Спосіб поверхневого зміцнення виробів з чавуну

Корисна модель відноситься до галузі термічної обробки виробів, принаймні до поверхневого зміцнення деталей та інструменту, виготовлених з ча вуну. Зносостійкість деталей та інструменту можна значно підвищити поверхневою обробкою висококонцентрованим джерелом нагріву (ВКДН) за рахунок нанесення зміцнених (гартованих) доріжок. Поверхневу обробку виробів ВКДН як правило виконують нанесенням зміцнених доріжок на всю робочу поверхню. Однак у разі виконання такої обробки для виробів з чавун у одночасно з підвищенням твердості та зносостійкості поверх ні відбувається значне підвищення крихкості, що призводить до утворення тріщин та передчасного руйнування зміцнених виробів. За відомим способом зміцнення виробів з чавуну виконують їх обробку ВКДН нанесенням зміцнених доріжок шириною а на відстані одна від одної с. При цьому напрямок обробки (НО) складає з напрямком зношення виробу підчас експлуатації (НЗ) кут 90° [1]. Вироби з чавуну, зміцнені за відомим способом, мають підвищену зносостійкість за рахунок наявності на робочій поверхні зміцнених зон (доріжок) та підвищену тріщиностійкість за рахунок наявності пластичних (незміцнених) зон. Тріщини, що утворюються у крихких зміцнених зонах під час навантаження виробу, гальмуються у сусідніх пластичних зонах і, завдяки такій дискретній будові зміцненої поверхні, руйнування виробу під час експлуатації не відбувається. Ступінь підвищення зносостійкості виробів, зміцнених за відомим способом, залежить від відносної площі гартованих доріжок у відношенні до всієї робочої поверхні, яка є пропорційною відношенню а/с, тобто відношенню ширини гартованої доріжки до ширини незміцненої зони. Тріщини, що утворюються під час навантаження зміцнених виробів, як правило розвиваються від гартованих доріжок у перпендикулярному напрямку, який у даному випадку співпадає з напрямком зношення, що сприяє більш інтенсивному розвитку тріщин. Тому при зміцненні виробів за відомим способом не досягається значного підвищення стійкості до руйнування. Найбільш близьким технічним рішенням, яке прийнято за прототип, є спосіб зміцнення виробів з чавуну обробкою ВКДН з нанесенням гартованих доріжок шириною а на відстані одна від одної с, при якому напрямок обробки складає з напрямком зношення кут 45° [2]. Спосіб дає можливість підвищити зносостійкість у порівнянні зі способом-аналогом завдяки підвищенню відносної площі зміцненої поверхні (яка в даному випадку буде пропорційна відношенню розмірів зон у напрямку зношення a¢/c¢ та підвищити тріщиностійкість - за рахунок того, що напрямок розвитку тріщин не співпадає з напрямком навантаження при зношенні, що сприяє більш інтенсивному гальмуванню тріщин у сусідніх пластичних зонах. Однак, для суттєвого підвищення зносостійкості при зміцненні за способом-прототипом треба збільшувати відносну площу гартованої поверхні, тобто зменшувати ширину пластичної зони с, що буде сприяти зниженню тріщиностійкості. В основу корисної моделі поставлене завдання удосконалення способу зміцнення виробів з чавун у, в якому зміна умов обробки ВКДН дозволить збільшити відносну площу гартованої поверхні, що суттєво збільшить зносостійкість, та зберегти достатньо високою тріщиностійкість. Поставлене завдання досягається тим, що у способі зміцнення виробів з чавуну, який вимагає обробку ВКДН з нанесенням гартованих доріжок на відстані одна від одної у напрямку, що складає з напрямком зношення кут 45°, обробку ВКДН виконують у взаємно перехресних напрямках, кожний з котрих також складає з напрямком зношення кут 45°. У разі відхилення від встановлених вимог, коли обробка виконується у перехресних напрямках (запропонований спосіб) або одному напрямку (спосіб-прототип), але при значеннях кута між напрямком обробки та напрямком зношення більших або менших 45° не досягається підвищення працездатності зміцнених виробів, оскільки не досягається підвищення зносостійкості (коли кут менше 45°) або тріщиностійкості (коли кут більше 45°). Суть способу пояснюється за допомогою креслення: Фіг.1 - схема обробки виробів у перехресних напрямках під кутом 45° до напрямку зношення (запропонований спосіб). Поверхневу обробку зразків з високоміцного чавуну ВЧ-80 розміром 50´60´15мм виконували висококонцентрованим джерелом нагріву - плазмовим струменем. Режим плазмової обробки: ток плазмового струменю І=400А; швидкість переміщення плазмотрону n=27м/г; дистанція обробки h=5мм. Розміри зміцненої зони: товщина d=2,5мм; ширина а=10мм. Обробку трьох типів зразків виконували таким чином: 1) напрямок обробки складає з напрямком зношення кут 45° (спосіб-прототип ); 2) обробка виконується у перехресних напрямках під кутом 45° до напрямку зношення (запропонований спосіб). В цих двох випадках відстань проміж зміцненими зонами дорівнювала половині ширини зміцненої зони С= а/2=5мм. Зразки після зміцнення випробували на абразивну зносостійкість за методикою Хаворта-Брінеля. У якості абразиву використовували морський пісок. Випробування кожного типу зразків проводили протягом 1,5 годин з проміжним зважуванням через кожні 0,5 годин. За результатами випробувань розраховували коефіцієнт зносостійкості за формулою Кз=Dm з/Dm e, де Dmз і Dm e - відповідно втрати у вазі випробуваного зразка та зразкаеталону при терті в заданих умовах під час заданого часу (якості еталону випробували зразки з чавуну ВЧ-80 у вихідному незміцненому стані). Результати розрахунків Кз (середні значення для 10 зразків кожного типу) наведені у таблиці. Таблиця Тип зразків Коефіцієнт зносостійкості Кз 1 2 2,46 3,15 Результати випробувань довели, що зміцнення за запропонованим способом сприяє підвищенню зносостійкості високоміцного чавуну у 3,15 рази у порівнянні з вихідним станом та у 1,28 рази у порівнянні зі способом-прототипом. Джерела інформації: 1. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки. - М: Высшая школа, 1987. 191с. 2. Асташкевич Б.М., Воинов С.С., Шур Е.А. Лазерное упрочнение втулок цилиндров тепловозных дизелей // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1989. - №11. - с.6-9.