Способ упрочнения поверхностей изделий из титановых сплавов

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения изделий из титановых сплавов. Цель изобретения - повышение качества упрочняющего покрытия и увеличение конструктивной прочности из- -делий из титановых сплавов, имеющих форму тел вращения. Способ включает электроэрозионное легирование с удельной мощностью тока короткого замыкания 5-70 кВ А/см2 и последующее поверхностное пластическое деформирование. Электроэрозионное легирование проводят при окружной скорости обрабатываемой поверхности 110 780 мм/с, а поверхностное пластическое деформирование осуществляют обкатыванием роликами или шариками с относительным удлинением поверхностного слоя г - (I - В)/В-100%, равным 0,3 - 1,0%. При этом произведение относительного удлинения f на кратность деформирования N находится в пределах 6 - 30. где N BK/S; В - ширина канавки (мм); оставляемой деформирующим элементом на поверхности изделия при деформировании без подачи за 5 или более оборотов; I - длина образующей профиля канавки (мм), S - осевая подача на один деформирующий элемент (мм/об); К - число проходов деформирующего инструмента. 1 табл. СО С

союз совгтсKLlx

СО1!ИАЛИСТИЧЕСКИХ

Р Е С11У Fill È Ê (.ч) В 23 Н 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЭОЕ РЕТЕНИЯМ И О ГКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР асиовзнц

Й4." .:;ЛЧ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,, с Е I V

О

V (2 I) 4628601/08 (22) 30.12.88 (46) 23.06,91, Бюл.йг23 (72) M.Ã.Ôðåéäëèí, А.М.Легкодух, А.Л,Гавзе, П.М.Коротаев и И.К.Ивойлов (53) 621.9.047 (088.8) (56) Дегтярь Л.И. и др. Влияние электроискрового легирования на усталостную прочность валов. Электронная обработка материалов, вып. 3, 1974, с. 32 — 36. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения изделий из титановых сплавов. Цель изобретения — повышение качества упрочняющего покрытия и увеличение конструктивной прочности из-делий из титановых сплавов, имеющих форму тел вращения, Способ включает электроэрозионное легирование с удельной

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для поверхностного упрочнения электроэрозионным легированием с последующим пластическим деформированием изделий из титановых сплавов, имеющих форму тел вращения, работающих в условиях фрикционного контакта и воздействия ударных и циклических нагрузок.

Цель изобретения — повышение равномерности по толщине и снижение шероховатости покрытия, полученного на мощных режимах электроэрозионного легирования, увеличение характеристик конструктивной

„„Я ÄÄ 1657307 А1 мощностью тока короткого замыкания 5 — 70 кВ.А/см и последующее поверхностное г пластическое деформирование. Электроэроэионное легирование проводят при окружной скорости обрабатываемой поверхности 110 — 780 мм/с, а поверхностное пластическое деформирование осуществляют обкатыванием роликами или шариками с относительным удлинением поверхностного слоя r. ==- -(I - В)/В 100ф,, равным 0,3 — 1,0 g,, При этом произведение относительного удлинения к на кратность деформирования N находится в пределах 6—

30, где N = ВК/S;  — ширина канавки (мм); оставляемой деформирующим элементом на поверхности изделия при деформировании без подачи эа 5 или более оборотов; I— длина образующей профиля канавки (мм); S— осевая подача на один деформирующий элемент (мм/об); К вЂ” число проходов деформирующего инструмента. 1 табл. прочности иэделий с покрытием в условиях воздействия как знакоперемен ных, так и однократных нагрузок при обычных и низких температурах.

Способ включает электроэрозионное легирование на мощных режимах с удельной мощностью тока KopoTKolo замыкания 5—

70 кВ А/см и последующее поверхностное

2 пластическое деформирова ние.

Электроэрозионное легирование проводится при окружной скорости обрабатываемой поверхности 110 — 780 мм/с, что обеспечивает изменение формы расплавленных и затвердевших в процессе легиро1657307 вания микрообъемов металла, сопровождающееся увеличением площади их поверхности и выравниванием по толщине, повышением равномерности покрытия и снижением высоты неровностей профиля.

Кроме того, увеличивается скорость затвердевания расплавленных микрообъемов, что предотвращает выделение и укрупнение хрупких структурных составляющих, образующихся на мощных режимах легирования. В покрытии сокращается количество пор и микротрещин и увеличивается его пластичность, Повышение окружной скорости (выше

780 мм/с) приводит к уменьшению толщины слоя покрытия и снижению его несущей способности в трущихся узлах. Последующее поверхностное пластическое деформирование полученного покрытия, проводимое обкатыванием роликами или шариками осуществляют с относительным удлинением поверхностного слоя к = 0.3—

1,0 при величине произведения относительного удлинения е на кратность деформирования N в пределах б — 30, что обеспечивает существенное уменьшение шероховатости поверхности и увеличение конструктивной прочности изделий в условиях воздействия как циклических, так и однократных статических и динамических нагрузок при сохранении высокой стойкости деформирующего инструмента.

