Спосіб підвищення зносостійкості сталевих товстостінних циліндричних деталей

Спосіб підвищення зносостійкості сталевих товстостінних циліндричних деталей, що включає пластичну деформацію, механічну обробку, цементацію, загартування та низькотемпературний відпуск, який відрізняється тим, що зносостійкість підвищують шляхом поліпшення усього комплексу 3 заводі «Гідросила» та прийнятий до розгляду, як такий що найбільш повно містить технологічні операції передбачуваної корисної моделі. Згідно з названою технологією заготовка перед механічною обробкою проходить ВТМО - осадку з нагрівом в електропечі для сформування ступеню під зубчастий вінець і припуску на цапфах. Після осадки матеріал набуває неоднорідної крупнозернистої ферито-перлітної структури (Фіг. 1. Мікроструктура сталі 18ХГТ після ВТМО (осадки)). Твердість матеріалу становить HRB78 з коливаннями по мікротвердості 500 МПа (Фіг. 2. Розподілення мікротвердості по перерізу заготовки після ВТМО (осадки)). Цю мікроструктуру прийнято за вихідну для прототипу і порівняльного аналізу подальших структурних перетворень. Перед заключною чистовою операцією деталь проходить повний цикл ХТО, який складається з цементації, загартування з нагрівом в електропечах і низькотемпературного відпуску. У результаті ХТО та загартування в структурі матеріалу відбуваються позитивні перетворення. Так поверхня отримує порівняно рівномірну мікроструктуру, що являє собою крупноголчастий мартенсит з дрібними включеннями карбідів і залишковий аустеніт (Фіг. 3. Мікроструктура нової деталі заводського виготовлення; (а - поверхня)). Твердість поверхневого шару становить HRC54 з коливаннями по мікротвердості не більше 2000 МПа і товщиною зміцненого шару 0,9 мм, (Фіг. 4. Розподілення мікротвердості по перерізу нової заводської деталі). Мікроструктура серцевини - зернистий сорбіт (Фіг. 3. Мікроструктура нової деталі заводського виготовлення; (б - серцевина)) з твердістю HRC32. Розглянута мікроструктура матеріалу серійної деталі прийнята за прототип для подальшого порівняння з мікроструктурою експериментального зразка передбачуваної корисної моделі. Експлуатаційний ресурс серійної деталі з мікроструктурою прототипу (Фіг. 3; 4) та відповідними механічними властивостями при нормативних умовах експлуатації та величині зносу в межах допуску призначеної конструктивної посадки становить 2000 мотогодин. На відміну від способу-прототипу, у відповідності з технологічним процесом якого заготовка перед фінішною чистовою механічною обробкою проходить повний цикл ХТО (цементацію, загартування і низькотемпературний відпуск) з нагрівом в електропечах, згідно з пропонованим способом заготовку перед чистовою механічною обробкою та загартуванням нагрівають струмами високої частоти (СВЧ) до температури 900÷1050°С і роздають конічним дорном до обтискування матеріалу заготовки поверхнею робочого об'єму матриці, внаслідок чого вихідна неоднорідна крупнозерниста структура (Фіг. 1; 2) матеріалу заготовкипрототипу перетворюється в мікроструктуру високодисперсної будови (Фіг. 5-а), поліпшуючи цим самим увесь комплекс характеристик механічних властивостей металу, включно з підвищенням зносостійкості. 60399 4 При цьому конусність заходної частини дорна складає 3°, швидкість переміщення дорна дорівнює 0,3÷0,5 м/с; відносна деформація заготовки становить 2,5÷3,0 %, а для створення умов обтискування матеріалу калібруюча частина дорна збільшена на 2,0÷2,5 % від її розрахункового значення, що забезпечує задану величину відносної деформації. Пластична деформація (роздача) призводить до значного подрібнення мікроструктури як в поверхневих шарах так і в серцевині досліджуваних зразків (Фиг. 5. Мікроструктура заготовки після роздачі з нагрівом СВЧ і повного комплексу ХТО (а - поверхня; б - серцевина)). Мікроструктура, що утворилася є дуже сприятливою й такою, що володіє пониженою крихкістю, оскільки має високодисперсну будову, яка складається з дрібноголчастого мартенситу, залишкового аустеніту та дрібнозернистих карбідів, що підвищують мікротвердість поверхневого шару до 9000 МПа (HRC59), (Фіг. 6. Розподіл мікротвердості по перерізу заготовки після роздачі з нагрівом СВЧ і повного комплексу ХТО). У серцевині троститосорбітна мікроструктура зі середньою мікротвердістю HRC46. Експлуатаційний ресурс деталі (експериментального зразка), що має вищенаведену мікроструктуру становить 4500 мотогодин, тобто в два з половиною рази вище, ніж у серійної деталі, в якої відповідний показник дорівнює 2000 мотогодин. На діаграмі рекристалізації низьковуглецевої сталі (Фіг. 7. Діаграма рекристалізації низьковуглецевої сталі) наочно показано, що під час пластичної деформації розмір зерна структури металу «μ» залежить в основному від температури «t» та відносної деформації «ξ». Відносна деформація, що дорівнює 5÷10 %, має назву критичної, оскільки при ній отримується максимальний розмір зерна. [Зорчев С.Н., Кузьмінцев В.Н., Общая технология кузнечно-штамповочного производства. - М.: Высшая школа, 1986. - стор. 28] Для реалізації запропонованого корисної моделі застосовують мінімальну (докритичну) гарячу (t=900÷1050°С) пластичну деформацію (ξ