способ повышения твердости низкоуглеродистых сталей

Формула изобретения

Способ повышения твердости низкоуглеродистых сталей, включающий предварительное пластическое деформирование с последующей цементацией и термообработкой, отличающийся тем, что глубину науглероженного слоя t определяют по соотношению

t=t₀+c ₁ exp(c₂),

где t₀ - глубина науглероженного слоя стали без предварительной деформации;

- относительная деформация;

с₁, с₂ - безразмерные коэффициенты, определяемые статистической обработкой опытных данных.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением применительно к повышению твердости истираемых поверхностей деталей из низкоуглеродистых сталей и может быть использовано в авиа-, судо- и машиностроении.

Известен способ повышения твердости низкоуглеродистых сталей [1], согласно которому детали из указанных материалов подвергают перед цементацией поверхностному пластическому деформированию обкаткой роликами.

Недостатком данного способа является невозможность обеспечения однородного распределения пластической деформации по всему объему детали, что не позволяет проводить многократно без повторных предварительных операций пластического деформирования операцию цементации по мере износа рабочей поверхности детали.

Изобретение направлено на повышение эффективности операции цементации, заключающейся в проведении многократных операций за счет только одной предварительной однородной пластической деформации заготовки детали.

Изобретение направлено на повышение эффективности процесса цементации низкоуглеродистых сталей.

Это достигается тем, что предварительно до цементации низкоуглеродистую сталь деформируют пластически, например осадкой. Глубину науглероженного слоя при этом определяют по формуле

где t₀ - глубина науглероженного слоя стали без предварительной деформации;

- относительная деформация;

с₁, с₂ - безразмерные коэффициенты, определяемые статистической обработкой опытной кривой t=t().

Предлагаемый способ повышения эффективности процесса цементации подтверждается следующим примером исполнения. На фиг.1 представлен график изменения глубины науглероженного слоя t, мм в зависимости от относительной деформации : сплошная линия - опытная зависимость, пунктирная линия - расчетная зависимость.

Для испытаний были изготовлены цилиндрические образцы диаметром 20 мм и высотой 30 мм из стали 20. Образцы осаживались перед цементацией до относительной деформации =0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8. Далее деформированные образцы подвергались цементации в специальной камере в среде естественного метана при температуре 950°С в течении 8 ч. Глубина цементованного слоя измерялась металлографическим способом. При этих же условиях проводили цементацию недеформированного образца, в результате чего установлено для исследованной стали t₀=1,2 мм.

На фиг.1 сплошной линией показана опытная зависимость t=t(). На основе анализа этой зависимости представляется ее аппроксимация в виде соотношения (1). Как видим, глубина науглероживания монотонно увеличивается при увеличении деформации , достигает максимальной величины при некотором экстремальном значении деформации _экс., далее при деформациях > _экс глубина нагруженного слоя уменьшается. При этом из условия стационарности функции t=t()

получают соотношение для определения экстремального значения деформации _экс, при котором глубина цементованного слоя достигает максимума.

Статистической обработкой опытных данных для исследованной стали получены значения безразмерных коэффициентов в соотношении (1):с₁=3,27; с₂=-4. В соответствии с формулой (2) с учетом выражения (1) экстремальная деформация составила _экс=25 и максимальная глубина цементованного слоя, соответствующая этой деформации, равна 1,5 мм. Расчетные и экспериментальные значения t_max для исследованной стали практически совпали.

Если рассматривается цилиндрическая деталь из стали 20, то в ней необходимо реализовать равномерное (однородное) распределение пластической деформации с _экс=0,25, например. осадкой. При этом указанный выше режим цементации позволит обеспечить глубину науглероженного слоя в детали t_max=1,5 мм.

По мере износа рабочей поверхности детали на толщину слоя ~1,5 мм можно многократно повторять операцию цементации без предварительной пластической деформации, что обеспечивает повышение эффективности операции цементации.

Таким образом, предлагаемый способ увеличения твердости низкоуглеродистых сталей является более эффективным по сравнению со способом прототипа. Применение данного способа в качестве новой технологии повышения твердости интенсивно истираемых поверхностей деталей из низкоуглеродистых сталей позволяет улучшить качество и надежность машин и приборов.

Источники информации:

1. А.С. №610873 А, С 21 В 1/78, 20.05.1978.