СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ ПАЛЬЦЕВ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ИЗ ЦЕМЕНТУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ Российский патент 1998 года по МПК C21D1/56 

Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания из цементируемых марок стали.

Известен способ восстановления внутренних поверхностей заготовок, включающий объемный нагрев до 750-770^oC со скоростью 30-60^oC/с, охлаждение - со скоростью 200-300^oC/с (SU, авт.св. N 1341223, C 21 D 1/78, 1987).

Однако известный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ восстановления трубчатых изделий из цементируемых марок стали, например поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания, включающий индукционный нагрев точки Ас3 и охлаждение изнутри потоком жидкости (А. С. 495367, C 21 D 1/56, Опубл. Б.И. N 46, 1975).

Однако данный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами пластичности и вязкости, что приводит к пониженной прочности.

Задачей изобретения является повышение качества за счет увеличения долговечности восстановленных поршневых пальцев.

Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления поршневых пальцев автотракторных дизелей из цементируемых марок стали, включающем нагрев выше точки Ас3 и охлаждение закалочной жидкости изнутри, согласно изобретению после нагрева ведут охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50...80^oC и проводят дополнительную термоциклическую обработку (ТЦО), заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac1 на 20... 50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 на 50...80^oC, и окончательное охлаждение закалочной жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20...50)^oC.

При дополнительном охлаждении пальцев на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50...80^oC, дополнительной ТЦО, заключающейся в многократном нагреве выше точки Ac3 на 20...50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 на 50...80^oC, и окончательном охлаждении жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20...50)^oC не перегревается цементованный слой, т.е. не наблюдается рост зерна аустенита, в результате получается структура мелкоигольчатого мартенсита, что придает высокую твердость наружной поверхности восстановленного поршневого пальца HRC 58. ..62, а твердость сердцевины пальцев HRC 20...35 и удовлетворяет ГОСТ 619-70 и ГОСТ 76-66 на технические требования к поршневым пальцам соответственно тракторных дизелей и автомобильных двигателей, и позволяет получить необходимые припуски на механическую обработку 0,2...0,25 мм. А также при закалке, ТЦО и термоупругопластическом деформировании поршневых пальцев в металле как цементованной поверхности, так и низкоуглеродистой сердцевины формируется мелкозернистая структура, что повышает пластичность и вязкость материала, а следовательно, увеличивает прочность изделия в целом.

Дополнительное охлаждение на воздухе до температуры выше точки Ar1 - 50^oC, дополнительная ТЦО, заключающаяся в многократном нагреве ниже точки Ac1 + 20^oC и охлаждении выше точки Ar1 - 80^oC, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры ниже Ac1 + 50^oC проводить нецелесообразно из-за того, что металл не успевает претерпеть переход из одного состояния в другое, а также уменьшается величина остаточной упругопластической деформации.

Дополнительное охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 - 80^oC, дополнительной ТЦО, заключающейся в многократном нагреве выше точки Ac1 + 50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 - 80^oC, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры Ac1 + 50^oC проводить нежелательно из-за перерасхода электрической энергии и чрезмерного увеличения остаточной упругопластической деформации, что приводит к дополнительному сошлифовыванию припуска и утоньшению закаленного цементованного слоя.

Авторам известен способ закалки цементованных изделий для повышения механических свойств после цементации, заключающийся в медленном охлаждении до комнатной температуры, а затем дается двойная закалка: первая выше точки Ac3 для сердцевины; вторая выше точки Ac1 для поверхности (см. кн. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1986, с. 239-294, рис. 261, в), не позволяющей получать достаточные величины остаточной упругопластической деформации для компенсации износов поршневых пальцев.

Авторам известны также способы термоциклической обработки углеродистых сталей для повышения пластических свойств металла (А.С. 440424, C 21 D 1/00, опубл. в Б. И. N 5, 1975.; кн. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1989. - 255 с., с. 204...205), заключающийся в многократном нагреве выше точки Ac1 и охлаждении ниже точки Ar1 сначала на воздухе, а затем в воде.

Однако указанные способы также не позволяют получить достаточные величины остаточной упругопластической деформации для компенсации износов поршневых пальцев.

В предлагаемом способе восстановления поршневых пальцев совокупность отличающихся признаков, т.е. осуществляют дополнительное охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50...80^oC, дополнительную ТЦО, заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac3 на 20...50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 на 50...80^oC, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20...50)^oC, позволяет получить требуемую величину раздачи восстанавливаемых поршневых пальцев и мелкозернистую структуру как сердцевины, так и наружного закаленного цементованного слоя, т.е. выполнить иную функцию - повысить физико-механические свойства пластичности и вязкости материала, что значительно увеличит долговечность восстановленных поршневых пальцев. Таким образом, можно сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена схема термической обработки изношенных поршневых пальцев.

