Способ упрочнения стальных изделий

 

Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к термической обработке деталей из конструкционных сталей. Цель изобретения - повышение усталостной долговечности. Способ включает закалку, отпуск, поверхностный наклеп, многократное проведение циклического нагружения с увеличивающейся амплитудой и отпуск. Способ позволяет существенно увеличить усталостную долговечность высоконагруженных деталей машин. 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

союз соеетсник

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИЯ

РЕСПУБЛИН

А1 (51)5 С 21 0 1/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЫРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2!) 4490011/23-02 (22) 10 ° 10,88 (46) 30,07.90, Бюл. № 28 (7!) Куйбышевское агрегатное производственное объединение (72) И,И. Усольцева, Г,A. Кулаков и В,В. !федоров (53) 621.785,79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 726190, кл, С 21 D 1/78, 1979 °

Авторское свидетел.:ство СССР № 1275050, кл. С ?1 D 1/78, 1985. (54) СПОСОБ У!!РОЧ!!ВИЛЯ СТЛЛЬИЫХ ИЗДГПИЙ

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к механической и термической обработке конструкционных сталей, имеющих структуру мартенсита, к к упрочненкю изделий, работающих при цкклкческкх нагрузках.

Цель изобретения — повышение уста.лостной долговечности.

На фкг, 1 представлены кривые распределения мккротвердостк B поверхностном слое после поверхностного пластического деформкрованкя (ППД) и после ППД в сочетании с циклическим нагруженкем и отпуском — соответственно кривые и 2; на фиг.2 — кривые изменения тангенса угла наклона, амплитудно-зависимое внутреннее трение (АЗВТ) в зависимости от числа циклов нагружения и амплитуды напряжений; на фиг. 3 — распределение долговечности образцов, подвергнутых упрочнению различными способами (кри2 (57) Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к термической обработке деталей из конструкционных сталей. Цель изобретения — повышение усталостной долговечности. Способ включает закалку, отпуск, поверхностный наклеп, многократное проведение циклического нагружения с увеличивающейся а .плктудой и отпуск. Способ позволяет существенно увеличить усталостную долговечность высоконагруженных деталей машин. 1 з.п, ф-лы, 3 кл., табл. вая 4 — для образцов по известному способу; кривая 5 — для образцов по предлагаемому способу; кривая 6 для образцов по известному способу, отличающемуся тем, что циклическое нагруженке к отпуск проводили многократно прк постоянной амплитуде напряжений), Обработку проводили на круглых усталостных образцах 7,5 мм из стали 30ХГС!!2А, Все образцы подвергают изотермкческой закалке на мартенсит и нкзкотемпературному отпуску по режиму: закалка от 900 С, охлаждение о в селитре или щелочи при 240-280 С, о выдержка 1 ч, отпуск при 290 С, выдержка 3 ч, Затем образцы подвергают алмазному выглаживанию (поверхностному наклепу) по режимам: давление

20+2 кГс, радиус алмазного наконечника 2-0,5 мм, подача 0,05 мм/об, скорость вращения 100-120 м/мин.

1581755

На одном — двух образцах изготавливают косой шлиф и измеряют эпюру распределения микротвердости в поверхностном слое. В зоне перехода пластически деформированного материала в исходный (в этой зоне, как показали исследования, происходит зарождение усталостной трещины) делают не менее

100-200 замеров микротвердости. I. еэультать! замеров обрабатывают статистически по нормальному закону распределения и определяют минимальное значение Н и) с вероятностью 1. -"0,999, которое составляет 4500 NfIa (фиг.l) °

Три серии (А,Б,В) по восемь образцов в каждой подвергают циклическому нагружению (знакопеременным изгибом при напряжениях à =850 ИПа с количеством циклом N, определяемых по кривой

1g¹I,168-1,0522 10 G;, (1) которая описывает линию максимумов

tg 04АЗВТ (фиг.2), После этого образ. цы подвергают отпуску при 563 К в течение 3 ч. Температура находится в пределах зоны температур, найденной по формуле Т=А+ВЕ, где Е=71,7-83,1 ккал/моль " энергия активации самодиффуэии; р.=270+10 К; В=5+

+0,2 К моль/ккал.

Перед отпуском проводят контроль

tg+ A3BT.

Образцы серии А проходят одйн этап обработки (способ-прототип), Образцы серии Б подвергают второму

35 и третьему этапу циклического нагружения и отпуска, не изменяя режима.

Для образцов серии В, обрабатываемых, производят расчет напряжений второго и третьего этапов нагружения по формулам (2),(3) и (4):

К<1»п K»tt»-)G, д)

11< а(- 1 К аа<» где НЧ)1И.1), 45

НЧ вЂ” минимальные величины стаоп тистического распределения микротвердости перед (n-1)-м и и-м нагружениями; !

О

К зу. (л- ).

