Спосіб зміцнення поверхонь ковзання

Изобретение относится к термической обработке металлов лазерным лучом и может быть использовано для упрочнения поверхностей скольжения, преимущественно деталей из серых и высокопрочных чугунов. Известен способ упрочнения поверхностей скольжения путем обработки железоуглеродистых сплавов лазерным лучом [1], в котором обрабатываемые поверхности для увеличения поглощательной способности вначале травят в растворе надсернокислого аммония, а затем подвергают воздействию лазерного луча. Недостатком этого способа является необходимость создания специальных устройств и оснасток для обеспечения равномерного травления и последующего его удаления после ЛТО, что нетехнологично и трудно реализуемо в условиях серийного производства. Наиболее близким к заявляемому является способ упрочнения поверхностей скольжения [2], в котором для улучшения трибиологических свойств 50 ... 70% поверхности шеек коленчатых валов облучают лазерным лучом, а для сохранения усталостной прочности на уровне исходного материала после лазерной обработки коленчатые валы подвергают отпуску при 250 ... 350°C в течение 1,5 ... 2 часов и обкатке роликами с усилием 100 ... 120кГ. Однако и этому способу присущ указанный выше недостаток необходимость нанесения на обрабатываемые поверхности поглощающих покрытий (так как без покрытия возможна лишь лазерная обработка с оплавлением поверхности), что нетехнологично и трудно реализуемо в условиях серийного производства, особенно при лазерной термообработке крупногабаритных деталей. Кроме того, при эксплуатации коленчатых валов после лазерного термоупрочнения и последующего отпуска происходит растрескивание упрочненного слоя, ведущее к разрушению детали в областях галтельных участков, являющи хся концентраторами напряжений. Для устранения этого эффекта вводится дополнительная операция обкатки поверхности шеек, включая галтели, роликами с усилием 100 ... 120кГ. Цель изобретения является повышение трибологических свойств де талей. Поставленная цель достигается тем, что перед закалкой проводят обдув рабочих поверхностей дробью диаметром 0,5 - 1,0мм в течение 2 ... 5 минут, а отпуск проводят при 160 ... 230°C в течение 2,5 … 4 часов. Исследование эффективности предлагаемого способа упрочнения поверхностей скольжения для повышения износостойкости железоуглеродистых сплавов проведено на деталях тяжелых тепловозных дизелей 10Д100М, в том числе на маслосъемных поршневых кольцах. Кольца изготавливают из серого низколегированного чугуна. Перед лазерной термообработкой кольца обдували дробью ДСЛ диаметром 0,3 ... 1,4мм и порошком электрокорунда. Упрочнение маслосбрасывающего пояска проводили на лазерном технологическом комплексе на базе лазера непрерывного действия "Латус-31". Параметры лазерной обработки: После лазерной обработки кольца подвергали отпуску. Испытания маслосъемных поршневых колец на износостойкость проводили на машине трения с возвратно-поступательным движением при условиях и по схеме, с определенной степенью приближения моделирующей работу пары трения гильза -поршневое кольцо. Величину износа фиксировали стандартными методами взвешиванием (для колец) и искусственных баз (для гильзы). Результаты испытаний приведены в табл.1 ... 3. Видно, что наиболее высокой износостойкостью обладают маслосъемные поршневые кольца, обработанные по заявляемому способу. Как показывают экспериментальные результаты, оптимальным вариантом подготовки деталей под лазерную термообработку является обдув поверхности дробью диаметром 0,5 ... 1,0мм в течение 2 … 5 минут, в результате чего, на поверхности формируется не только топография, повышающая эффективность лазерного воздействия, но и благоприятное структурнонапряженное состояния, приводящее к уменьшению склонности материала к хрупкому разрушению в зоне лазерного воздействия. При обработке поверхности детали частицами меньшего диаметра (например, диаметром 0,3мм или порошком электрокорунда) не достигается эффект упрочнения. При обработке дробью диаметром более 1,0мм наблюдается разрушение поверхности с нарушением геометрии имеющихся на поверхности конструктивных элементов (например, острой кромки маслосбрасывающего пояска) - табл.1. При времени дробеобработки менее 2 минут еще не достигается оптимальное сочетание топографии поверхности и распределения остаточных напряжений. При времени дробеобработки более 5 минут дальнейшего улучшения свойств поверхностного слоя не происходит (табл.2). Параметры лазерной обработки (мощность излучения, скорость перемещения детали и диаметр пятна) определяют экспериментально, исходящий из необходимости обработки без оплавлення поверхности и обеспечения заданной глубины упрочненного слоя. Необходимость лазерной термообработки без оплавлення поверхности обусловлена, в первую очередь, наличием на рабочих поверхностях конструктивных особенностей типа острых кромок, резких переходов, углов и т.п., оплавление которых приведет к нарушению их геометрии и, как следствие, потере эксплуатационных функций деталей. Отпуск необходимо проводить в интервале температур 160 ... 230°C в течение 2,5 ... 4 часов. Экспериментально установлено, что. при меньших температурах отп уска не успевают пройти релаксационные процессы и полученный лазерноупрочненный слой сохраняет высокую склонность к хрупкому разрушению при внешнем трении. При более высоких температурах происходит разупрочнение поверхности вследствие интенсивного протекания структурных превращений в зоне лазерного воздействия. При времени выдержки при температурах отпуска менее 2,5 часов не успевают пройти релаксационные процессы. При времени выдержки 2,5 ... 4 часа релаксационные процессы в основном завершаются и дальнейшее увеличение времени выдержки не приводит к значительному изменению свойств в зоне лазерного воздействия (табл.3). Таким образом, предлагаемый способ упрочнения поверхностей скольжения позволяет существенно повысить трибиологические свойства деталей, преимущественно из серых и высокопрочных чугунов.