Способ упрочнения поверхностей изделий из титановых сплавов Советский патент 1991 года по МПК B23H9/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения электроэрозионным легированием с последующим пластическим деформированием изделий из титано- выхсплавов, имеющих форму тел вращения, работающих в условиях фрикционного кон такта и воздействия ударных и циклических нагрузок.

Цель изобретения - повышение равномерности по толщине и снижение шероховатости покрытия, полученного на мощных режимах электроэрозионного легирования, увеличение характеристик конструктивной

прочности изделий с покрытием в условиях воздействия как знакопеременных, так и однократных нагрузок при обычных и низких температурах

Способ включает электроэрозионное легирование на мощных режимах с удельной мощностью тока короткого замыкания 5 - 70 кВ А/см и последующее поверхностное пластическое деформирование

Электроэрозионное легирование проводится при окружной скорости обрабатываемой поверхности 110 - 780 мм/с, что обеспечивает изменение Формы расплавленных и затвердевших в процессе легироо ел

XI СО О

XI

вания микрообъемов металла, сопровождающееся увеличением площади их поверхности и выравниванием по толщине, повышением равномерности покрытия и снижением высоты неровностей профиля. Кроме того, увеличивается скорость затвердевания расплавленных микрообьемов,что предотвращает выделение и укрупнение хрупких структурных составляющих, образующихся на мощных режимах легирования. В покрытии сокращается количество пор и микротрещин и увеличивается его пластичность.

Повышение окружной скорости (выше 780 мм/с) приводит к уменьшению толщины слоя покрытия и снижению его несущей способности в трущихся узлах. Последующее поверхностное пластическое деформирование полученного покрытия, проводимое обкатыванием роликами или шариками осуществляют с относительным удлинением поверхностного слоя Ј 0,3 - 1,0% при величине произведения относительного удлинения е на кратность деформирования N в пределах 6 - 30, что обеспечивает существенное уменьшение шероховатости поверхности и увеличение конструктивной прочности изделий в условиях воздействия как циклических, так и однократных статических и динамических нагрузок при сохранении высокой стойкости деформирующего инструмента.

При этом, когда величины ей произведения Ј .N превышают верхние границы указанных значений, ухудшается шероховатость поверхности покрытия, что сопровождается ростом параметра Ra выше 10 мкм.

Относительное удлинение поверхностного слоя вычисляется по формуле

100% ,

где В, мм - ширина канавки, оставляемой деформирующим элементом на поверхности изделия при деформировании без подачи за пять или более оборотов, обеспечивающих стабилизацию размера канавки;

I, мм - длина обращующей профиля канавки,

Для деформирующего элемента, имеющего форму ролика (шарика) с продольным радиусом R

о

л R arcsin ятт ./к

1 90

Для ролика, имеющего коническую или цилиндрическую форму с образующей, составляющей угол п с обрабатываемой поверхностью, и деформирующим радиусом R

п

R(f + «)

180

.п

/„ R

sine + YB (2R - В sin a) - sin

-I

61 В sin2 a + cos a VB slna(2 R - Bsln a) .

По величине Ј и, соответственно, шири- не канавки производится выбор усилия деформирования.

Осевая подача инструмента определяется заданной величиной произведения относительного удлинения к и кратности деформирования N,

где N - ,

S - осевая подача на один деформирующий элемент, мм/об;

К - число проходов деформирующего

инструмента.

Для инструмента с числом деформирующих элементов осевая подача инструмента Sn вычисляется по формуле

Sn Z -h -S,

где h - кинематический коэффициент, зависящий от схемы обкатывания.

Определение параметров деформирования указанным способом позволяет выбрать режим и обеспечить оптимальную одинаковую интенсивность деформации при обработке изделий различного диаметра деформирующими элементами различной геометрии.

Пример. Упрочнению подвергаются цилиндрические детали диаметрами 8 и 40 мм из титанового сплава ВТЗ-1. ЭЭЛ электродами из твердого сплава марки ВК8 сечением 50 мм осуществляется на

механизированной установке ЭФИ-68А по режиму, характеризующемуся напряжением холостого хода Vx.x 19 В, током короткого замыкания к.з 132 А (удельная

мощность 5

KB Ач

2 СМ

5

Пластическое деформирование проводят обкатыванием деталей на токарном станке с использованием одношарикового (при нагрузке 294 Н) и трехроликового при- 0 способлений (при нагрузке до 8820 Н) с пружинным упругим элементом. Профильный радиус роликов и их диаметр составляют соответственно 5 и 30 мм, диаметр шарика 5 мм.

