Способ поверхностного упрочнения изделий Советский патент 1982 года по МПК C21D7/06 B24C1/10 

(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ

Изобретение относится к области поверхностной пластической деформации, например, металлической дробью.

Известен способ поверхностного упрочнения деталей и инструмента дробью l .

В результате дробеударной обработки металлических изделий их приповерхностный слой приобретает мелкрдисперс ную структуру, причем толщина слоя к характер его рас.пределения зависит как от физико-механических свойств материала изделий, так и от энергетических параметров технологической операции дробеударной обработки.Так, при окончательной обработке дробью инструмента, изготовляемого из сложнолегированных, высокопрочных сталей упрочненный слой не превышает 200250 мкм, причем в большинстве случаев этьт слой распределен по поверхности изделия неравномерно несмотря на соблюдение контроля за стабильностью энергетических параметров протекающего процесса таких, как диаметр дроби, скорость массового расхода ее при выходе из ствола эжектора или ротора дробеметного аппарата, расстояния до обрабатываемой поверхности. ИЗДЕЛИЙ

времени экспозиции, подачи единицы поверхности в зоне факела и т.д. Одна из основных причин такого явления это влияние технологической наследственности от предшествующих операций термической или химикотермической обработки, а также операций обработки лезвийным и абразивным инструментом. Перечисленные технологи10ческие операции создают неравномерно распределенные по глубине слоя дефекты, такие как микротрещины, волосовины, прожоги, остаточные напряжения, которые в общей сложности снижают

15 сопротивление метгшла поверхностнопластическому деформированию, и как следствие, образование неравномерно го по толщине упрочненного слоя с

соответствук1щим неравнбмерным распределением подслойных остаточных сжимающих напряжений, которые в дефекторных местах, включающие прижоги (от образивной обработки), могут переходить в растягивающие напряжения,

25 что значительно снижает положительный эффект операции дробеударного упрочнения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ поверхностного упрочнения металлических деталей, при котором на обрабатываемую поверхность подают рабочую жидкость со стальными шариками в виде.струй 21.

Известный способ улучшает процесс обработки дробью металлических поверхностей с дeфeктэJvм от предшест-it вующих технологических процессов, но повышение эффекта упрочнения в известном способе относится к конструкционным стсшям с средними прочностными и пластическими физико-механическими свойствами. В случае обработки высокопрочных, закаленных сталей, например высокохромистых сталей карбидного класса для кузнечно„иггампового инструмента, этот способ неэффективен.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости в результате измельчения зерна, увеличения глубины упрочнённого слоя и,плавного распределения бальности зерна ро глубине упрочненного слоя.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу упрочнения изделий преимущественно из высокопрочных металлов, включающему подачу жидкой рабочей среды со стальными шариками, подачу производят циклически с возрастанием скорости рабочей сред при одновременном снижении диаметра 1ариков и времени обработки от цикла к циклу, при этом на последних циклах жидкую рабочу среду заменяют на газовую.

Для осуществления предложенного способа применяется дробеструйная установка, содержащая секционный дробесборник, в Кс1ждой секции которого находятся стальные шарики определенного диаметра. При этом исполнительные механизмы установки (привод изделий в рабочей камере, привод стрла дробёсборника, привод переключения вида энергоносителя, реле времени) электрически связывают с работой электрического командоаппарата (типа КЭП-12), который предварительно посредством настроеной установки кулачков на заданную программу, выдает, сигналы на срабатывани исполнительных механизмов в функции времени, т.е. командоаппарат обеспечивает централизованное управление

всем циклом технологической операции

55

Ввиду того, что в первые две минуты обработки единицы поверхности процесс протекает с интенсивным смятием вершин микронеровностей и уплотнением поверхностного слоя, сопровождакадегося дроблением зерен микро- и суб- структуры металла, обработку на первом переходе производят шариками больших размедов для создания пластической области на.большей глубине с перекрытием дефектных зон предшествующих 65

операций. При этом размер шариков выбирают исходя из конкретных услови таких как напряженное состояние поверхности после термической или химико-термической обработки, физикомеханических свойств. технологических и конструктивных особенностей, изделия, а также требуемых эксплуатационных свойств его рабочих поверхностей. На втором и последующих переходах диаметр шариков и время упрочнения снижают, а скорость шариков увеличивают с целью эффективного пре одоления все возрастающего с каждым новым переходом сопротивления поверхностного слоя деформирования. В результате такого динаг шческого нагружения, зона деформирования от единичного индентора (ив целом от всего факела шариков) локализуются все в меньшем объеме, а степень де.формации по абсолютной величине возрастает. Необходимо отметить, что температура в зоне удара индентора, арика) оказывает одно из Сильных влияний на протекание деформации, и ее направленное изменение в способе за счет распределения энергетйческих параметров по циклу операции, ведет к эффективному преодолеванию сопротивления металла деформации и обеспечению более высоких деформаций, т.е. к обеспечению технологической пластичности в процессе дробеударной обработки изделий из высокопрочных, закрепленных сталей,

С целью обеспечения точности назначения оптимальных режимов по всему циклу операции производилась обработка технологически подобных упрочняемым изделиям образцов с последующим металлографическим структурным анализом, в процессе которого определяется оди.н из главных показателей качества ь клепанного слоя размер, зерна по всей толщине слоя с переходной зоной в матрицу основного металла.

