способ изготовления стальных маслосъемных поршневых колец

Формула изобретения

1. Способ изготовления стальных маслосъемных поршневых колец, включающий деформационное упрочнение проволоки путем ее протягивания через профильные волочильные ролики с обжатием, навивку проволоки на оправку и ее рекристаллизационный отпуск, отличающийся тем, что деформационное упрочнение проволоки осуществляют пятикратно путем ее протягивания через профильные волочильные ролики с соответствующими обжатиями 35-40%, 20-25%, 10-15%, 15-20%, 6-8%, рекристаллизационный отпуск проволоки осуществляют после первого и третьего деформационных упрочнений при температуре 660-680°С в течение 1 ч, после пятого деформационного упрочнения выполняют пробивку перфорированных пазов на проволоке и производят ее навивку на оправку, которую осуществляют с натяжением с образованием профиля маслосъемного поршневого кольца, затем производят термофиксацию последнего на оправке при температуре 500°С в течение 1 ч и разрезают на оправке на отдельные кольца, которые устанавливают в гильзу, в которой осуществляют термостабилизацию при температуре 550°С в течение 1 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед первым деформационным упрочнением проволоки производят ее очистку в электролитной плазме с одновременным подогревом до 80-100°С при движении проволоки к профильным волочильным роликам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стальных маслосъемных поршневых колец из проволоки.

Известен способ изготовления стальных поршневых колец путем завивки ленты в спираль на оправку, последующей термофиксации при температуре 550°С, обработки поверхности спирали и резки спирали на отдельные кольца. Обработку поверхности спирали производят путем низкотемпературной нитроцементации, подавая к внутреннему диаметру спирали, установленной в нагретой до 550°С печи, смеси аммиака и природного газа с выдержкой в течение 2-4 часов (авторское свидетельство СССР №715277, М. кл.² B23P 15/06, B21H 1/00).

Основным недостатком описанного способа является отсутствие возможности использования для изготовления стальных маслосъемных колец сложного профиля с высокими эксплутационной стойкостью и пластичностью вследствие того, что не предусмотрено деформационное упрочнение ленты.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ изготовления кольцевых упругих элементов, в частности пружин и рессор, включающий однократное деформационное упрочнение протягиванием проволки через профильные волочильные ролики с обжимом 40-60%, навивку на оправку и последующий отпуск при 280-300°С в течение 20-40 мин. Это обеспечивает точность размеров и форм, высокие механические свойства и эксплуатационную стойкость кольцевых упругих элементов (Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы. / А.Г.Рахштадт. - М.: Металлургия, 1971. - С.73-74).

Основным недостатком вышеописанного способа является отсутствие возможности использования для изготовления стальных маслосъемных колец сложного профиля с перфорированными пазами при однократном деформационном упрочнении без разрушения вследствие исчерпаемости запаса пластичности.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения изготовления стальных маслосъемных поршневых колец сложного профиля с перфорированными пазами, обладающих высокими эксплуатационной стойкостью и пластичностью.

Для достижения этого технического результата в способе изготовления стальных маслосъемных поршневых колец, включающем деформационное упрочнение протягиванием проволоки с обжатием через профильные волочильные ролики, навивку на оправку, отпуск, первое, второе, третье, четвертое, пятое деформационные упрочнения протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики производят с обжатиями 35-40%, 20-25%, 10-15%, 15-20%, 6-8% соответственно, причем после первого и третьего деформационных упрочнений осуществляют рекристаллизационный отпуск при температуре 660-680°С в течение 1 ч, после пятого деформационного упрочнения выполняют пробивку перфорированных пазов и навивку на оправку с натяжением, затем производят термофиксацию на оправке полученного профиля стального маслосъемного поршневого кольца при температуре 500°С в течение 1 ч, разрезку на оправке стального маслосъемного поршневого кольца на отдельные кольца, установку этих колец в гильзу и термостабилизацию в гильзе при температуре 550°С в течение 1 ч.

Кроме того, перед деформационным упрочнением производят очистку проволоки в электролитной плазме при движении проволоки к профильным волочильным роликам с одновременным подогревом до 80-100°С.

