Способ упрочнения стальных изделий Советский патент 1990 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к механической и термической обработке конструкционных сталей, имеющих структуру мартенсита, и i упрочнению изделий, работающих пои циктических нагрузках

Цело изобретения - повышение усталостной долговечности.

На Фиг 1 представлены кривые распределения микротвердости в поверхностном слое после поверхностного пластического деформирования (ППД) и после ППД в сочетании с циклическим нагружением и отпуском - соответственно кривые 1 и 2; на фиг.2 - кривые изменения тангенса угла наклона, амплитудно-зависимое внутреннее трение (АЗВТ) в зависимости от числа циклов нагружения и амплитуды напряжений; на фиг о 3 - распределение долговечности образцов, подвергнутых упрочнению различными способами (кривая 4 - для образцов по известному способу; кривая 5 - для образцов по предлагаемому способу; кривая 6 - для образцов по известному способу, отличаюцемугя тем, что циклическое naiруление и отпуск проводили многократно при постоянной амплитуде напряжений) .

Обработку проводили на круглых усталоегных образцах 7,5 мм из стали ЗОХГСН2А. Все образцы подвергают изотермической закалке на мартенсит и низкотемпературному отпуску по режиму: закалка от 900°С, охлаждение в селитре или щелочи при 240-280аС, выдержка 1 ч, отпуск при 290°С, вы- дерлка 3 ч. Затем образцы подвергают алмазному выглаживанию / поверхностному наклепу по режимам: давление 20+2 кГс, радиус алмазного наконечника 2-0,5 мм, подача 0,05 мм/об, скорость вращения 100-120 м/мин.

сл

оо

v|

:л

У1

31

На одном - двух образцах изготавливают косой шлиф и измеряют эпюру распределения микротвердости в поверностном слое В зоне перехода пластически деформированного материала в исходный (в этой зоне, как показали исследования, происходит зарождение усталостной трещины) делают не менее 100-200 замеров микротвердости. Результату замеров обрабатывают статистически по нормальному закону распределения и определяют минимальное значение Н Л| с вероятностью ,999, которое составляет 4500 МПа (фиг.1).

1ри серии (А,Б,В) по восемь образцов в каждой подвергают циклическому нагружению (знакопеременным изгибом при напряжениях GQ 850 МПа с количеством циклом N, определяемых по кривой

IgN-1,168-1,0522- , (1) которая описывает линию максимумов tg &АЗВТ (фиг.2), После этого образцы подвергают отпуску при 563 К в течение 3 ч. Температура находится в пределах зоны температур, найденной по формуле , где ,7- -83,1 ккал/моль - энергия активации само диффузии; .Д 270+10 К; +0,2 К моль/ккал0

Перед отпуском проводят контроль A3BT.

Образцы серии А проходят один эта обработки (способ-прототип).

Образцы серии Б подвергают втором и третьему этапу циклического нагруж ния и отпуска, не изменяя режима.

Для образцов серии В, обрабатываемых, производят расчет напряжений второго и третьего этапов нагружения по формулам (2),(3) и (4):

Ј;„ §Ј б :,. (2)

n HV0(n.,} где HVp(lbl),

Kgtp. п

HV - минимальные величины статистического распределен микротвердости перед (п-1)-м и n-м нагружения ми:

.(«М) .Г|

коэффициенты эффективности воздействия напряжений

К. ехр (-0,44756-2).

L i

(3)

9ф г - -р-. /« -

Величины HV0(n, HVpn определяются путем измерения микротвердости в зоне

предполагаемого усталостного разру

шения контрольного образца и последующей статистической обработки„

Измерив HVM , последующие значения HVM ...HV определяют путем расчета по теоретико-экспериментальной формуле:

)

РЕ «..,. w

коэффициент, определяемый

2 гвЧ- ПО формуле ,907 «10 Тг ;

плотность скрытой энергии после n-го этапа нагружения без учета структурного упрочнения, определяется по формуле:

U

en

Uen

1

Ц

In

1+Cgexp(-Botn) 1-С,ехр(-В, )

г exPK,ueNn-l 2 Q-O-T V ft . j.i

Во

expK Uefln +1 и (Т,

тот

h

30

U )ио- Т Т

2и;

лие иеЫп-иеп,

еНм

.L к,

..п

(expK tNh-C expK3tNn+C 1

+К);

г t.-expCKaUepnM-KQ Ь( I+expO Ue -K,)

л../лр

Ka 3e1Txnexi(- -тг-

40 Л3 h

к

(J-2 v - 1ГУ

14 - .-.-и. т.-.-г-.----, .

