволяет, зо-первых, .сконцентрировать усадочную раковину в прибыльной части и собрать в донной части шлаковые включения и эасоры, возникающие в результате твердого старта, во-вторых эа счет деформации сжатия донкой и прибыльной частей происходит уплотнение, дробление литой структуры и увеличение дисперсности дендритов в наплавленном металле, а также измельчение зерна в зоне термического влияния, в-третьих, после наплавления проводят поэтапную горячую деформацию, причем первую деформацию осуществляют после нагрева инструмента со скоростью 20- 50 град/ч;.:о 670-730 С, выдержки з течение ч ч н последующего нагрева со скоростью 80-120 град/ч до температуры на 200 С ниже температуры солидуса с выдержкой при данной температуре иэ расчета 2,5 мин на 1 мм первоначальной высоты инструмента, производят деформацию на сжатие до уменьшения прибыльной и донной частей каждой на 2/4-2/3 их первоначальных высот, охлаждение со скоростью 51015 5160265580 град/ч до достижения температурына поверхности инструмента ниже температуры начала мартенситного превращения на 50 ОС, затем нагреваютинструмент со скоростью 40580 град/ч до температуры на 200 ОСвыше температуры окончания растворения вторичного цементита в аустените при нагреве заэвтектоиднойстали с выдержкой при данной температуре из расчета 1,5 мин на 1 ммвысоты инструмента,а вторую деформацию производят на растяжение методом прошивки прошивнем диаметром,обеспечивающим деформацию инструмента на 2,2 Е с последующим охлаждением инструмента со скоростью 770840 град/ч до достижения на его поверхности температуры выше на 250 С 20температуры начала мартенситногопревращения и охлаждают инструментысо скоростью 30-60 град/ч до достижения в центре инструмента 20 С. Нагревступенчатый со скоростью 20 град/ч 25до 670 С, выдержка в течение 4 ч ипоследующий нагрев со скоростью80 град/ч до температуры ковки,это минимальные скорости и температура выдержки, исключающие образование термических трещин при нагреведо ковочной температуры. Скорости нагрева менее 20 град/ч до периодавыдержки и менее 80 град/ч до периода ковки снижают производительностьтермического оборудования и увеличивают трудоемкость восстановления инструмента. Нагрев до температуры менее 670 С не обеспечивает полногопрохождения диффузионного процесса 40по сфероидизации и коагуляции карбидов, из-эа чего заготовки получаются при нагреве с трещинами. Температура на 200 С и ниже температуры солидуса с выдержкой при данной температуре из расчета 2,5 мин на 1 ммпервоначальной высоты инструментаобеспечивает протекание диффузионныхпроцессов, приводящее к выравниваниюсостава стали, имеющего литое дендритное строение, а также обеспечиваетковку заплавленного инструмента безобразования трещин. Горячая деформация на сжатие до уменьшения прибыльной и донной частей каждой на 2/4 -2/3 их первоначальных высот повышаетдисперсность дендритной структурыи уменьшает балл структурной полосчатости. Горячая деформация инструмен 56та на сжатие до уменьшения прибыльной и донной частей каждой менее,чем на 2/4 иэ первоначальных высотне обеспечивает высокой дисперсностидендритной структуры и не снижаетбалл структурной полосчатости, а горячая деформация инструмента доуменьшения прибыльной и донной частей каждого более, чем на 2/3 ихпервоначальных высот приводит к уменьшению высоты инструмента (выходитза чертежные размеры), а также кпрогибу торцовых верхней и нижнейплоскостей инструмента, что отрицательно сказывается на уменьшении геометрических размеров по высоте и науменьшение иэ-за большого съема торцования горизонтальных плоскостейпри механической обработке, трудоемкости восстановления инструмента, Охлаждение после деформации сжатия соскоростью 510-580 град/ч до достижения температуры на поверхности инструмента ниже температуры начала мартеноситного превращения на 50 С обеспечивает измельчение зерна как в направленном литом металле, так и в зонетермического влияния эа счет фаэовойперекристаллизации: образуется дисперсная феррито-карбидная смесь - сорбитотроститная структура с равномерным распределением карбидов. Скоростьохлаждения после ковки со скоростьюменее 510 град/ч не обеспечивает взоне термического влияния прохожденияфазовой перекристаллизации, в результате чего зерно не измельчается, ав структуре образуется небольшое количество сорбитотроститной структурысо скоплением карбидов в виде сетки.