В результате пятикратного деформационного упрочнения протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики обеспечиваются высокий предел прочности, в частности до 3800 МПа для проволоки с диаметром 0,3 мм, и достаточная пластичность стали вследствие увеличения числа дефектов строения при изменении характера их распределения и измельчения пластинок феррита и цементита. В течение предлагаемого деформационного упрочнения межфазные границы размываются - плотность дислокации в ферритных пластинках растет, и они постепенно формируют ячеистую субструктуру. Образованию ячеистой субструктуры феррита способствуют пластинки цементита, поскольку межфазная граница является источником дислокаций. Кроме того, сплошные пластинки цементита или их фрагменты стабилизируют субструктуру. Таким образом, основной причиной упрочнения стали является формирование вышеописанных микроструктуры и субструктуры в процессе холодной пластической деформации.

Деформационное упрочнение протягиванием проволоки через профильные ролики производят пятикратно, так как свойства стали после холодной деформации зависят не только от величины общей или суммарной деформации, но и от величины частных обжатий, т.е. деформации за один проход при волочении. Чем меньше эти обжатия, тем медленнее нарастает прочность, тем выше степень суммарной деформации и тем выше абсолютная величина механических свойств (Металловедение и термическая обработка: сборник 9 (приложение к журналу "Сталь") - М.: Металлургиздат, 1959).

Известно, что величину частных обжатий назначают 10-12%, а для предотвращения появляющихся винтовых трещин - 5-8% (Потемкин К.Д. Термическая обработка и волочение высокопрочной проволоки. / К.Д.Потемкин. - М.: Металлургиздат, 1959), (Кальнер В.Д. // Специальные стали и сплавы (УНИИМ). - М.: Металлургиздат, 1960. - Вып.17, с.419).

Обжатие, составляющее 35-40%, при первом деформационном упрочнении протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики является оптимальным для получения высокой твердости HRC 35-40 и ориентированной структуры деформированного металла. При обжатии менее 35% не достигается твердость HRC 35, при обжатии более 40% твердость увеличивается до HRC 45, что сопровождается возникновением очагов разрушения.

Важнейшим контролируемым параметром поршневых колец является твердость. По ней можно судить о качестве материала, степени его износостойкости, результате термообработки и о структуре материала. Контроль твердости проводится по методу Роквелла на трех участках плоской поверхности кольца по средней линии.

Обжатие, составляющее 20-25%, при втором деформационном упрочнении протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики является оптимальным для получения сложного по конфигурации профиля маслосъемного кольца с твердостью HRC 26-28.

Обжатие, составляющее 10-15%, при третьем деформационном упрочнении протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики является оптимальным для формирования профиля маслосъемного кольца с твердостью HRC 35-37.

Обжатие менее 10% не достаточно для деформационного упрочнения на твердость HRC более 35, а обжатие более 15% опасно из-за возникновения микротрещин вследствие увеличения твердости более HRC 37.

Обжатие, составляющее 15-20%, при четвертом деформационном упрочнении протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики является оптимальным для формирования профиля маслосъемного кольца, так как при этом твердость возрастает незначительно - до HRC 28-32, которая обеспечивает и деформационное упрочнение, и получение заданного профиля. Обжатие менее 15% не дает достаточного упрочнения, при обжатии более 20% нарушаются контуры профиля кольца.

Обжатие, составляющее 6-8%, при пятом деформационном упрочнении протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики является оптимальным вследствие назначения калибрующего, то есть получения готового профиля без дальнейшей механической обработки.

При обжатии менее 6% происходит неравномерная калибровка профиля по сечению. При обжатии белее 8% возможно "шелушение" поверхности профиля вследствие наклепа.

Выполнение рекристаллизационного отпуска при температуре 660-680°С в течение 1 ч необходимо для понижения твердости до HRC 20-22 и повышения пластичности во избежание "растрескивания" при последующем волочении. Кроме того, после отпуска при 660-680°С достигаются высокие степени обжатия, связанные с получением ориентированной структуры, что способствует равномерной деформации при волочении (Коткис М.А., Скобло А.В. // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1968. №2. - С.52).