К э „, — коэффициенты эффективности воздействия напряжений

К =ехр ("0,44756- --- — ), (3)

212,14 о9 (7; 55

Величины HVe(n,), HV и определяются путем измерения микротвердости в зоне

) предполагаемого усталостного разруцв„о,4167 о,взъз

НЧо 9,51(") $о)л +

+Д ц о к в

Иец (4)

Пек где Д вЂ” коэффициент, определяемый

-М,фебом. по формуле Д=11,907 1О Т

Ueи — плотность скрытой энергии после и-ro этапа нагружения без учета структурного упрочнения, определяется по формуле:

1 1+С ехр (B о и ) 1

" 1»»хе<»а х1

2 а И

Ц и ехРК 13еМ +1

В = ог Пл (т ) У (Тгк)) отп . 1 ГUeNn

2KT отп ) U еж

1-)Ue=UeNn Uen

1, ех»К<ПК»-С<

К, " ехрК tNq+C 1

1-ехеР<К»11еад-< K )

1+ехР(к Уеоц 1 Kl ) .) а

Я! к, К = — ф Т ехр(1

+n .)

М1!Л-10; И К ЪРП

К =

2ктмп )п-<

2 т„„

Топ

Т „=

5<<< К <у и о,z ln-1l =N/r н где индекс и относится к параметрам и-го этапа упрочнения, а и-1 — К (n-1)-го этапа упрочнения; температура отпуска; энергия активации процесса релаксации с учетом температуры; энергия активации процесса релаксации при т=о; коэффициент термическоТ

По(т2) /1

U о шения контрольного образца и последующей статистической обработки.

Измерив НЧ,„, последующие значения

HV ...НЧ определяют путем расчета по теоретйко-экспериментальной формуле:

К еу (п-<) э< п коэффициенты эффективности воздействия на". пряжения.

Этапы

+НЧ„

MIla

Режимы циклического нагружения

Режимы отпуска оп, (Х=О), МПа

%, >- .у. (X=0, 35), (Х=О, 35), МПа Mila 1м циклов

T К . ° ч и

25 10 563 3

20 10 563 3

17 10 563 3

4550 850 770, 7

4765 902, 2 818

4958,2 951,5 862,7

648,7

678,4

705,1

1-й

2-й

3-й

1-й этап соответствует обработке по способу-прототипу, обработка по предлагаемому способу включает. 1,2 и 3 этапы.

5 158175 го линейного расширения; ) — коэффициент всестороннего сжатия К; „ — длительность отпуска;

U — плотность скрытой энерен гии после циклического деформирования;

Т вЂ” локальная температура

Ф при циклическом иагружении; — длительность циклическоН

ro нагружения;

Я, — структурный параметр н циклического нагружения;

N — число циклов нагружения; — частота нагружения °

Исходные данные для расчета (сталь ЗОХГСН2А): HU =4550 МПа;

U< =10100 М 1ж/м, М /6,45; K=173" 20 х 1О 1Ша; К„=5,95754.10; Т„=ЗОО К;

Т„=563 К; оГ =5,805 10 +1,366-10 Т ;

g =2, 243 .1 01 -9, 3 1 9; 1 От Т ; f=

=6000 мин 1 .

Результаты расчеты и режимы цик- 25 лического нагружения представлены в таблице.

Обработанные таким образом образцы испытывают на усталость при напряжениях 850 МПа до разрушения. В ре- 30 зультате для образцов серии 2 долговечность увеличилась в 1,53,. а для образцов серии 3 — в 2,43 раза в сравнении с отработкой по способу-. прототипу. 35

Результаты сравнительных испытаний представлены. на фиг.3.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет

40 повысить усталостную долговечность в 2,43 раза, что существенно повышает долговечность агрегата в целом. Способ можно применить для повышения уста5 6 лостной долговечности высоконагруженных деталей машин.

Формула изобретения

1. Способ упрочиеиия стальных изделий, преимущественно со структурой мартенсита, включающий закалку, низкий отпуск, поверхностный наклеп, циклическое нагружение с амплитудой напряжений выше предела выносливости материала длительностью, соответствующей моменту достижения максимальной величины тангенса угла наклона кривой амплитудной зависимости внутреннего трения, и отпуск, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения усталостной долговечности, циклическое . агружение и последующий отпуск проводят многократно, увеличивая при каждом последующем цикле амплитуду нагружения пропорционально изменению минимальной величины статистического распределения микротвердости н зоне предполагаемого разрушения.

2. Способ по п.. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что амплитуду нагружения при каждом последующем цикле увеличивают в соответствии с выражением.

1и H Uo(n 1 Къ п где Н Ч („,1;

H Ч0п — минимальные величины статистического распределения микротвердости перед (и-1)-м и и-м нагружениями;

158! 755

0 rg га 30 40 Я И H а

Щ Ф 9

peg Ф1/Г. Я, 5 dy4 щ д

Составитель В. Русаненко

Техред M. Моргентал. Корректор А. ОсаУленко

Редактор Т. Лазоренко

Заказ 3398 Тираж 51Î Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г ° Ужгород, ул. Гагарина, 101