В зависимости от назначенных режимных параметров обработки и полученных размеров зерна производят построение зависимостей: размер зерна режимы обработки. В качестве оптимальных выбирают такие, которые соответствуют максимальным значениям построенных на графиках кривых, при этом структура ифизико-механические свойства (размер зерна, карбидная неоднородность, твердость, микротвердость, степень и толщина наклепа) отвечали наиболее качественным изменениям упрочненной поверхности. Оптимальные режи№а обработки для конкретной инструментальной Ст. 4Х5ВФС приведены в примере.

Пример. Проводится обработка образцов из высокохромистой Ст. 4Х5ВФС

Размеры образцов 100x35x10 мм. Исходная твердость HRC 50. Исходная шероховатость 0,85 мкм. Образцы изготавливаются по технологически подобному процессу изготовления пресс-форм для литья под давлением картера коробки передач автомобиля ВА32101,

Режимы обработки составляют: Общее время обработки, мин 5 Первый переход:

время обработки мин, 2 диаметр шариков (подшипниковые шарики, материал Ст. lJX-15), мм 2,3 давление жидкости, подво- . димое к форсункам эжекторов, кгс/см8,5 (в качестве жидкости применялось трансформаторное масло) Второй переход:

время обработки, мин 1,5 диаметр шариков, мм If5 давление жидкости, подводимое к форсункам эжекторов, кгс/см - 15 Третий переход:

время обработки, мин 1,0 диаметр шариков, мм 0,8 давление сжатого воздуха, подводимого к форсункам эжекторов, кгс/см 20 Четвертый переход:

время обработки, мин 0,5 диаметр шариков, мм Q,4 давление сжатого воздуха, подаваемого к форсункам эжекторов кгс/см 25 (48

Исследование структуры приповерхностного слоя образцов на оптическом микроскопе Neofort-2 показало плавный переход от структуры практически бескристаллитной (толщина 15-20 мкм) в структуру с плавным понижением балльности зерна (от 15 до 12 баллов на. толщине 320-370 мкм) с границей переходного слоя в матрицу основного металла (толщина 50-60 мкм), что обепечивает прочное сцепление упрочненного слоя с основой. Обработка по известному способу при наклепе металлическими шариками в жидкой среде обеспечивает величину зерна, не превышающую 7-8 баллов..

Импульсы температуры высокоскоросной поверхностной деформации (особенно на двух последних переходах) в предложенном способе обеспечивают технологическую пластичность в локальных объемах ударного нагружения несмотря на повышенное сопротивление упрочненного слоя на двух предшествующих переходах. В результате такого процесса нагружения, поглощаемая динамическая энергия взаимодействует с термической энергией мартенситной реакции, в результате чего протекание окальных превращений сопровождается выше температуры (Мо) начала мартенситного превращения при деформации (в общепринятом обозначении выше точки Мо), т.е. в

зонах взаимодействия стальных шариков с поверхностью металла возникают термодинамически неустойчивые участки пластической деформации наведенной превращением, и

ВВИДУ того,что интенсивность деформаций растет от перехода к переходу происходит непрерывное повышение напряжений с одновременным ростом пластичности, причем возникновению мартенситных кристаллов лайинно интенсифицирует - об превращение в новых зернах. Влияние температурных импульсов в пластической области нагружения обуславливает увеличение пластичности, возникновение активных плоскостей скольжения, вязкое течение по границам зерен, однородность распределения Деформации между отдельными зернами/ т.е. в конечном итоге обеспечивает поверхностную технологическую пластичность.

изобретение целесообразно использовать в машиностроении, в частности инструментальном производстве для финишной упрочняю1цей дробеударной обработки.

В результате распределения параметров обработки улучшаются прочностные параметры поверхностного слоя, которые повышают эксплуатационные характеристики, инструмента в 1,5-2 раза по сравнению с известными способами обработки изделий дробью.

Применение предлагаемого способа увеличивает сопротивление инструмента абразивному износу, повышает разгаростойкость гравюр в процессе термоциклических ударных нагрузок при ковке и штамповке.

Формула изобретения

Способ поверхностного ynpq neHHH изделий преимущественно из высокопрочных металлов, включающий подачу жидкой рабочей среды со стальными шариками, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости в результате измельчения зерна, увеличения глубины упрочненного слоя и плавного распределения балльности зерна по глубине упрочненного

слоя, подачу среды производят циклически с возрастанием скорости рабочей среды, снижением диаметра шариков и времени обработки от цикла к

циклу, при этом в последних циклах

79529758

Обработки жидкую рабочую среду заме - 1. Авторское свидетельство СССР

няют на газовую.О 272345, кл. С 21 О 7/06, I960.

Источники информации,2. Авторское свидетельство СССР

принятые во внимание при экспертизе 698751, кл. в 24 С 1/00, 1978.