Отпуск при температуре менее 660°С недостаточен для снижения твердости, а отпуск при температуре более 680°С приводит к укрупнению деформированной структуры без снижения твердости.

Термофиксация на оправке профиля стального маслосъемного поршневого кольца при температуре 500°С в течение 1 ч является оптимальной, так как нагрев металла способствует залечиванию деформационных дефектов. Этот процесс носит диффузионный характер. Известно, что еще до температур рекристаллизации протекают процессы отдыха и полигонизации, которые приводят к возврату физических и механических свойств.

Нагрев при температуре менее 500°С недостаточен для протекания процессов отдыха, а при температуре 500°С сопровождается полигонизацией, т.е. упрочнением и стабилизацией структуры (Богатов А.А., Мижирецкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. - М.: Металлургия, 1984. С.143).

Термостабилизация в гильзе стальных маслосъемных поршневых колец при температуре 550°С в течение 1 ч является оптимальной для протекания процессов полигонизации, т.е. выстраивания дислокационных стенок, повышения механических свойств деформированной структуры, т.к. окончательные свойства пружин определяются условиями отпуска, в процессе которого реализуются потенциальные возможности для повышенного сопротивления малым пластическим деформациям и всего комплекса прочностных свойств. Термостабилизация при температуре выше 550°С приводит к перестариванию структуры стали и снижению упругих свойств колец.

Подогрев проволоки перед первым деформационным упрочнение при очистке в электронной плазме до 80-100°С является "теплым" волочением, облегчающим деформацию без разрушения вследствие повышения пластичности стали.

Подогрев при температуре менее 80°С не обеспечивает возникновения очагов разрушения в результате дробления цементитных пластинок, расположенных в упрочненной дефектной матрице, сниженная пластичность которых уже не может компенсировать этих хрупких разрывов цементита. Для устранения этих локальных участков рекомендуется "теплое волочение" (Потемкин К.Д. В сборнике "Современная технология термической обработки деталей машин" - ЛДНТП, 1965, вып. 2, - с.36.)

Подогрев при температуре более 100°С опасен выделением -фазы и охрупчиванием стали.

Способ изготовления стальных маслосъемных поршневых колец осуществляется следующим образом.

Предварительно бухту проволоки, изготовленной, в частности, из стали 65 Г, или 38хМЮА, или 50ХФА, или 20Х13, помещают на разматывающее устройство, производят очистку проволоки в электролитной плазме при движении проволоки с одновременным подогревом до 80-100°С, то есть выполняют теплое волочение. Проволоку подвергают пятикратному деформационному упрочнению протягиванием через профильные волочильные ролики с навивкой на барабан.

Первое деформационное упрочнение протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики производят с обжатием 35-40%. После него осуществляют рекристаллизационный отпуск при температуре 660-680°С в течение 1 ч для снижения твердости до 20-22 HRC и повышенния пластичности во избежание растрескивания при следующем деформационном упрочнении. Второе деформационное упрочнение протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики производят с обжатием 20-25%, третье деформационное упрочнение - с обжатием 10-15%. После третьего деформационного упрочнения осуществляют рекристаллизационный отпуск при температуре 660-680°С в течение 1 ч для снижения твердости до HRC 20-22 и повышения пластичности во избежание растрескивания при следующем деформационном упрочнении. Четвертое деформационное упрочнение протягиванием проволоки через профильные волочильные ролики производят с обжатием 15-20%, пятое - с обжатием 6-8%.

Затем выполняют пробивку перфорированных пазов и навивку на оправку заданного размера с натяжением и термофиксацию на оправке полученного профиля стального маслосъемного поршневого кольца при температуре 500°С в течение 1 ч. Оправку с профилем стального маслосъемного поршневого кольца охлаждают на воздухе и на станке осуществляют разрезку на оправке профиля стального маслосъемного поршневого кольца на отдельные кольца. Кольца устанавливают в гильзу и в ней подвергают термостабилизации при температуре 550°С в течение 1 ч.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет изготовить стальные маслосъемные кольца сложного профиля с перфорированными пазами, обладающие высокой эксплуатационной стойкостью и пластичностью, с обеспечением равномерного деформирования при протягивании.