При этом, когда величины F.и произведения E .,N превышают верхние границы указанных значений, ухудшается шероховатость поверхности покрытия, что сопровождается ростом параметра Ra выше 10 мкм.

Относительное удлинение поверхностного слоя вычисляется по формуле

I — В е = — 100, В где В, мм — ширина канавки, оставляемой деформирующим элементом на поверхности изделия при деформировании без подачи за пять или более оборотов, обеспечивающих стабилизацию размера канавки;

I, мм — длина обращующей профиля канавки, Для деформирующего элемента, имеющего форму ролика (шарика) с продольным радиусом R

В л R arcsin—

2R

1= — — — —.

Для ролика, имеющего коническую или цилиндрическую форму с образующей, составляющей угол lY с обрабатываемой поверхностью, и деформирую;цим радиусом R (2 )  — В

I = -+—

180 cos а

И— в cos а К

5 г R

= arcsin — sin а + — В sin a (2R — B sin а) — sin a

 = I +  IQ(2R —  )

По величине к и, соответственно, шири10 не канавки производится выбор усилия деформирования.

Осевая подача инструмента определяется заданной величиной произведения относительного удлинения к и кратности

15 деформирования N, В К где Й =—

S — осевая подача на один деформирующий элемент, мм/об;

20 К вЂ” число проходов деформирующего инструмента, Для инструмента с числом деформирующих элементов осевая подача инструмента

Sn вычисляется по формуле

25 Sn=Z 5, где h — кинематический коэффициент, зависящий от схемы обкатывания.

Определение параметров деформирования укаэанным способом позволяет вы30 брать режим и обеспечить оптимальную одинаковую интенсивность деформации при обработке изделий различного диаметра деформирующими элементами различной геометрии, 35 Пример. Упрочнению подвергаются цилиндрические детали диаметрами 8 и 40 мм из титанового сплава ВТ3-1. ЭЭЛ электродами из твердого сплава марки ВК8 сечением 50 мм осуществляется на

40 механизированной установке ЭФИ-68А по режиму, характеризующемуся напряжением холостого хода Vx > = 19 В, током короткого замыкания 4, = 132 А (удельная

КВ А мощность 5 ). см

Пластическое деформирование проводят обкатыванием деталей на токарном станке с использованием одношарикового (при нагрузке 294 Н) и трехроликового приспособлений (при нагрузке до 8820 Н) с пружинным упругим элементом. Профильный радиус роликов и их диаметр составляют соответственно 5 и 30 мм, диаметр шарика

5 мм.

Шероховатость поверхности деталей измеряется на профилографе-профилометре, Толщина слоя покрытия измеряется на шлифах с использованием микроскопа

МИМ-7. Обрабогснные детали диаметром 8

1657307 мм испытываются на динамический изгиб на копре типа МК-30 при температурах 20"С и -193"С и на статическии изгиб на испытательной машине типа ИМ-4А.

Испытания на износостойкость деталей диаметром 40 мм в паре трения с подшипниковыми вкладышами из бронзы БрАЖ9-4 проводят на машине типа МИ с непрерывной подачей смазки МС-20 в зону трения при постоянной скорости скольжения 0,46 м/с.

Перед испытанием образцы прирабатываются при нагрузке 274Н до образования постоянной площадки контакта.

Во время испытаний нагрузку повышают ступенями через равные промежутки времени, соответствующие 22 тысячам оборотов ролика. До и после испытания на ступени нагружения проводят взвешивание деталей и сопряженных вкладышей на аналитических весах АДВ-200М. По отношению весовых износов к площади поверхности трения и пути трения рассчитывают интенсивности изнашивания деталей и вкладышей.

Относительная износостойкость детали определяется как отношение интенсивности изнашивания детали без покрытия к интенсивности изнашивания детали с покрытием. Аналогично определяется относительная износостойкость сопряженных вкладышей, Результаты испытаний приведены в таблице.

