Способ упрочнения поверхности металлических изделий — SU 1765207 (original) (raw)
)5 ОсудАРственный кОмитетО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(46) 30.09.92, Бюл. М 36 (71) Центральный научно-исследовательский технологический институт (72) В.А.Королев, В.Ф.Слезка, Ю,А.Слепенков, А.В.Кулемин, Л,А.Герасимова, В.И.Мушка, В.А.Седов, В.П.Белунин, В.Г.Пучков и В.П.Сушков 56) Авторское свидетельство СССР М 1354717, кл. С 21 О 7/02, 1985. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: изобретение относится к обработке металлов поверхностным пластическим деформированием и может быть использовано в машиностроении и металлургии при. изготовлении различных изделий, в том числе режущего инструмента, рабочих элементов деталей штампов и форм литья под давлением. Сущность изобретения: изделия и стальные шарики помещают в замкнутую рабочую камеру с газовой среИзобретение относится к области обработки металлов поверхностным пластическим деформированием и может быть использовано вмашиностроении и металлургии при изготовлении различных изделий, в том числе режущего инструмента, рабочих элементов деталей штампов и форм литья под давлением,Известен способ обработки поверхности металлических изделий, включающий помещение в замкнутую рабочую камеру изделия и стальных шариков, приведение их в движение ультразвуковым полем, созданным в рабочей камере при колебании стеЫ 2 1765207 А 1 дой, в которой возбуждается мощное ультразвуковое поле, наряду со стальными шариками в камеру помещается и порошьк легирующего вещества массой а= 4 (10 - -10)иб р 1/Ор 0 Я 2 р, /ЗЖ 2 где б - средний диаметр частиц порошка,01 и р 0- плотности соответственно материалов порошка и шариков, Ь 0 - частота и амплитуда колебаний, (Ъ,2- предел текучести материала изделия, М - масса шариков, обработку осуществляют одновременно шариками и частицами порошка, а заканчивают ее по истечении времени 7= 1,7(10 - 10 (31+ +80). Ло 4 а - , где 80 - внутренняя плобРП 3щадь камеры, 31 - площадь обрабатываемой поверхности изделия,- максимальное расстояние от стенки камеры до изделия. В качестве легирующего вещества испольэуют порошок карбонила молибдена илисульфид молибдена. 1 ил., 7 табл. нок, с целью упрочнения поверхности (а,с. М 456704, кл. В 23 О 1/18, 1971).Недостатком способа является отсутствие регламента на массушариков ипоэтому при обработке получается недостаточная твердость поверхности ййалая ееизнбсо- СТОЙКОСТЬ.Этот недостаток частично исключается в способе по а.с. ЬЬ 1354717, кл. С 21 О 7/02, 1986, в котором как и в первом способе изделие и шарики помещают в замкнутую рабочую камеру, приводят в движение шарики ультразвуковым полем, создаваемым в рабочей камере при колебаниях стенок16 ОРобдп 2 ро 73 д)д где и - число шариков.5Из (3) и (4) и учитывая, что масса шариков М = п 1/6 лЩо, а также то, что время покрытия порошком поверхности 10 -10 раз и время ее пластической деформации должны быть равны, то получим соотношение между массой порошка и массой шариков в виде (1).Если масса порошка будет меньше величины, определенной по (1), то поверхность недостаточно плотно покроется порошком, концентрация атомов в поверхностном слое будет недостаточной и износостойкость уменьшится, Если же масса порошка будет больше величины, опреде ленной по (1), то частицы порошка будут покрывать плотным слоем поверхность изделия и демпфировать удары шариков, вследствие чего не будет достаточной пластической деформации и проникновения атомов порошка вглубь поверхностного слоя, что в конечном счете приводит к уменьшению износостойкости. Соблюдение условий, определенных выражениями (1) и (2), т.е. выбор времени обработки и массы порошка позволяет получить хорошее качество поверхности и существенно повысить ее износостойкость,Выбор порошков дисульфида молибдена и карбонила молибдена для насыщения поверхности обусловлено их достаточно хорошими свойствами, высокой температурной устойчивостью и благоприятным влиянием молибдена в сочетании с углеродом на структуру, механические и эксплуатационныеые характеристики сталей.