Способ термической обработки стальных изделий Советский патент 1990 года по МПК C21D1/09 

Изобретение относится к термической обработке стали с помощью концентрированных- источников энергии, конкретнее электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении подшипников качения.

Цель изобретения - повьшение контактной выносливости.

Сущность изобретения заключается, в том, что поверхности трения качения подвергают нагреву со скоростью -10 -10 К/с подвижным ленточным электронным лучом без оплавления поверхности, ширина которого должна быть больше ширины поверхности качения, и обработку производят за один или несколько проходов ленточного луча, при этом на поверхности образуется упрочненный слой, причем толщина этого слоя должна не менее, чем в 1,5 раза

превышать глубину расположения зоны максимальных касательных напряжений, возникающих при трении качения.

При поверхностной термообработке ленточным электронным лучом без оплавления поверхностные слои материала имеют структуру скрытокристалличес- кого мартенсита с остаточным аусте- нитом и мелкодисперсные карбиды. Микротвердость такой структуры 11000- 12000МПа. Плотность дефектов кристаллической структуры повьш1ается на по- рядок по сравнению с объемной термообработкой (закалка+низкий отпуск), происходит измельчение блоков. Все это затрудняет образование и распространение усталостных трещин в поверхностном слое.

Способ осуществляют следующим образом.

СП

;о ел

ее

1595

Изделие после окончатеТхьной меха- .йической обработки подвергают поверхностной термообработке ленточным электронным лучом без оппавления. Ширина луча больше ширины поверхности трения качения. В противном случае обработку всей поверхности придется производить за несколько параллельных проходов. По краям этих проходов об- разуются зоны высокотемпературного отпуска, что резко снижает контактную выносливость поверхности. При пшрине ленточного луча, большей ширины обрабатываемой поверхности, зон отпуска не образуется. Обработка может проводиться как за один проход, так и за несколько повторных проходов. При повторных проходах луча по поверхности, уже подвергнутой ранее электронно- лучевой обработке, параметры слоя изменяются незначительно: немного по- вьш1ается толщина упрочненного слоя и незначительно повьпиается твердость. Повторная обработка ощутимого изме- нения свойств поверхностного слоя не

дает.

При обработке параметры электронного луча выбирают такими, чтобы не было оплавления поверхности. При оплав- ланий поверхностный оплавленный слой имеет структуру крупнокристаллического мартенсита, уменьшается твердость и дефектность структуры, что ведет к понижению долговечности поверхностей качения.

Толщина упроченного слоя должна превышать глубину расположения зоны максимальных касательных напряжений не менее, чем в 1,5 раза. В противно случае .значительные касательные напряжения, возникающие при качении, действуют на границе упроченного сло с основным материалом шш вблизи ее и вызывают быстрое зарогвдение и раз витие трещин на этой границе. Это

приводит к отслаиванию упрочненного слоя и резко уменьшается долговеч- нос-гь . При полуторной толщине упрочненного слоя по сравнению с гл убиной; расположения зоны максимальных касательных; напряжений на границе упроченого слоя с основным материалом напряжения существенно уменьшаются и контактная вьшосливость повьш1ается.

Способ реализуется на установке, состоящей из вакуумного агрегата, .воляюш,его получить вакуум Ю -10 м рт.ст., электронной пушки с оптикой

.

2 см/с;

5

0

45

Пирса, создающей ленточный электронный луч требуе1 1х параметров, и блоков питания пушки.

Технологическая схема способа повышения контактной выносливости подшипниковых сталей:

1.Химическая очистка обрабатываемой поверхности.

2.Загрузка изделий в вакуумную

камеру.

3. Откачка вакуумной камеры до рабочего вакуума.

4. Вьшод электронной пушки на рабочий режим.

5.Электронно-лучевая обработка

поверхности.

6.Напуск атмосферы в камеру и выгрузка изделий.

Пример конкретного режима обработки поверхностей качения подвижным ленточным электронным лучом: Материал сталь ШХ15.; Скорость движения луча

Ускоряющее напряжение9 кВ; . Ток луча 0,16 А; Тощина луча 1 мм; Толщина упроченного слоя160-180 мкм. Исследования в электроннв-лучевой обработке на долговечность поверхностей трения качения проводили на кольцах роликоподшипников № 12208. Внутренние кольца обрабатывали по предлагаемому .способу и собирали с наружными кольцами и телами качения, которые подвергали лишь объемной термообработке. Стендовые испытания проводили на испытательной станции ГПЗ-10 на машине ЦКБ-50 при нагрузке 10900Н и числе оборотов внутренних колец 3800, При данной нагрузке зона максимальных касательных напряжений, возникающих при качении, для внутреннего кольца находилась на глубине 100 мкм.

Как показали испытания, долговеч-- ность колец с электронно-лучевой обработкой по указанному способу по- вьш ается в 3-4 раза по сравнению с прототипом. При этом ленточный электронный луч позволяет обрабатывать поверхности различной конфигурации без переналадки оборудования. Формула изобрете ни я

Способ термической обработки стальных изделий, преимущественно поверхности качения подшипников, включающий нагрев без оплавления поверхности качения ленточным электронным лучом с заданной шириной луча и закалку с образованием заданной глубины зоны упрочнения, отличающ ийся тем, что, с целью повышения контактной выносливости,предварительно определяют глубину зоны расположения мак

симальных касательных напряжений, возникающих при трении качения под--: шипников, нагрев осуществляют лучом с шириной более ширины поверхности качения, а закалку проводят с образованием зоны упрочнения глубиной, прея вышающей глубину расположения зоны макс1тальных касательных напряжений не менее чем в 1,5 раза.

Изобретение относится к термической обработке стали с помощью концентрированных источников энергии, конкретнее электронным лучом, и может быть использовано в машиностроении при изготовлении подшипников качения. Цель изобретения - повышение контактной выносливости. Поверхность качения подшипника подвергают закалке подвижным ленточным электронным лучом с шириной луча более чем ширина поверхности качения и с образованием зоны упрочнения глубиной в 1,5 раза больше глубины зоны расположения максимальных касательных напряжений, возникающих при трении качения.