Способ изготовления рессорных листов Советский патент 1979 года по МПК C21D9/46 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕССОРНЫХ ЛИСТОВ

1

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, в частности к способам изготовления и термообработки рессорных листов, и может быть использовано при изготовлении подвесок транспортных средств.

Известен способ изготовления рессорных листов, заключающийся в печном нагреве их до температуры закалки, гибка, охлаждепии в штампах путем погружения их совместно с рессорными листами в масло и высоком отпуске.

Этот способ трудоемок и ириводит к обезуглероживанию поверхности листов, что снижает ирочиостные свойства многолистовых рессор.

Известен также способ, заключающийся в том, что рессорные листы подвергают индукционному нагреву до закалочных температур. При этом стопу рессорных листов нагревают в индукторе, откуда их по одному передают в гибочно-закалочное устройство, в котором осуществляют их гибку и закалку в масле. После закалки производят высокий отпуск и наклеп дробью. Этот способ за счет уменьшения времени нагрева под закалку снижает обезуглероживание. Однако рессоры, собранные из листов.

изготовленных известным способом, обладают недостаточной усталостной прочностью.

Целью изобретения является повышенне усталостной прочности рессор. Это достигается тем, что в известном способе, включающем индукционный нагрев до закалочных температур, гибку, охлажденне, отпуск и наклен дробью, рессорные листы после гнбки подвергают струйному о.лал дению, например струйно-водяному, с последующим самоотпуском поверхности ири 100- 350°С в течение времени, необходимого для достижения разности температур сердцевпны и поверхностп рессорного листа, равной 30-100°С, после чего производят скоростную поверхностную закалку на глубину 0,1-0,3 толщины рессорного листа и отпуск при 180-350°С.

Поверхностному нагреву можно подвергать только одну сторону рессорного листа, испытывающую при работе растягивающие напряжения. Отпуск после поверхностной закалки пропзводят при 180-350°С в течение 0,5-1,5 ч. Охлаждение после скоростного нагрева осуществляют струйно-водяным способом.

На фиг. 1 изображены кривая а нагрева поверхности и кривая б нагрева сердцевины рессорного листа; на фиг. 2 показано распределение твердости по сечению рессорного листа (по оси ординат отложено расстояние от поверхности до точки замера твердости).

Предлагаемый способ позволяет повысить прочностные свойства рессоры за счет совместного действия двух упрочняющих факторов: измельчения зерна аустеиита и создания остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое, где действуют максимальные растягивающие рабочие напряжения.

Согласно предлагаемому способу нагрев под гибку используется для подготовки исходной структуры стали, что достигается интенсивным охлаждением после нагрева и самоотпуска. Получаемая при этом на поверхности мелкодисперсная структура без структурно-свободного феррита позволяет при последующем скоростном поверхностном нагреве получить особо мелкое зерно аустенита, на месте которого после закалки образуется мартенсит с размером кристаллов 1-3 мк. Такая структура обладает высокой прочностью и пластичностью. Применение струйно-водяного охлаждения и самоотпуска гарантирует отсутствие трещин при первой закалке, при этом отпадает необходимость в мойке, которая обязательна при закалке в масле.

Для достижения второго фактора упрочнения (создания остаточных сжимающих напряжений на поверхности рессорного листа) и для получения вязкой сердцевины необходимо, чтобы поверхностный высокотвердый слой (52-60 ПКс) составлял 0,1 - 0,3 толщины рессорного листа, а твердость сердцевины составляла 30-40 HRc (см. график расиределения твердости ио сечению рессорного листа на фиг. 2). При этом поверхностно-закаленный рессорный лист за счет большего объема мартенсита с высокой твердостью имеет на поверхности остаточные сжимающие напряжения. Проведение самоотпуска в интервале температур 100-550°С за время, в течение которого разность температур в сердцевине и на поверхности рессорного листа устанавливается в интервале 30-100°С, и последующего скоростного поверхностного нагрева обеспечивает указанные выще требования к сердцевине и поверхностному слою.

В интервале температур самоотпуска 100-550°С структурные изменения сердцевины могут происходить по двум вариантам, каждый из которых приводит к получению требуемой твердости 30-40 ARc.

При температурах самоотпуска поверхности в интервале 100-180°С сердцевина охлаждается до температур, при которых мартенситное преврангение в рессорных сталях происходит па 50% и более. Этот

мартенсит при скоростном поверхностном нагреве отпускается. Чтобы отпуск был более высоким, перед поверхностным нагревом сохраняют разность температур в сердцевине и на поверхности в 30-100°.