При скорости охлаждения более580 град/ч до достижения температурына поверхности инструмента ниже температуры начала мартенситного превращения на 50 С приводит к значительнымостаточным термическим напряжениям,в результате чего в инструменте возникают трещины,Повторный нагрев для вторичной деформации во избежание образования термических трещин производят со скоростями 40-80 град/ч до температуры ковки. При скорости нагрева менее40 град/ч снижается производительностьтермического оборудования и увеличивается трудоемкость восстановленияинструмента, а при скорости нагрева602655 кие трещины, Бо избежание образования коночных трещин нагрев инструмента под ковку должен быть до температуры на 200 С выше температуры окончао5 ния растворения вторичного цементита в аустените при нагреве заэвтектоидной стали с выдержкой при данной температуре из расчета 1,5 мин намм высоты. Для повышения дисперсности дендритной структуры, уменьшения балла структурной полосчатости и уменьшения интервала разброса по твердости производят деформацию на растяжение методом прошивки прошивнем диаметром, 15 обеспечивающим деформацию инструме ,"та на 2,2 Е. Охлаждение после вторичной ковки со скоростями 770- 840 град/ч обеспечивает н зоне термического влияния измельчение металлографического зерна и повышение ударной вязкости за счет прохождения фазовой и структурной перекристаллизации, Скорость охлаждения ме" нее 770 град/ч и более 820 град/ч 25 либо не обеспечивает перекристаллизанию либо приводит к образованию трещин. Во избежание получения трещин охлаждение инструмента после конки производят до достижения на его поверхности температуры выше на 250 С температуры начала мартен- ситного превращения.Для уменьшения термических напряжений и дпя облегчения механической обработки от температуры,на 250 Со превышающей температуру начала мартенситного превращения, инструмент охлаждают со скоростью 30-60 град/ч до достижения в центре инструмента 20 С.При охлаждении со скоростями выше или ниже 30-60 град/ч либо не обес-печивается снижение твердости, либо снижается производительность процесса а. 20 30 35 40 45 50 55 П р и.м е р. Проводилось восста-. новление матрицы из стали У 1 ОА размером: диаметр наружный 390 мм, внутренний диаметр 180 мм, высота 100 мм, электродом из стали У 10 А диаметром 90 мм по 1-5 вариантам. Наплавку производили при "твердом старте", флюсе марки АНФпо режиму: ток 2,2 кА, напряжение 40 В. Инструмент перед наплавкой подвергался нормали-,0зации (аустенитизация при 800 С,выдерж. ка 2,5 ч, охлаждение "на воздухе"),внутренняя поверхность под напланку очищалась от окалины шлифональной тканеной шкуркой зернистостью 62., Инструмент устанавливался горизонтально между верхним (прибыльным, фиг.1, поз.4) и нижним (донным,фиг.1, поз,З) полыми водоохлаждаемыми формообразующими элементами (фиг.1, поз.5). Верхний (прибыльный) медный полый диск с толщиной стенки 15 мм выполнен в виде кольца (фиг.1 поз.4), наружный и внутренний диаметр которого равен соответственно наружному и внутреннему диаметру инструмента (фиг.1, поз.1), а высота равна двойной высоте инструмента. Нижний (донный) медный полый с толщиной стенки 15 мм диск (фиг.1, поз.З) имеет размеры по диаметру и высоте. равные диаметру 0 и высоте инструмента. Для сбора шлака и засорон, возникающих н результате твердого" стар- та, а также для формирования припуска в донной части по центру в нижнем диске выполнено несквозное углубление в зависимости от варианта восстановления на глубину, ранную 5/24 для варианта 1, 1/4 для варианта 2;7/24 для варианта 3; 1/3 для варианта 4; 3/8 для варианта 5 первоначальной высоты инструмента с диаметром, равным внутреннему наплавляемому диаметру инструмента Для стали У 1 ОА иэ диаграммы Ре-Ре С находим температу 3о ру солидуса, равную 1 330 С, а температура окончания растворения вторичного цементнта в аустените при нагреве заэвтектоидной стали (стали У 1 ОА) равна 800 С, температура начала мартенситного превращения составляет 21 0 С. После наплавления внутренней полости инструмента с припуском Ь по высоте прибыльной и донной частей высотой каждой части в зависимости от варианта восстановления по 5/24 для варианта 1; 1/4 для варианта 2;7/24 дпя варианта 3; 1/3 для варианта 4; 3/8 для варианта 5, высоты инструмента Н и диаметром Р (фиг.2, поз.1,2), равным диаметру внутренней наплавляемой полости инструмента, инструмент (заготонка) охлаждается до 20 С, затем нагревается сооскоростью в зависимости от варианта восстановления 5 град/ч для варианта 1 20 град/ч для варианта 2; 35 град/ч для варианта 3; 50 град/ч для варианта 4; 65 град/ч для нариан 1602655та 5 до температуры в зависимости от варианта восстановления 640 С для варианта 1; 670 для варианта 2;о700 С для варианта 3; 730 С для ва. рианта 4; 760 С для варианта 5, выдержка в течение 4 ч, нагрев со скоростью в зависимости от варианта восстановления 60 град/ч для варианта 1; 80 град/ч для варианта 2;100 град/ч для варианта 3,120 град/ч для варианта 4, 140 град/ч для варианта 5 до температуры 1130 С с выдерж-,. кой при данной температуре 4,16 ч производится деформация на сжатие 15 (производят свободную ковку) за счет уменьшения