способ изготовления упругих элементов с использованием метода анизотропного ориентирования наноструктуры в материале

Формула изобретения

1. Способ изготовления пружин из стали с анизотропно ориентированной наноструктурой, включающий скоростной нагрев прутка до температуры выше точки Ac₃ фазовых превращений, пластическую деформацию прутка винтовым обжатием с закручиванием в направлении сжатия витка пружины, навивку пружины, закалку и отпуск, отличающийся тем, что осуществляют горячую навивку пружины после пластической деформации при температуре выше Ac₃ с немедленной повитковой закалкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скоростной нагрев заготовки осуществляют до температуры не менее чем на 50°С выше точки Aс₃.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано в производстве пружин из закаливаемых марок стали.

Из уровня техники известен способ изготовления упругих элементов(SU 1169999 A, МПК 4 C21D 9/02, 8/00), включающий нагрев заготовки до температуры Ас₃ , пластическую деформацию винтовым обжатием с закручиванием, закалку, навивку в направлении закручивания заготовки.

Известный способ позволяет обеспечить анизотропию свойств с текстурой, ориентированную вдоль направления действия карательных напряжений, что повышает значения статистической и циклической прочности упругих элементов. При винтовом обжатии величина обезуглероженного слоя уменьшается за счет большей степени деформации на поверхности (раскатка слоя). Высокотемпературная термомеханическая обработка позволяет отказаться от операций правки и шлифовки заготовки перед навивкой и повышает свойства циклической прочности и надежности против разрушения.

Из уровня техники известен способ изготовления крупногабаритных пружин (РФ № 1234018, кл. B21F 35/00, заявлено 13.08.84, опубликовано 30.05.86), выбранный в качестве прототипа, включающий высокотемпературную термомеханическую обработку заготовки поперечно-винтовым протягиванием в направлении деформации витка при сжатии пружины, скоростной нагрев заготовки до температуры выше точки Ас₃ фазовых превращений, навивку пружины, немедленную закалку, отпуск пружины.

Известный способ позволяет повысить эксплуатационную надежность пружин благодаря тому, что высокотемпературная механическая обработка заготовки создает направленную структуру металла, соответствующую деформации, возникающей в процессе работы пружины при сжатии, а скоростной нагрев и горячая навивка с последующей термической обработкой создают дополнительное упрочнение.

Цель изобретения - повышение качества упругих элементов, снижение энергозатрат при изготовлении упругих элементов.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления упругих элементов с использованием метода анизотропного ориентирования наноструктуры в материале, включающем скоростной нагрев заготовки до температуры выше точки Ас₃ фазовых превращений, пластическую деформацию заготовки винтовым обжатием с закручиванием в направлении сжатия витка пружины, навивку пружины, немедленную закалку, отпуск, согласно изобретению навивка пружины осуществляется немедленно после пластической деформации заготовки.

Учитывая, что от точки скоростного нагрева до точки горячей навивки заготовка охлаждается механизмами при пластической деформации и окружающей средой, целесообразно скоростной нагрев заготовки осуществить до температуры выше точки Ас₃ не менее чем на 50°С.

Пример осуществления заявленного изобретения

Пруток из легированной стали непрерывно последовательно подвергают скоростному нагреву до температуры на 50°С выше точки Ac₃ фазовых превращений. Затем пруток подвергают пластической деформации винтовым обжатием с закручиванием в направлении сжатия витка пружины. Затем осуществляют горячую навивку пружины при температуре выше точки Ac₃ фазовых превращений с немедленной повитковой закалкой и с последующим отпуском.

В ходе ВТМО осуществляется разнонаправленная деформация заготовки, включающая в себя обжатие со степенью деформации 15-20%, сдвиг металла в поперечном направлении в зоне конусного участка деформации при винтовом обжатии со степенью деформации 10-12%, скручивание в поперечном сечении в зоне выхода заготовки с конического участка очага деформации с деформацией кручения 12-15% и деформацию изгиба при навивке.

Повышение качества пружин достигается за счет того, что при деформации заготовки в различных направлениях аустенитное зерно еще в горячем состоянии измельчается до наноразмерного уровня (200-500 нм), а закалка обеспечивает фазовое изменение структуры, т.е. переход в мартенситное состояние, что позволяет получить мартенситное зерно размером 100-300 нм.

При этом карбидная составляющая (цементит) находится в пределах 10-60 нм и равномерно расположена в мартенситной структуре.

Помимо этого, при использовании в качестве заготовки горячекатаного прутка при деформации винтовым обжатием удаляется окалина, обеспечивая шероховатость прутка в диапазоне 2,5-10 мкм при точности прутка 9-10 квалитет, что соответствует холоднокалиброванной стали.

Снижение энергозатрат при изготовлении упругих элементов по сравнению с прототипом достигается за счет того, что из процесса производства упругих элементов исключен повторный нагрев заготовки после высокотемпературной термомеханической обработки перед навивкой.