Для всех пар трения, содержащих детали, упрочненные по предложенным режимам, давление заедания >«, ниже 20 МПа. В парах трения, содержащих детали, упрочненные электроэрозионнь м легированием при окружных скоростях, превышающих

780 мм/с, или детали, обкатанные с превышением величины одного из следующих параметров — относительно удлинения поверхност5 ного слоя 1,07ь или произведения r. N = — 30, давление заедания менее 16 МПа.

cDîрмчла изобретения

Способ упрочнения поверхностей изделий из титановых сплавов, имеющих форму

10 тел вращения. включающий электроэроэионное легирование с удельной мощностью тока короткого замыкания 5 — 70 кВ А/см г и последующее поверхностное пластическое деформирование. отличающийся

15 тем, что, с целью повышения качества покрытия и конструктивной прочности упрочненных иэделий, электроэрозионное легирование проводят при окружной скорости обрабатываемой поверхности 110 — 780

20 мм/с, а поверхностное пластическое деформирование осуществляют обкатыванием с относительным удлинением поверхностно-! — В го слоя F, = — — . 1007 „равным 0,3—

25 1,0, при этом произведение относительного удлинения с на кратность деформирования N находится в пределах 6 — 30; где N

= (В К)/S;

 — ширина канавки, оставляемой деформирующим элементом на поверхности изделия при деформировании беэ подачи за

5 или более оборотов, мм;

I — длина образующей профиля канавки, мм;

S — осевал подача на один деформирующий элемент, мм/об;

К вЂ” число проходов деформирующего инструмента.

1657307

О.

l ф л

Г(Г(Л т.т о

4 С4 л

С л о

С 4

co a

Г !

Ю

I

1 ! с

I о т (T

От

С 4 о (О т л л о о с о ф о

4 о о -т ф т (4 ф л

О ф л ф л

lO О

Г4

Г 4

I л

-т

1 I г! л

1 .т

l л — о т

С4 (4

1 о

С4

-т

I I

Ге

Ю и !

4 О

О т

I с л

О т

4 л л

I с !!

С 4

С 4

1 1

-т г т ! о

О с .т

l ! г со -т

I о

-т! I с

I I

Г4 О о.!

С(О .т со

I г- о -т (4 4

Ю и

1 о л л

CO Ф

1 I I о о î т Г т с 4 (о

О«л

С 4 о .с л

C4 (-4 г ю

1 с о

-т

О

\т

Г-( т

1 г 1

X 1

Е в о с ов к 1 е с CI

eваге о а о г! в т волг е. ав и

1 3I I 1

Ф г

1 е и ! в I и в ! о в х и

s z а 11 Г О !

С С I

1 4 т

1 а а ю а 1

O! !

lO о о

Ге ч -т -т о

I

1

1 о о

Г4

I

1

О О I

I 1

I I

1 I с

1 О I

I I о

1 1! е о в м в и и

a y I Е а в

Z в и

О о е ! а с- с

Е Ю ао с о о Ф гт Г 4

CO т г

С 4 \ 4 л с! л о

I 4 4

l °

Г(о с (4 гсч

1lC и Г

О В с с X

l e с о — -т г !

Ф

С 4

-т л л о = (. л со и т !

Х г. о

I- с с

О Е а о е

4 Е(о ае г. е г! c

1 !

I e

1 В 1

° в Х е ez ос. в е и,с

1 С !

Ю л о

o o î о л о! ч о с

14еоо

I I I С CС) с в в и и с а

О Е В С Г(! Z г в и Z гйо

l Оассс

I!.

Т сс z (т о с, г о I- a

1 в

Cl В г! * ио о

° в о с ° r

I

I

I о 1

1 о

1

I ! !

1 с

-т

I !

1 ! !

1

I «т—

1 CI

1 а

1 а о к к а и

1 с е

oг.-в c n т. сг т о о о

-t -т -т -т о o o o с с .т т т т о о о

CT с Ю o o о ф т о ю о о

-C о о

l с Е о.

à — (I со о и

I В I

I 1 Е

1 1 е и !с 1

1 с

l

ee z е I е о 1 ст X 1

1 1 I I Я 1

I В 1 3 1 е в е с I

1 СФ Oy °

1 с! e I cc

e u ao ф ос — с"- - — — т е г I о т:

l uuос(6OЕ о о ь- с в I o. e

l всйс1го в о в 1 в е во

О с к с 1 гт и е -т I

% ! !

I а1

I о I e 1 1

I c I u в I 1 !. о е 1 в1 гв

I l e5 I

1 и о 1 1 в! хв 1 в I aв I ý м1 (11- 1

1 у

I I Л 1 1 в а ° 1

I 1 !. Е Е I I (4! cilia I с е а I а е I

В(O. 1

I 1 Е е! I 1

IC I a Ф 1 lo 1

Е I 1 I х 1

1 e e e !ЕГС

О С О О

1 о о о о o — î о о о v co o о .т гс о î a a Г(т о о — о о о о а î = = о о о

1 о со !

1

I

I

1

О

I

1 т 1