Способ поверхностной термомеханической обработки цементованных изделий Советский патент 1982 года по МПК C21D7/02 C21D8/00 

(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного термомеханическо го упрочнения тяжелонагруженных цементованных изделий, особенно больших размеров. Известен способ термомеханическо поверхностной обработки цементованных деталей. При этом способе заготовки 0 41 Мм подвергаются поверхно стному индукционному нагреву до температуры аустенизации, деформаци обкаткой роликами при статическом их нагружении и закалке. Эффективность данного способа мала, так как повышение прочности, оцениваемое по твердости, составляет 8-10% на глубине 0,3-0,4 мм 13. Однако для тяжелонагруженных дет лей материал должен обладать более высокими механическими свойствами как поверхностного (цементованного) слоя, так и сердцевины, чтобы обеспечить требуемую прочность при статических и повторно-переменных нагрузках, а также высокое сопротивле ние большим давлением (для предотвр щения продавливания слоя) при контактных циклических нагрузках. Известен также способ поверхностной термомеханической обработки Металлических изделий, включающий нагрев до температуры аустенизации, обкатку роликом, вибрирующим с частотой 20-30 Гц, с амплитудой, не превышающей глубины лунки контакта изделия с роликом, и охлаждение 2. Известный способ увеличивает глубину упрочненного слоя, благодаря чему он применим для упрочнения тяжелонагруженных изделий, особенно больших размеров. Применительно к цементованным изделиям требуемую глубину упрочнения выбирают исходя из того, что для тяжелонагруженных изделий наряду с упрочнением цементованного слоя необходимо упрочнение и сердцевины. Это исключает продавливание цементованного слоя или его отслоение при высоких контактных нагрузках в процессе эксплуатации изделий. Характерным при упрочнении цементованных изделий является то, что структурные изменения, обусловленные обработкой, должны регламентироваться для резко отличающихся по содержанию углерода поверхностного слоя и сердцевины, что определяет характер структурных

изменений в процессе обкатки, мартенситного превращения и процессов рекристаллизации и распада аустени.та. Все это в конечном счете определяет уровень конструктивной прочности цементованных изделий.

Поэтому при применении известного способа поверхностной термомеханической обработки для упрочнения цементованных крупногабаритных изделий необходимо учитывать то, что при обкат ке вибрирующим роликом деформации по глубине деформированного слоя распределяются неравномерно и наибольшему упрочнению подвергается слой, лежащий на некоторой глубине от поверхности (1,5-2 мм). Это связано с ударным характером обкатки вибрирующим роликом, при котором, в отличие от обкатки при статических нагрузках, пик максимальнсЗй деформации смещается с поверхности в глубину обрабатываемого изделия. Однако для цементованных, изделий, у которых глубина цементации обычно О,6...1,5 мм, для повышения конструктивной прочности требуется в большей степени деформировать именно цементованный слой.

В результате импульсного характера взаимодействия вибрирующего ролика с обрабатываемым изделием на поверхности остаются следы ударов роли ка, что увеличивает шероховатость поверхности, следовательно, и припуск под последующую механическую обработку. Для цементованных изделий у которых глубина цементованного слоя строго лимитирована, это крайне нежелательно.

Цементованные изделия ввиду высокого содержание углерода, в цементо-.ванном слое (0,9-1,2%) обладают низКИМ сопротивлением хрупкому разруше. нию.

Все это в конечном счете не обеспечивает требуемого качества упрочна ния цементованных изделий. Цель изобретения - повышение качества упрочнения цементованных изделий, особенно больших размеров. Поставленная цель достигается тем, что в способе поверхностной тер момеханической обработки, включающем нагрев до температуры аустенизации,. обкатку вибрирующим роликом и охлаждение после обкатки, вибрирующим роликом на требуемую глубину упрочнения производят изотермическую выдерж ку с последующей обкаткой тем же роликом при статических нагрузках, после чего осуществляют охлаждение При этом обкатку роликом при статических нагрузках производят на глуби ну цементованного слоя. Кроме того, охлаждение осуществляют с последеформационной выдержкой в интервале 2-10 с.

Применение после обкатки вибрирующим роликом изотермической выдержки до завершения первичной рекристаллизации приводит к измельчению зерна, повышению комплекса, механических свойств как цементованного слоя, так и сердцевины, особенно ударной вЯзкости. Длительность выдержки зависит от марки стали изделия и определяется временем, необходимым для протекания первичной рекристаллизации. При этом для легированных сталей, вследствие большого сродства таких элементов, как хром и углерод, растворения хромсодержащчх карбидов в аустените, требуется более длительная выдержка, чем для углеродистых. Однако большая выдержка нежелательна, так как в цементованном слое появляется подсло с большим количеством остаточного аустенита.