За счет этого даже при поверхностном характере скоростного нагрева сердцевина рессорного листа прогревается до 600- 650°С и отпускается на твердость 36-40

МДс. В результате образуется рессорный л нет, имеющий после окончательного отпуска при 180-350°С на поверхности твердость 58-60 ПКс и в сердцевине 36-40 ПНс, что обеснечивает наличие высоких

остаточных нанряжений сжатия в местах действия растягивающих рабочих напряжений.

Для больщой толщины рессорного листа (25 мм) при температурах самоотпуска в

иитервале 100-180°С для уменьшения твердости сердцевины возможно применение иеред повторным нагревом дополнительного отпуска прп 450-600°С и резкого поверхностного охлаждения с целью увеличепия разности температур на поверхности и в сердцевине рессорного листа.

При самоотпуске в другом интервале температур, а именно 180-550°С, в сердцевине во время выдержки остается аустенит,

который распадается во время и после скоростного поверхностного нагрева, при котором сердцевина нагревается до 650- 700°С. Этот распад происходит вследствие того, что аустенит, находившийся некоторое время при сравнительно низких температурах 180-550°С и нагретый далее до повышенных температур 650-700°С, становится неустойчивым. В этом случае повториый скоростпой нагрев рессорного листа с разностью температур сердцевины и поверхности в 30-100° обеспечивает более иолный распад аустенита. При таком процессе после окончательного отпуска при 180-350°С твердость на поверхности рессоры также составляет 52-60 ПНс, а в сердцевине 30-35 HRc.

Таким образом, при изготовлении рессорных листов по предлагаемому способу в поверхностном слое рессорного листа удается получить мелкое зерно и значительные остаточные напряжения за счет разности удельных объемов поверхностного слоя и сердцевины. Причем эти напряжения распространяются на глубину слоя поверхностной закалки, составляющего 0,1-0,3 толщины рессорного листа. Такой слой не может быть стерт при износе рессорных листов в процессе эксплуатации.

Проведение дробеструйного наклепа, который создает остаточные сжимающие напряжения в тонком поверхностном слое, глубиной 0,1-0,2 мм, также необходимо. Это повышает уровень остаточных сжимающих нанряжений в обезуглероженном

слое листов, глубиной 0,1-0,2 мм, возникающих еще в процессе металлургического производства.

Применение при закалке после скоростного поверхностного нагрева струйно-водяного охлаждения, обеспечивающего большие скорости охлаждения, позволяет использовать для изготовления рессоры стали с меньшим количеством легирующих элементов.

Пример. Листы, входящие в комплект рессоры автомобиля ЗИЛ-130, изготовленные из стали 60С2 толщиной 10 мм, последовательно нагревали с применением токов высокой частоты до 870°С, загибали по требуемому согласно чертежу радиусу, после чего подвергали струйному водяному охлаждению в течение 3 с. Такое время охлаждения обеспечило прохождение самоотпуска при 100°С в течение 0,3 мин (см. фиг. 1 кривая а). При этом в сердцевине сохранялась температура 130°С (см. фиг. 1 кривая б). После такой выдержки рессорный лист нагревали поверхностно со скоростью 300 град/с до 820°С на глубину 2,5 мм. В середине рессорного листа температура достигала 650°С. При последующем водяном струйном охлаждении с критической скоростью поверхность закаливалась на мартенсит с твердостью 65 ПКс, а сердцевина имела структуру мартенсита отпуска с твердостью 35-40 HRc.

Металлографический анализ поверхностного слоя показал, что образовавшийся там мартенсит имеет размер игл 1-3 мк. После закалки был проведен отпуск при 250°С в течение 1,5 ч. Твердость в поверхностном слое составляет 58 HRc, в сердцевине 38 HRc (фиг. 2).

Рессорные листы были собраны в рессору и испытаны на усталость на машине фирм «Шенк по программе, имитирующей нагружение на дороге, покрытой булыжником. Серийные рессоры, полученные обработкой по предлагаемому способу, выдержали без поломок такое число циклов нагружения, которое соответствует пробегу

автомобиля в 7200 км, в то время как рессоры, обработанные по известному способу, выдержали 4600 км.

Таким образом, описываемый способ изготовления рессор позволяет почти в 1,5 раза увеличить долговечность рессор. При условии одинаковой долговечности рессор, получаемых известным и предлагаемым способами, последний позволяет уменьшить вес рессор.

Предлагаемый способ может найти применение и при изготовлении пружин, торсионов и других изделий, испытывающих значительные циклические нагрузки.

Формула изобретения

в течение времени, необходимого для достижения разности температур сердцевины и поверхности, равной 30-100°С, после чего проводят скоростную поверхностную закалку на глубину 0,1-0,3 толщины рессорного листа и отпуск.

осуществляют путем индукционного иагрева и струйного водяного охлаждения.