высот прибыльной и донной частей (до высоты Ь ) в за висимости от варианта восстановления, на 5/12 для варианта 1, 2/4 для ва рианта 2; 7/12 для варианта 3; 2/3 для варианта 4, 3/4 для варианта 5 их первоначальных высот от высоты Ь, охлаждение в зависимости от варианта восстановления со скоростью 475 град/ч 15 дпя варианта 1, 510 град/ч для варианта 2; 545 град/ч для варианта 3;580 град/ч для варианта 4; 615 град/ч для варианта 5 до достижения температуры на поверхности инструмента 160 С, затем нагрев в зависимости от варианта восстановления со скоростью 20 град/ч для варианта 1; 40 град/ч для варианта 2;60 град/ч для варианта 3; 80 град/ч для варианта 4; 100 град/ч для варианта 5 до температуры 1000 С с выдержкой при данной. температуре 2,5 ч, затем производят вторую деформацию на растяжение методом прошивки 40 прошивнем диаметром, обеспечивающим деформацию инструмента на 2,2(диаметр 0) с последующим охлаждением, в зависимости от варианта восстановления со,скоростью 735 град/ч для варианта 1; 770 град/ч для варианта 2; 805 град/ч для варианта 3;840 град/ч для варианта 4; 875 град/ч для варианта 5 до достижения на поверхности инструмента температуры 50 460 С и последующего охлаждения, в зависимости от варианта восстановления со скоростью 15 град/ч для варианта 1; 30 град/ч для варианта 2;45 град/ч для варианта 3; 60 град/ч для варианта 4; 75 град/ч для варианта 5 до достижения в центре инструОмента температуры 20 С. Затем производят механическую обработку путем снятия металла прибыльной и донной частей до уровня горизонтальных торцовых поверхностей инструмента, а также с внутренней полости инструмента до чертежного размера (О и Н).Механико-технологические свойства металла наплавленного и зоны термического влияния в зависимости от варианта восстановления приведены в таблице,Способ (оптимальный режим, варианты 2-4) восстановления полого инструмента, преимущественно матриц, имеет в наплавленном металле низкие баллы пористости, структурной полосчатости, высокую дисперсность дендритной структуры, высокий номер металлографического зерна в зоне термического влияния, повышенную ударную1 вязкость и невысокий интервал неравно-: мерности твердости, что существенно повышает стойкость инструмента.Формула изобретения1,Способ восстановления изношенной поверхности, включающий наплавку металла на изношенную поверхность. и последующую механическую обработку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества восстановления рабочей поверхности полых матриц из стали У 10 Л, производят заплавление металлом всей рабочей полости инструмента с припуском за пределами торцовых поверхностей 1/4- 1/3 первоначальной высоты инструмента и диаметром, равным диаметру внутренней полости инструмента, нагрев, охлаждение и поэтапное деформирование, причем первый этап осуществляют после нагрева инструмента со скоростью 20-50 град/ч до 670-730 С, выдержкой в течение 4 ч и последующим нагревом со скоростью 80- 120 град/ч до температуры на 200 С ниже температуры солидуса с выдержкой при данной температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм первоначальной высоты инструмента, производят деформацию на сжатие до уменьшения прибыльной и донной частеи каждой на 2/4-2/3 их первоначальных высот, охлаждение со скоростью 51 0-580 град/ч до достижения температуры на поверхности инструмента ниже температуры начала мартен- ситного превращения на 50 С, затем нагревают инструмент со скоростью 4011 1602655: 12 ., 80 град/ч до температуры на 200 фС вы- выше на 250 фС температуры начала ше температуры окончания растворения , мартенситного превращения и охлаждаютвторичного цементита в аустените при со скоростью 30-60 град/ч до достиже- нагреве эаэвтектоидной стали с выдерж ния в центре инструмента температурыокой при данной температуре нз расчета20 С.1,5 мин на 1 мм первоначальной высо.Способ по п.1, о т л и ч а ю - ты инструмента, а второй этап произво- щ и й с я тем, что механическую обрадят прошивкой прошивнем до деформации ботку производят путем снятия металла диаметра инструмента на 2,23 с после прибыпьной и донной частей до уровня дующим охлаждением инструмента со торцовых поверхностей инструмента, скоростью 770-840 град/ч до достиже- а также с внутренней полости инструния на его поверхности температуры мента до номинального размера. Вариант, БаллУ порис- тости Дисперсностьструктуры, мкм Балл Неравномерность твердос- ти, НРС Зерно,У5 25 6 81 220 4 А гв 125 6,5 92 7 96 7,2 90 2 2 Б 2,5 2 А 3,5 ЗГ 114 240 19 Примечание из-за сложности оценки одним из 2-х соседних баллов производили оценку промежуточным баллом..5 Составитель Н.ГрудТехред М,Ходанич . р Т.Палий А.Д Ред К т одписно ский комбинат "Патент", гУжгород,агарина, О Заказ 3350 ВНИИПИ Государственног 133035