Способ восстановления изношенных стальных деталей Советский патент 1981 года по МПК C21D1/78 C21D7/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в судоремонте для восстановления изношенных деталей судовых дизелей. Известен способ восстановления цилиндрических втулок судовых дизелей, включающий операции наращивания слоя хромового покрытия электролитическим путем и последующей механической обработки рабочих поверхностей под конструктивный размер шлифованием 1 . Существующий способ восстановления деталей характеризуется высокой трудоемкостью и стоимостью вследст вие низкой производительности процесса и необходимости специального технологического оборудования и оснастки Детали, восстановленные путем хромирования не обладают необходимой долговечностью, поскольку хромовое покры тие имеет склонность к разрушению и отслоению в условиях термических и I знакопеременных нагрузок, в коррозион ных средах. Это объясняется недостаточной прочностью сцепления (в 1,5 2 раза ниже прочности сцепления элекг родуговой и импульсной наплавки), хрупкостью хромового покрытия, неравномерностью осадка, об словленной различной концентрацией электролита по объему. Подвергать восстановлению электролитическим хромированием можно лкшь детали, износ которых составляет не более 0,3-0,4 мм на сторону, поскольку осадки большей толщины характеризуются худшим сцеплением с материалом детали, значительно удлиняют и удорожаю процесс. Материал детали, обработанный данным способом, снижает свои пластические свойства и усталостную прочность вследствие насышения водородом в процессе хромирования в гальванической ванне. Известен способ восстановленных изношенных деталей наплавкой 2 . Однако этот способ не обеспечивает требуемого качества поверхности л износостой кости деталей. Наиболее близким к предлагаемому является способ восстановления изношен ных деталей, включающий нанесение покрытия например гальванического, с последующей пластической деформацией, например, обкаткой Сз . Данный способ позволяет повысить чистоту nosepxHOCTHii а также прочность металла и покрытия. Однако пластическая деформация обкаткой не позволяет изменять структурн характеристики металла, в связи с чем не обеспечивае.тся требуемое качество изделий,. Цель изобретения - повышение качества обработаннной поверхности. Для достижения поставленной цели предлагается способ восстановления изношенных деталей, включающий нанесени покрытия с последующей пластической деформацией, в котором пластическую деформацию осуществляют стальным дис ком, вращающимся со скоростью 30- 70 м/с при удельном давлении на по верхность 3-5 кг/см -, ai затем проводят искусственное старение при 19021О ,С в течение 10-12 ч, при этом нанесени е покрытия осуществляют наплавкой, В скоростных пределах вращения дис ка от 30 ДО 70 м/с в локальной зоне контакта возникают температурные поля с высокими градиентами температуры и небольшой продолжительностью действия, благоприятные для образования карбидной структуры. Удельные дав ления диска на обрабатываемую поверхность порядка.3-5 кг/см приводят к сжатию кристаллической решетки, ее дроблению, образованию большого количества дислокаций Б решетке, обуславли вающих прочностные качества поверхнос ти. При скоростях обработки ниже ЗО м параметры температурных полей не соз дают условий, благопритных для образо вания карбидных структур а поверхност ньк слоях. Кроме того толщина образующихся слоев недостаточна. При скоростях обработки, превьпнаю щих 70 м/с,, вследствие высоких темпе ратур, получаемых при трении, на пове ности образуется окалина, резко возрас ет толщина карбидного слоя, а усталос ная и коррозионно-усталостная прочнос снижаются. Удельные давления, превьшшющке 35 кг/см , приводят к образованию наклепа в поверхностных слоях и остаточных напряжений, В процессе работы деталей в терм о- напряженных режимах происходит снятие остаточных напряжений, разупрочнение поверхностей, и они резко теряют свои положительные свойства Удельные давления ниже 3-5 кг/см не образуют дислокации в кристаллической решетке поверхностных слоев. Дисковая обработка при вышеуказанных режимах позволяет получить на обрабатываейой поверхности карбидные структуры (так называемые белые слои), придающие ей ряд поло.яштельных свойств: повышенную износостойкость, усталостную и коррозионно-усталост 1ую прочность и Твердость. При этом класс чистоты обработанной поверхности детали получается достаточно высоким (порядка 10 кл.), и не требует дальнейшей об- работки. Искусственное старение проводят при температуре 19О-210С в течение 11-12 ч для снятия остаточных напряжений, возникающих в поверхностных слоях, при упрочняющей обработке, поскольку условия работы деталей в зоне повышенных температур приводят к разупрочнению поверхностей последних. Кроме того, искусственное старение необходимо для точных деталей, работающих в условиях повышенных температур, так как при старении распадается остаточный аустенит, снимаются внутренние напряжения, что предотвращает коробление и растрескиЁвние це- тали, П р и м е р. На экспериментальной установке проводилась обработка канавок порщня судового дизеля. Материал головок поршней - сталь 2ОХМЛ (ЗОХМЛ), Направленные эпектродуговым способом, с помощью специальных электродов Э42 кёнавки растачивались под конструктивный размер с припуском на упрочняющую обработку. После расточки канавки обрабатывались стальным диском путем его врезания поочередно в торцевые поверхности канавок, после чего проводилось искусственное старение. Стальной диск вьшолнен из материала У8, микротвердостью 360 кг/мм% чистота рабочей поверхности по 7 кл, Скорость вращения диска 57 м/с при удель ном давлении на поверхность 4 кг/см скорость поперечной подачи 34 м/мин глубина обработки 0,15 мм.Передняя кромка диска скошена под конус из те нологических соображений, угол захода составляет 20. Детали также упрочнялись диском на скоростньк режимах в 33 и 69 м/ при этом удельное давление оставалось прежним, а поперечная подача и глубина обработки соответственно составляли 14 м/с и 0,05 мм и 54 м/с и О,25 мм. Эксперимент показал, что на данных режимах обработки качество об работанной поверхности оставалось неизменным. Данный способ позволяет получить в поверхностном слое изделия карбидную структуру с микротвердостью до 1600 кг/мм при М1жротвердости исходной структуры 220-26О кг/мм с чистотой поверхности V 9 - V 11. Износостойкость поверхности полученной по предложенному способу в 68 раз выше износостойкости шлифованных наплавленных и ненаплавленных поверхностей. Формула изобретения 1. Способ восстановления изношенЦБК стальных деталей, включакмций нанесение покрытия с последукндей пластической деформацией, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработеи, пластическую деформаадю осуществляют стальюлм диском, вращающимся со скоростью 33-69 м/с при удельном давлении на поверхность 3-5 кг/см , после чего проводят искусственное старение при 19О-210 с в течение 10-12 ч. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что нанесение покрытия осуществляют наплавкой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Запольский Н. В. Износ и восстановление деталей судовых двигателей внутреннего сгорания. М.,ТранспортГ 1965.. 2. Патент США № 35494Ю, кл.; 117-50, 1970. 3.Авторское свидетельство СССР №203715, кл.С 21D 7/О4, 1966.