П р и м е р. Проводилась обработка образцов из сталей 45 и Р 6 М 5. Размеры образцов - 55 х 10 х 5 мм. Образцы предварительно проходили следующую термообработку: сталь; 45 - закалка с 830 С в воде+ отпуск при 200 С в течение 1,5 час.; сталь Р 6 М 5 - закалка с 1230 С в масле+ 3-кратный отпуск каждый по 1 часу при 550 С. Образцы из сталей 45 и Р 6 М 5 после термической обработки характеризовались, соответственно, следующими свойствами; 1400 и (3300) МПа - с,2 ( (Тизл. ): 51 и 64 НЯС; 0,30 и 0,32 МДж/м,Режимы ультразвукового упрочнения были следующими; амплитуда смещения Ь =0,006 см; диаметр шариков 0=0,23 см; оптимальная масса шариков, определенная по аналитическому выражению составляла М=3,45 г; частота колебаний Ю = 18 кГц;Таким образом, сповисимости от размеровматериала, размеров траметров определятьвремя обработки и масрошка, Обработка, при о соб позволяет в заизделия, свойств егол, акустических парежимы обработки: су загружаемого поп ределенных таким площадь рабочей камеры Зо = 14 см; плог, щадь обрабатываемой части образцов 81 = =4 см; расстояние образца до излучающей поверхности . = 1,0 см; диаметр частиц порошка б = 50-70 мкм. Использовались порошки дисульфида молибдена и карбонила молибдена.Остальные параметры были следующими:рь = 7,8 г/смз, р 1= 10,2 г/смз.В процессе обработки изменялась масса засыпаемого в рабочую камеру порошка, рассчитываемая по выражейию (1) и изменялось время обработки рассчитываемое по выражению (2). После обработки измерялся износ поверхности по следующей методике:испытания выполнялись на строгальном станке мод.7 Б 35 при возвратно-поступательном движении. Контр-образцом служил образец 65 х 10 х 10 из стали ШХ 15 с твердостью 62 НЯС. Испытания проводились со смазкой машинным маслом при нагрузке 150 кг, Перед испытанием образцы промывались в бензине и ацетоне, а затем взвешивались на аналитических весах ВЛА в 2 г, Приработка образцов проводилась в течение 2,5 ч. После приработки образцы снимались, промывались и взвешивались; также взвешивание проводилось после окончания испытаний, Износостойкость оценивали по потере исследованных образцов в весе, До и после испытаний проводились замеры твердости, линейных размеров, шероховатости поверхности (на профилографе-профилометре) исследованных образцов. Контактная площадь соприкосновения исследованных образцов с контр-образцом составляла 10 х 10 мм.Расчеты по выражениям (1) и (2) при указанных выше параметрах обработки для стали 45 и стали Р 6 М 5 дают, соответственно массу порошка и время обработки;в 1 = 0,1-1,0 г; т 1= 14-140 с; вг = 0,08- 0,8 г; тг = 18 - 180 с.Результаты экспериментальных данных представлены в табл.1-7.Из табличных данных видно, что эксперименты подтверждают расчетные зависимости, т.е, положительный эффект достигается именно в интервале в и т, определяемых выражениями (1) и (2).1765207 ры; М= 0 вка Таблица 1носостойкости стали Ц от массы порошка дисульфида молибдена в камере У 3-й обработки. Время обработки 120 с Зависимость,рабоче0,0 0,1 опт щий 0,5 1,0 2,0 альный вариант, соответствую ыра)вению (1) я массы, г По 10 36,0 2,0 12 Обработка по прототипу без порош" Пот10 я массы,образом режимах, позволяет получитьоптимальные свойства изделия.:.,Аналогичные исследования были проведены для стали Х 12 М, используемой для изготовления штампов холодной штамповки и стали 4 ХБМФС, применяемой при изготовлении оснастки и пресс-форм за счет уменьшения износа увеличилась в 2-4 раза.Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить износостойкость стали в 2 - 3 раза.Проведенные патентные исследования и анализ известных в науке и технике технических решений позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа критерию "существенные отличия",Формула изобретения 1. Способ упрочнения поверхности металлических изделий, преимущественно пресс-форм, штамповой оснастки и режущего инструмента, включающий помещение в замкнутую рабочую камеру с газовой средой изделия и стальных шариков, приведение в движение шариков до столкновения с обрабатываемой поверхностью с помощью ультразвукового поля, создаваемого в рабочей камере при колебаниях ее стенки с заданной амплитудой смещения, окончание обработки по истечении заданного времени, при этом обработку осуществляют общей