Спосіб обробки стальних виробів

Винахід відноситься до обробки металів, зокрема до обробки наводнюванням стальних виробів, і може бути використаний в машинобудуванні для підвищення працездатності деталей машин. Завданням винаходу є покращання якості поверхневих шарів металічних виробів шляхом створення в них залишкових напружень стиску, а також зменшення шорсткості поверхні. Поставлене завдання розв'язується слідуючим чином. В процесі термічної обробки - гартування та відпуску - проводять наводнення металу з газового середовища при тиску 3 МПа протягом 2-х год при температурі відпуску, тобто суміщають наводнення з термічною обробкою - відпуском (замість пічного відпуску на повітрі проводять водневий відпуск). Потім, після охолодження у водні, піддають чистовому електрокорундовому шліфуванню з подальшим обезводненням при температурі 150°С протягом 2 год у вакуумі. В процесі водневого відпуску в газовому середовищі при тиску 3 МПа проходить інтенсивне наводнювання металу, змінюються його властивості. Покращується його податливість до механічної обробки. Електрокорундове шліфування такого металу приводить до виникнення в поверхневих шарах виробу залишкових напружень стику, які є резервом міцності деталей машин. Поверхня виробу має вищий клас чистоти в порівнянні з поверхнею виробу після відпуску на повітрі та електрокорундового шліфування. Обезводнення шліфованих виробів є необхідним, поскільки дальнійша присутність водню в металі при експлуатації робить його крихким, що приводить до передчасного руйнування виробів. При температурі 150°С проходить ефективна дегазація - обезводнювання. Дві години достатньо для повної дегазації. Підвищення температури дегазації небажано, поскільки спостерігається зменшення величини залишкових напружень стиску. При меншій температурі до 100°С процес дегазації сповільнюється, що потребує збільшення витримки (до 10 год та більше). Суттєва відмінність запропонованого винаходу полягає в проведенні 2-годинного наводнювання сталі в процесі відпуску при тиску 3 МПа з подальшим охолодженням у водні та 2-годинного низько-температурного (150°С обезводнювання у вакуумі після шліфування, що забезпечує покращання якості стальних виробів. Суть способу полягає у слідуючому. С тальні вироби нагрівають в печі до температури вище Ас3, витримують, охолоджують в маслі, очищають поверхню від масла та проводять середній відпуск на протязі 2 год в газовій камері при тиску водню 3 МПа з подальшим охолодженням в цьому ж середовищі. Після цього одразу ж проводять електрокорундове шліфування, а потім обезводнювання у вакуумі при температурі 150°С протягом 2 годин. На фіг.1 приведені епюри залишкових напружень в поверхневих шарах зразків Із гартованої та відпущеної сталі 40Х при температурі 450°С, 2 год в повітрі (1,2) та у водні (3,4) після електрокорундового шліфування по режиму І (1,3) і по II (2,4). На фіг.2 показані епюри залишкових напружень в поверхневих шарах зразків із гартованої та відпущеної сталі 40Х при температурі 350°С, 2 год в повітрі (5), в гелії (6) та у водні (7) після шліфування по режиму ІІ. Приклад 1. Проводили обробку зразків Із сталі 40Х відомим способом та запропонованим. Нагрівання зразків діаметром 20 та довжиною 150мм проводили в печі до температури 860°С та витримували 40 хв, потім охолоджували в маслі. Частину зразків відпускали в печі на повітрі, а другу частину зразків, попередньо очищаючи їх від масла, відпускали у водні в спеціальній камері при температурі 450°С протягом 2 годин з охолодженням в тому ж середовищі. Всі зразки шліфували по режиму і та II. Режим І: швидкість електрокорундового круга (ЭВ25СМІК) νкр. = 39 м/сек; швидкість зразка νзр. - 2,3 м/хв; поздовжня подача Sпозд. = 0,15 (в долях ширини круга на один оберт); поперечна поддча Sпоп. = 0,06 мм/дв.хід. Зразки після водневого відпуску шліфували, а потім їх обезводнювали у вакуумі при температурі 150°С протягом 2-х годин. Після обробки зразків визначали залишкові макронапруження в поверхневих шарах на шорсткість поверхні. Залишкові напруження визначали механічним методом, в основу якого входить вимірювання деформації при згині зразка внаслідок послідовного зняття шарів металу на половині циліндру. Шорсткість вимірювали профілограф-профілометром моделі 201. В процесі шліфування зразків в поверхневих шарах формуються різні по знаку, величині та характеру розподілу залишкові напруження (фіг.1). При шліфуванні сталі, гартованої та відпущеної на повітрі, в поверхневих шарах виникають розтягуючі залишкові напруження, глибина залягання яких складає 180 мкм від поверхні, а в зразках, гартованих та відпущених у водні - залишкові напруження стиску, максимум яких спостерігається біля поверхні та складає 500 МПа (реж.І) і 1050 МПа (реж.ІІ) (фіг.1, епюри 3,4). Значення шорсткості поверхні приведені в таблиці. Найкраща мікрогеометрія поверхні в шліфованих (реж.І) зразках Із гартованої та відпущеної сталі у водні при тиску 3 МПа. Приклад 2. Проводили підготовку зразків Із сталі 40Х. Гартували зразки при температурі 360°С в маслі, потім відпускали при 350 С протягом 2 годин. Відпуск проводили по частинах окремо в різних середовищах на повітрі, у водні та гелію з наступним охолодженням в тому ж середовищі. Потім зразки шліфували по одному і тому ж режимі II. Термічну обробку в інертному газі - гелії проводили з метою перевірки отриманого ефекту наводнення. Зразки після водневого відпуску та шлі фування обезводнювали по тому ж режимі, що й у прикладі 1. При шліфуванні гартованої та відпущеної сталі на повітрі і в гелію в поверхневих шарах виникають залишкові напруження розтягу, а відпущеної у водні - напруження стиску. Слід відмітити, що на характер розподілу залишкових напружень впливає структура сталі. Епюри, отримані в прикладах 1 та 2, різні. Однак ефект від наводнювання, що проявляється в покращенні якості поверхневих шарів, спостерігається в сталі різного структурного стан у. Таким чином, запропонований спосіб обробки стальних виробів в порівнянні з відомим підвищує якість поверхневих шарів шляхом створення в них залишкових напружень стиску, а також зменшення шорсткості поверхні.