Шероховатость поверхности деталей измеряется на профилографе-профиломет- ре, Толщина слоя покрытия измеряется на шлифах с использованием микроскопа МИМ-7. Обработанные детали диаметром 8

мм испытываются на динамический изгиб на копре типа МК-30 при температурах 20°С и -193ПС и на статический изшб на испытательной машине типа ИМ-4А

Испытания на износостойкость деталей диаметром 40 мм в паре трения с подшипниковыми вкладышами из бронзы БрАЖ9-4 проводят на машине типа МИ с непрерывной подачей смазки МС-20 в зону трения при постоянной скорости скольжения 0,46 м/с.

Перед испытанием образцы прирабатываются при нагрузке 274Н до образования постоянной площадки контакта

Во время испытаний нагрузку повышают ступенями через равные промежутки времени, соответствующие 22 тысячам оборотов ролика. До и после испытания на ступени нагружения проводят взвешивание деталей и сопряженных вкладышей на аналитических весах АДВ-200М По отношению весовых износов к площади поверхности трения и пути трения рассчитывают интенсивности изнашивания деталей и вкладышей.

Относительная износостойкость детали определяется как отношение интенсивности изнашивания детали без покрытия к интенсивности изнашивания детали с покрытием. Аналогично определяется относительная износостойкость сопряженных вкладышей.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Для всех пар трения, содержащих детали, упрочненные по предложенным режимам, давление заедэнип ниже 20 МПа В парах трения, содержащих детали, упрочненные электроэрозионным легированием

при окружных скоростях, превышающих 780 мм/с, или детали, обкатанные с превышением величины одного из следующих параметров - относительно удлинения поверхностного слоя f 1.0% или произведения к N -30, давление заедания менее 16 МПа. Формула изобретения Способ упрочнения поверхностей изделий из титановых сплавов, имеющих форму

тел вращения, включающий электроэрозионное легирование с удельной мощностью тока короткого замыкания 5 - 70 кВ -А/см и последующее поверхностное пластическое деформирование, отличающийся

тем, что, с целью повышения качества покрытия и конструктивной прочности упрочненных изделий, электроэрозионное легирование проводят при окружной скорости обрабатываемой поверхности 110 - 780

мм/с, а поверхностное пластическое деформирование осуществляют обкатыванием с относительным удлинением поверхностноI - В го слоя F -g- 100%, равным 0,3 1.0%, при этом произведение относительного удлинения с на кратность деформирования N находится в пределах 6 - 30; где N (В -K)/S:

В - ширина канавки, оставляемой де- формирующим элементом на поверхности изделия при деформировании без подачи за 5 или более оборотов, мм;

I - длина образующей профиля канавки, мм;

s - осевал подача на один деформирующий элемент, мм/об;

К - число проходов деформирующего инструмента.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения изделий из титановых сплавов. Цель изобретения - повышение качества упрочняющего покрытия и увеличение конструктивной прочности из- -делий из титановых сплавов, имеющих форму тел вращения. Способ включает электроэрозионное легирование с удельной мощностью тока короткого замыкания 5-70 кВ А/см2 и последующее поверхностное пластическое деформирование. Электроэрозионное легирование проводят при окружной скорости обрабатываемой поверхности 110 780 мм/с, а поверхностное пластическое деформирование осуществляют обкатыванием роликами или шариками с относительным удлинением поверхностного слоя г - (I - В)/В-100%, равным 0,3 - 1,0%. При этом произведение относительного удлинения f на кратность деформирования N находится в пределах 6 - 30. где N BK/S; В - ширина канавки (мм); оставляемой деформирующим элементом на поверхности изделия при деформировании без подачи за 5 или более оборотов; I - длина образующей профиля канавки (мм), S - осевая подача на один деформирующий элемент (мм/об); К - число проходов деформирующего инструмента. 1 табл. СО С