45

где индекс п относится к параметрам n-го этапа упрочнения, а п-1 - К (n-l)-ro этапа упрочнения;

Тг - температура отпуска; Ug(T2) - энергия активации процесса релаксации с уче- том температуры; Ид - энергия активации процесса релаксации при Об - коэффициент термическо515817556

го линейного расширения; постной долговечности высоконагружен% - коэффициент всестороннего сжатия длительность отпуска; U,- плотность скрытой энерс

гии после циклического деформирования; Т., - локальная температура

при циклическом нагруже- нии;

t - длительность циклического нагружения; % - структурный параметр

циклического нагружения; N - число циклов нагружения; f - частота нагружения, Исходные данные для расчета (сталь ЗОХГСН2А): МПа; Ue 10100 MWw3; ,45; ( 103Ш1а; #,,5,95754 К; К; ot 5,805 ,366-10 8 Т2 ; ,243-1011 -9,319- Юг Т2; f 6000 .

Результаты расчеты и режимы циклического нагружения представлены в таблице

Обработанные таким образом образцы испытывают на усталость при напряжениях 850 МПа до разрушения. В результате для образцов серии 2 долговечность увеличилась в 1,53, а для образцов серии 3 - в 2,43 раза в сравнении с отработкой по способу- прототипу

Результаты сравнительных испытаний представлены, на фиг.З

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет повысить усталостную долговечность в 2,43 раза, что существенно повышает долговечность агрегата в целоМо Способ можно применить для повышения уста10

ных деталей машин.

Формула изобретения

1о Способ упрочнения стальных изделий, преимущественно со структурой мартенсита, включающий закалку, низкий отпуск, поверхностный наклеп, циклическое нагружение с амплитудой напряжений выше предела выносливости материала длительностью, соответствующей моменту достижения максимальной величины тангенса угла наклона

«с кривой амплитудной зависимости внутреннего трения, и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения усталостной долговечности, циклическое агружение и последующий

2Q отпуск проводят многократно, увеличивая при каждом последующем цикле амплитуду нагружения пропорционально изменению минимальной величины статистического распределения микротвер25 дости в зоне предполагаемого разрушения.

2о Способ по п. отличающийся тем, что амплитуду нагружения при каждом последующем цикле увеличивают в соответствии

с выражением:

30

in н-V,

Н V0n . (ц-0

o(n-t) K:xpn

Mn-i

35

где Н Vo(n,};

Н V

40

on

К. 59 (и-0 к . и

-минимальные величины статистического распределения микротвердости перед (п-1)-м и п-м нагружениями;

-коэффициенты эффективности воздействия напряжения .

ных деталей машин.

Формула изобретения

1о Способ упрочнения стальных изделий, преимущественно со структурой мартенсита, включающий закалку, низкий отпуск, поверхностный наклеп, циклическое нагружение с амплитудой напряжений выше предела выносливости материала длительностью, соответствующей моменту достижения максимальной величины тангенса угла наклона

с кривой амплитудной зависимости внутреннего трения, и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения усталостной долговечности, циклическое агружение и последующий

отпуск проводят многократно, увеличивая при каждом последующем цикле амплитуду нагружения пропорционально изменению минимальной величины статистического распределения микротвер5 дости в зоне предполагаемого разрушения.

2о Способ по п. отличающийся тем, что амплитуду нагружения при каждом последующем цикле увеличивают в соответствии

с выражением:

0

in н-V,

Н V0n . (ц-0

o(n-t) K:xpn

Mn-i

5

где Н Vo(n,};

Н V

0

on

К. 59 (и-0 к . и

-минимальные величины статистического распределения микротвердости перед (п-1)-м и п-м нагружениями;

-коэффициенты эффективности воздействия напряжения .

Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к термической обработке деталей из конструкционных сталей. Цель изобретения - повышение усталостной долговечности. Способ включает закалку, отпуск, поверхностный наклеп, многократное проведение циклического нагружения с увеличивающейся амплитудой и отпуск. Способ позволяет существенно увеличить усталостную долговечность высоконагруженных деталей машин. 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1-й этап соответствует обработке по способу-прототипу, обработка по предлагаемому способу включает 1,2 и 3 этапы.

7UOQ

6000

500Q

4000

О 10 20 30 40 JO 50

Фиг, 2

Редактор Т. Лазоренко

5,5ff Ц Фиё.З

Составитель В. Русаненко

Техред м. Моргентал. Корректор А. Осауленко

N10