Обкатка роликом при статических нагрузках на глубину цементованного слоя приводит к более равномерному « дополнительному, дефррмированию цементованного слоя, повышая тем самым комплекс свойств (прочность, пластичность, ударную вязкость) этого слоя. Кроме того, отсутствие вибраций повышает качество поверхности на 1-2 класса шероховатости за счет сглаживания следов вибрирующего ролика, что уменьшает припуск под последующую механическую обработку.

Охлаждение изделия в зависимости от размеров изделия и марки стали осуществляют с требуемой последеформационной выдержкой в интервгше 2-10 с, что дополнительно повышает комплекс свойств цементованного слоя вследствие протекания первичной рекристаллизации. Увеличение последеформационной выдержки более 10 с приводит к выделению избыточного цемента по границам деформированных зерен в цементованном слое, понижая сопротивление хрупкому разрушению. Поверхностной термомеханической обработке подвергают заготовки (ольца из стали 12ХНЗА (наружным диаметром 90 мм, внутренним 50 мм и шириной 24 мм), цементованных на глубину 1,2 мм (содержание углерода составляет 1%). Для этого используют устройство, в котором нагреватель (индуктор), деформирующий орган и спрейер расположены в одной плоскости, что позволяет осуществлять изотермические выдержки различной продолжительности и в любом сочетсшии. Глубинный нагрев токами высокой частоты до температуры аустенизации 860°С при вращении заготовки производят от лампового генератора ЛЗ-67В секторным индуктором на глубину 10 мм, что контролируется по торцовой поверхности заготовки оптическим пирометром ОППИР-017. Скорость вращения составляет 6 .об/мин. Обкатку нагретого слоя осуществляют за 2 оборота заготовки вибрирующим роликом, вмонтированным в пневмомолоток ТО-09 с частотой вибрации и усилием статического поджатия 200 кгс. После этого отключают пневмомолоток, отводят ролик с помощью эксцентрикового механизма и производят изотермическую выдержку Б течение 10 с, т.е. за один оборот обрабатываемой заготовки. Понижение температуры упрочняемой поверхности в процессе обкатки вибрирующим роликом и изотермической выдержки компенсируется одновременной работой индуктора. Затем подводят ролик, осуществляют обкатку за два оборота при статической нагрузке 200 кгс. По завершении обкатки при статической нагрузке давали последеформационную выдержку 5 си производят охлаждение с спрейерном устройстве водой под давлением 2 ати.

Для получения сравнительных данных проводят поверхностную термомеханическую обработку по следующей технологии: после нагрева до температуры аустенизации на глубину 10 мм проводят обкатку вибрирующим РОЛИКОМ на глубину нагретого слоя при частоте вибраций 30 Гц и усилием статическ.ого поджатия 200 кгс, после чего немедленно охлаждают.

И в том, и в другом случае заготовки после упрочнения подвергают низкому отпуску при 170°С в течение 2ч.

Качество упрочнения оценивают по качеству поверхности и конструктивной прочности цементованного слоя.

Качество поверхности определяют на профилографе-профилиметре МИС-201. Обработка профилограмм показывает, что шероховатость поверхности по предлагаемому способу достигает б класса, а по известному способу 4 класса (Ra- вместо R ) .

Конструктивную прочность оценивают на образцах (толщиной 1 мм, шириной 8 мм и длиной 24 мм), вырезанных из цементованного слоя. Испытания проводят на исшлтательной машине типа Инстрон при статическом и

удариом изгибе. При этом по предлагаемому способу обработки прочность при изгибе увеличивается на 10% (с 390 до 420 кгс/мм), пластичность (прогиб) - на 10% (с 3,4 до 3,6 м/м), а ударная вязкость - в 1,5 раза (с 14 до 21 кгс/см/см).

Применение предлагаемого способа позволит повысить прочность, надежность и долговечность тяжелонагру0женных цементированных изделий, особенно крупногабариЧгных, уменьшить трудоемкость изготовления.

Экономическая эффективность от использования предлагаемого способа при разработке и внедрении техноло5гии изготовления тяжелонагруженных цементованных изделий с поверхностным термомеханическим упрочнением составляет 37 тыс.руб.

20

Формула изобретения

5 изделий, включающий нагрев до температуры аустенизации, обкатку вибрирующим роликом и охлаждение, о т л ич а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества упрочнения изде0лий, после обкатки вибрирующим роликом производят изотермическую выдержку с последующей обкаткой тем же роликом при статических нагрузках, после чего осуществляют охлаждение.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

0 488870, кл. С 21 D 7/06, 1974.