Способ поверхностного упрочнения стальных деталей Советский патент 1985 года по МПК C21D7/04 C21D1/28 C23F17/00 

сл

о сх

00

1

Изобретение относится к обработк металлов давлением и может быть использовано для упрочняющей обработки поверхностей трения деталей в машиностроении, авиационной и автомобильной технике.

Известен способ поверхностного упрочнения, заключающийся в пластическом деформировании поверхности обкатки шариком, роликом, алмазным выглаживанием, дробеструйной обработкой и т.п. В процессе деформирования в поверхностных слоях повьш1ается плотность дислокаций и увеличивается дисперсность карбидов, блокирующих сдвиги по плоскостям скольжения, происходит распад остаточного аустенита и его превращение в мартенсит, что приводит к увеличению твердости и повышению износостойкости Cl .

Однако этот способ позволяет повысить износостойкость деталей только на 20-30%, в некоторых случаях до 40%.

Известен способ поверхностного упрочнения стальных деталей, заключающийся в создании на поверхности перед пластической деформацией модифицированного слоя. Модифицированный слой получают путем вьщержки детали в кипящем водном растворе, содержащем 20-30 г/л боровольфрамовокислого кобальта, и последующим нагревом в масле при 160-180°С в течение 50-60 мин.

При этом на поверхности образуется модифицированный слой, являющийся твердой смазкой, который снижает коэффициент трения, создает благоприятные условия как для протекания пластической деформации в поверхностном слое при последующем упрочнении щетками, способствуя првьшению качества поверхности, так и для увеличения контактной вьшосливости и износостойкости деталей при ее дальнейшей эксплуатации 2.

Однако в результате последовательного модифицирования и упрочнения поверхностного слоя повьшение износостойкости является недостаточным. Предварительно нанесенный в статических условиях модифицированный слой характеризуется резким падением антифрикционных свойств по глубине. А окисная пленка, всегда присутствующая на обрабаты88

ваемой поверхности, препятствует диффузии легирующих элементов к металлу.Сравнительно низкая темпе-, ратура предварительной обработки

и время действия среды достаточны для создания модифицированного слоя, который снижает коэффициент трения, создает благоприятные условия для протекания пластической деформации

в поверхностном слое при последующем упрочнении щетками, способствуя повьш1ению качества поверхности, что и вызьгаает дальнейшее повьшение износостойкости и контактной выносливости. Но образовавшийся модифицированный слой при периодическом деформировании быстро отслаивается, особенно в условиях трения качения и в дальнейшем повышение износостойкости обеспечивается только

предварительной пластической деформацией поверхностного слоя.

Наиболее близким к изобретению по технической сути является способ поверхностного упрочнения

стальных деталей, включающий получение модифицированного слоя на рабочей поверхности в процессе пластической деформации. Способ закшочается в следующем. К вращающемуся изделию прижимается притир, снабженный пазами, заполненными массой из порошкообразного дисульфида молибдена и клея 5Ф-2. Удельное давление притира 2,5-3,5 кг/см и скорость скольжения 4,5-5,5 м/с. После запрессовки упрочняющей массы в пазы притира последний помещают в печь с температурой 140-150С, где

вьдерживают 2-3 ч. В результате образуется диффузионный слой двусернистого молибдена.

Известный способ также обеспечивает повьш1енке износостойкости деталей.

45

Целью изобретения является повышение износостойкости деталей.

Поставленная цель достигается тем, -что согласно способу поверхностного упрочнения стальных деталей, в.ключающему загрузку в камеру нагрева деталей и состава для насыщения, нагрев до температуры насыщения и вьдержку, совмещенную с пластической

деформацией, в качестве насьщающей среды применяют смесь глицерина с мелкодисперсным порошком молибдена, | после загрузки производят продувку

камеры гелием, перед .пластической деформацией с поверхности удаляют окисный слой. Детали нагревают до 160±10 С. Окисный слой удаляют механическим путем.

Пластическую деформадаво осуществляют обкаткой поверхности шариком

В результате поверхностной пластической деформации в деформируемых слоях происходит интенсивное движение дислокаций, образование и движение вакансий, резко увеличивается диффузионная активность металла. Присутствие в зоне деформирования активированных температурой и трением элементов создает благоприятные условия для диффузии этих элементов вглубь металла. Удаление с обрабатьшаемой поверхности окисного слоя дает возможность адсорбироваться легирующим элементам на ювенильной поверхности металла, а не на окисной пленке, а использование обескислороженного глицерина в результате продувки камеры гелием препятствует регенерации этой пленки.

Пример. Образец, выполненный в виде кольца,размером (20 -5 из стали IHX15 и головку для обкатки шариком помещают в герметичную камеру. Камеру объемом 95 см заполняют глицерин см с добавкой мелкодисперсного порошка молибдена (25 г/л). Смесь тщательно перемешивают при одновременной продувке З-кратньм объемом инертным газом (гелием) при расходе газа 100 . При этом концентрация растворенного в глицерине кислорода составляет менее 0,01 об.%. Затем хфоизводят нагрев до 160°С. С помощью абразивного бруска, размещенного в камере, с плоской поверхности образца удаляют окисный слой и обкатывают шариком мм в один проход с усилием 140 кг при подаче 0,0086 мм/об и скорости вращения образца 167 об/мин.

Износостойкость упрочненной поверхности исследуют на машине трения КИИГА-1, у которой в качестве

узла трения используется упорный подшипник 8204, у которого одна обойма заменена на плоский образец (обратная сторона кольца этого же подшипника, доведенная на чугунной плите алмазной пастой до 10-11 класса шероховатости). Критерием для оценки износа образца принята глубина дорожки качения, определяемая по профилограмме поверхности трения снимаемой в направлении, перпендикулярном движению шаров. Конструкция прибора позволяет проводить испытания в среде реактивных топлив при отсутствии контакта их с атмосферой при избыточн я4 давлении в системе и повьшенной температуре. Тем самым имитируются условия работы трущихся деталей топливных агрегатов ..

Сравнительные испытания износостойкости проводили при следующих режимах: максимальные контактные напряжения, МК/м 2300, число циклов нагружения 210, скорость качения, мин 850, среда - топливо РТ, температура среда при испытании, °С 60.

При испытании износостойкости стали ШХ15 величина износа после обработки по известному способу составляет 0075 мм, а по предлагаемому способу 0,0042 мм, т.е. в 1,8 раза меньше.

В результате прю енения предлагаемой технологии на поверхности образуется упрочненный модифицированный слой с постепенным снижением антифрикционных свойств по глубине, что и приводит к значительному повышению износостойкости деталей.

Применение предлагаемой т.ехнологии позволит увеличить износостойкость ответственных деталей тогшиворегулирующей аппаратуры, повысить надежность агрегатов и безопасность полетов, что обеспечит достижение технико-экономического эффекта.

СПОСОБ ГОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ,включающий загрузку в камеру нагрева деталей и состава для насыщения. нагрев до температуры насыщения и вьздержку, совмещенную с пластической деформацией, отличающийся тем, что, с целью повьшения износостойкости деталей, в качестве насыщающей среды применяют смесь глицерина с мелкодисперсньм порошком молибдена, после загрузки производят продувку камеры гелием, а .перед пластической деформацией с поверх- ности удаляют окисный слой. 2.Способ по П.1, отличающийся тем, что детали нагревают до 160tlOC. 3.Способ non.t, отличающийся тем, что окиснЫй слой удаляют механическим путем. 4.Способ по П.1, отличаю- j) щ и и с я тем, что пластическую деформацгао осуществляют обкаткой поверхности шариком.