Способ осуществляется следующим образом. См. схему термической обработки. Изношенный поршневой палец объемно нагревают токами высокой частоты (с частотой 2400 Гц и мощностью 50 кВт) выше точки Ac3, т.е. 850^oC, охлаждают на воздухе до температуры ниже точки At1 на 50...80^oC, т.е. до температуры 650...680^oC. Производят нагрев выше точки Ac1 на 20...50^oC (т.е. температуры 750...780^oC) и охлаждение ниже точки Ar1 на 50...80^oC (т.е. температуры 650. ..680^oC). Этот режим термоциклической обработки повторяют 4...6 раз. Затем нагревают палец выше точки Ac1 на 20...50^oC (т.е. температуры 750. . .780^oC) и окончательно охлаждают закалочной жидкостью (водой с температурой 20^oC) изнутри до температуры охлаждающей среды, т.е. 20^oC, охлаждение прекращают. Поршневой палец подвергают механической обработке на бесцентрово-шлифовальных станках до номинального размера.

Пример конкретного выполнения способа. Изношенные поршневые пальцы автотракторных дизелей ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240 из стали 13ХН3А с закаленной цементованной наружной поверхностью длиной 110 мм, наружный диаметр 50 мм, внутренний диаметр 30 мм нагревают индукционным способом до температуры 850^oC, проводят дополнительную термоциклическую обработку (ТЦО), заключающуюся в индукционном нагреве поршневого пальца в том же индукторе и на той же установке ТВЧ, что и первоначальный нагрев до температур 760...780^oC и охлаждение до температур 680...650^oC, окончательный нагрев до температур 760.. . 780^oC. Затем поршневой палец зажимают по торцам в специальном охлаждающем устройстве с двумя полыми захватами. В захват, через который подается вода, вмонтирован спрейер. Охлаждение нагретого поршневого пальца ведут водой с температурой 18...30^oC до температуры охлаждающей среды.

После полного охлаждения поршневые пальцы получают приращение наружного диаметра и высокие физико-механические свойства металла (см. табл.). После раздачи поршневые пальцы проходят механическую обработку до номинального размера.

По результатам таблицы видно, что наиболее оптимальными режимами нагрева и охлаждения поршневых пальцев с точки зрения получения необходимых приращений наружного диаметра и улучшения механических свойств являются режимы 1 и 2.

Использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет проводить классический (ступенчатый) способ термической обработки цементируемых марок стали, рационально использовать термоциклическую обработку в технологическом процессе восстановления деталей из цементируемых марок стали. А совокупность применяемых приемов в технологическом процессе дает качественно новые свойства восстановленных поршневых пальцев, что значительно повышает их долговечность после ремонта.

Способ восстановления предназначен для использования в машиностроении, ремонте машин. Способ позволяет повысить качество изделия, долговечность восстановления поршневых пальцев. Способ восстановления поршневых пальцев автотракторных дизелей из цементуемых марок стали включает нагрев выше точки Ac3 и охлаждение закалочной жидкостью изнутри, причем в отличие от известных аналогичных способов после нагрева дополнительно ведут охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50 - 80^oC и проводят дополнительную термоциклическую обработку путем многократного нагрева выше точки Ac1 на 20 - 50^oC и охлаждения ниже точки Ar1 на 50 - 80^oC и окончательное охлаждение закалочной жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20 - 50)^oC. Способ восстановления позволяет проводить классический (ступенчатый) способ термической обработки цементуемых марок стали, рационально использовать термоциклическую обработку в технологическом процессе восстановления деталей из цементуемых марок стали. Совокупность применяемых приемов в технологическом процессе дает качественно новые свойства восстановленных поршневых пальцев, что повышает их долговечность после ремонта. 1 ил., 1 табл.

Способ восстановления поршневых пальцев атотракторных дизелей из цементируемых марок стали, включающий нагрев выше Ас3 и охлаждение закалочной жидкостью изнутри, отличающийся тем, что после нагрева ведут дополнительное охлаждение на воздухе до Ar1-(50-80)^oC, проводят дополнительную термоциклическую обработку с многократным нагревом до Ac1+(20-50)^oC и охлаждением до Ar1-(50-80)^oC и окончательное охлаждение закалочной жидкостью изнутри с Ac1+(20-50)^oC.