Способ упрочнения стальных деталей Советский патент 1992 года по МПК C23C8/66 C23C8/04 

Изобретение относится к химико- термической обработке, в частности к цементации, и последующей локальной поверхностно-пластической деформации с целью повьапёния долговечности стальных деталей посредством создания гетерогенной макроструктуры поверхности.

Известно, что существует связь между характеристиками выносливости материала и его прочностью и твердостью. Если принимать меры только для повышения прочности, то это может . оказаться недостаточным для увеличения выносливости, в том числе и дол говечности. Упрочнение приводит к затруднению зарождения усталостных трещин . Если при этом существенно снизится пластичность, то распространение уже возникшей трещины будет облегчено. Поэтому наиболее правильно ориентироваться на корреляцию с, каким-либо сочетанием прочностных и пластических свойств:

rt - n 9ftrr Fi л «;,„ (1+VM1-W Сц - 0,260Ц1 - 0, In IT---y-T--.J,

где о, - предел выносливости, Iffla, CTg - предел прочности, МПа%, (J/ - конечное относительное сужение;

(|)„ - наибольшее равномерное сужение .

Таким образом, для повышения долговечности необходимо так упрочнить деталь, чтобы при этом ее пластич- ность не уменьшалась. Так как большинство упрочняющих обработок металла приводит к увеличению твердости и прочности, но снижению пластичности, то возможности гомогенных материалов близки к исчерпанию. Совмещение этих противоположных свойств возможно созданием материала с неодно- редкой (гетерогенной) закономерно ме- няющейся макроструктурой поверхности. Известны способы получения структурно-неоднородных материалов на о/-

Ч

сл кэ

00

ю

00

нове сталей аустенитного и ттервходного классов, где сначала производят локальную пластическую деформацию со степенью деформации 5 больше 40%, а затем общую пластическую деформацию с о менее 30%. В зоне деформации образуется мартенсит, а матрица остается аустенитной. Таким образом, можно создавать сетку мартенсита с любой заданной конфигурацией, состоящей из участков с различной твердостью и пластичностью структурных составляющих.

Недостатком этого способа является его неприменимость к углеродистым i сталям.

Известен способ создания гетерогенной макроструктуры, где после про- ведения термической или термопласти-

j

0

получения гетерогенной структуры и механических свойств. Узор фиксируется электролитическим травлением в 10%- ном водном растворе NaCl в течение 10-15 мин. Глубина травления 0,15- 0,20 мм. Она определяется из формулы

г KG6h2

СЁНТ

где С - глубина травления, мм{

К - коэффициент, учитывающий глубину распространения наклепа Ј h - глубина цементованного слоя,

MMJ

П - модуль упругости матрицы,

МПа« Н - толщина детали, мм

z | Хфиг.2).

Использование: изобретение относится к химико-термической обработке сталыпк деталей, в частности к цементации и последующей локальной поверх- ност юя пластической деформации. Сущность изобретения: на стальное изделие наносят лаковый узор, проводят электролитическое травление мест, не покрытых лаком, наносят медную маску на выступающие участки, после чего проводят цементацию, термообработку и „ поверхностную пластическую ефор- мацию выступающих нецементованньтх участков при комнатной температуре. 2 ил ., 1 табл.

ческой обработки сталь подвергают то |чечной или линейчатой закалке или отпуску.

i Недостатком способа является слож- ность и дороговизна необходимого оборудования ,

Известен способ упрочнения сталь- ных упругих элементов, где гетерогенную поверхность получают путем цементации через защитную медную маску. Дополнительного повышения прочности можно добиться, если нецементованные участки подвергнуть поверхностной пластической деформации при комнатной температуре, в результате которой цементованные участки окажутся предельно сжатыми и в процессе работы детали, будут в меньшей степени подвергаться действием растягивающих напряжений.

Целью изобретения является увеличение долговечности стальных деталей путем увеличения прочности при сохранении пластичности созданием гетерогенной макроструктуры.

Поставленная цель достигается тем, что после проведения химико-термической обработки через защитную маску деталь подвергается дополнительной поверхностно-пластической деформации.

На Аиг.1 и 2 приведены схемы, реализующие способ.

Способ осуществляется следующим образом.

На стальную пластинку из-стали 20 наносят через трафарет лаковый . узор заданной геометрии (фиг.1). Предлагаемые размеры узора являются опти- мальными с точки зрения технологии

0

5

5

Затем проводят меднение выступающих участков в течение 20-25 мин в стандартном электролите. После цементации при 920-930°Св твердом карбю- 5 ризаторе и последующей нормализации, закалки с 770-780°С в воду и низкого отпуска на поверхности получаются вьН- ступающие мягкие участки с HRC 25-30

и твердые участки с HRC 62 - 63.

i

При помощи поверхностно-пластической

деформации (обработка молотком, роли4- ком или дробью) мягкие участки вДав-( лкваются между твердыми, не разрушая их. Таким дбразом, на поверхности создаются большие сжимающие напря- жения после цементации и в результате пластической деформации. При этом ; твердость мягких участков увеличивается в 1,3-1,5 раза при степени де0 формации Ю-15%. Остаточные сжимающие напряжения способствуют увеличению предела выносливости, а наличие мягких и твердых структур обеспечивает одновременное получение высокой

с прочности и пластичности, что невозможно при большинстве обработок.

Механические характеристики материала После обработки по этому способу приведены в таблице

Предел прочности СГВ, предел упругости Gu и пластичность В определе- ну в условиях изгиба. Долговечность N характеризует число перегибов на заданный угол до разрушения. Увеличению выносливости деталей способствует и повышение внутреннего трения Q вследствие образования гетерогенной структуры, измерения которого выполняют по стандартной методике. Ра-,

0

17

ботоспособность Д по Беренову вычисляют по формуле

А fci CVЈ.

где di. - коэффициент заполнения ди

аграммы растяжения, С предел прочности, IfflaJ Б - пластичность, %.

Из таблицы видно, что работоспособность увеличивается в 1,4-1,5, а долговечность - 1,2-1,3 раза по сравнению с известный...способом. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ упрочнения стальных деталей, включающий нанесение лакового

Способ обработки 0),;

в

Ша

Известный Узор:

ромбический

- - i

зигзагообраз

,

:

10

узора, нанесение медной маски с зигзагообразным или ромбическим узором, цементацию и термообработку, о т - л и ч а ю щи и с я тем, что, с це- лью повышения долговечности деталей путем создания на поверхности гетерогенной макроструктуры, перед нанесением медной маски проводят электролитическое травление мест, не .покрытых лаком, нанесение медной маски проводят на выступающих участках, а после цементации и термообработки проводят поверхностную пластическую деформацию выступающих нецементованных участков при комнатной температуре.

tfa, МП

б, % Л 1.0ГДж/м IN, циклов

4133,4

3450

246 :. 0,15

: Ј& Я

Фиг.1

Фиг.2