массой шариков- объем рабочей камеры;- объем части изделия, находре; Обработка по пред- Иасса порошкалагаемому способу дисульфида молибдена, г Ь - амплитуда смещения стенки камеО - диаметр стальных шариков;К= (1,7-2,3) .10 см /к - коэффициент 5 пропорциональности,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения износостойкости путем одновременного деформирования и диффузионного массопереноса в поверхностный слой 10 атомов легирующего вещества, в рабочуюкамеру дополнительно помещают порошок легирующего вещества массойт =4(10 -10 ) ММт 1/2 Рг/Загр % 15где б - средний диаметр частиц порошка;Р 1 И Ро- ПЛОтНОСтИ СООтВЕтСтВЕННО Материалов порошка и шариков;1 о - частота колебаний;20 оО,2 - предел текучести материала изделия,обработку осуществляют одновременно шариками и частицами порошка, а заканчивают ее по истечении времени,- 1 7(1 ф - 104) о 21, 1и) П 1где Яо - внутренняя площадь камеры;31 - площадь поверхности изделия;- максимальное расстояние от стенкикамеры до изделия.2. Способ по п 1, отл ич а ю щи йсятем, что обработку ведут порошком карбонила молибдена.3, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я35 тем, что обработку ведут порошком дисульфида, молибдена.10 1765207 Табли ца 2Зависимость износостойкости стали Р 6 М 5 от массы порошка дисульфида молибденав рабочей камере У 3-й обработки, Время обработки 150 сек еМасса порошка 0,01дисульфида мо"либдена, г Потеря. массы г10 4 58 5,5 2,2 2,0 1,9 Потеря массы г10 Ф Обработка по прототипу без порошка 5 тее еще югаюте ае ааег Таблица 3 Зависимость износостойкости стали 45 от массы порошка карбонила молибдена в рабочей камере У 3 й обработки, 1150 сек аа ав аеиггевв е та е Е0,05 О,1 05 1,0 2,0оптимальный вариант, соответствующийвыражению (1) Обработка по предложенному способу Масса порошкакарбонила молибдена Потеря массы,104 36 0,75 0,72 0,78 35,8 Потеря массы, г104 Обработка по прото"типу беэ порошка Таблица 4Зависимость износостойкости стали Р 6 М 5 от массы порошка карбониламолибдена, ь = 150 с еаееавга га е ее 0,4 0,8 2,0 004 0,08 Обработка по предложенному способу Масса порошкакарбонила молибдена 0,5, 0,4 0,52 ,3 Обработка по про"тотипу беэ порошка 7,0 г т Та бли ца 5 Зависимость износостойкости стали 45 от времени обработки, Масса порошка карбонила молибдена ш в 0,4 гюттавтага щтаютащееаОбработка по пред- Время обработки,5 14лагаемому способу с аевгегтатав веюаа 120 14 О 200 С порошком карбо"нила молибдена Потеря массы в г10 4 0,8 0,9 Потеря массы в г10-4 гщааеещагаееава аащ юиагщатащатщетатататеЗависимость износостойкости стали дисульфида молибдена ш = 0,5 а тааааееща гт иееВремя обработкисгагааавееагатеаеаатгеаеветааатещаОбработка по предлагаемому способу с порошком дисульфида молибдена 10 Потеря массы в г10 4 2,5 2,0 6,0 2,5 5,7 Потеря массы в г1 О 4тещи еат агщ а щОбработка по пред"лагаемому способу Обработка по прототипу, время не регламентированное Обработка по прототипу, время не рег"ламентированное Потеря массы, г10Потеря массы, г10 4 авва0,08 0,4 0,8 2,0оптимальный вариант, соответствую щий выражению (1) Таблица 6Р 6 Н 5 от времени обработки. Масса порошка г 18 150180 220 оптимальный вариант соответствующий выражению (2)1765207 Таблица 7 Зависимость износостойкости стали 45 от времени обработки. Массадисульфида молибдена ш0,5 гВе 15 120 140оптимальный вариант 200 Время обработки,с 36,0 Потеря массы г1038,0 12,0 10 у 5 12,7 Обработка по прото"типу, время не регламентированное Потеря массы, г10 ф Таблица 8Зависимость износостойкости стали Р 6 М 5 от времени обработки. Массакарбонила молибдена а0,4 г 20150 180 оптимальный вариант200 Время обработки, 10с Потеря массы, г10 ф 0,6 0,5 0,4 793 7)5 Обработка по прото"типу, время не регламентированное Потеря массы, г10 7,0 Составитель В,К Техред М.Морген В Редактор ректор Т,Палий аказ 335 ВНИИП 5 ПодписноеИ Госуд по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР-35, Раушская наб 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород,ул.Гагарина, 101 Обработка по предложенному способус порошком дисуль"фида молибдена Обработка по предложенному способус порошком карбонила молибдена Тиражарственного комитета113035, Москва, Ж