Способ упрочнения вала или оси сложного профиля

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ВАЛА ИЛИ ОСИ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Минский тракторный завод(72) Авторы Баранов Владимир Степанович Лашкевич Олег Евгеньевич Тарарук Аркадий Иванович Саломатин Александр Владимирович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Минский тракторный завод(56)1276673 1, 1986. Шепеляковский К.З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве. - М. Машиностроение, 1972. - С. 268-272. Болховитинов Н.Ф. Металловедение и термическая обработка. - М. Машгиз,1954. - С. 252-254.6067 1, 2004.2201460 2, 2003.417504, 1974.(57) 1. Способ упрочнения вала или оси сложного профиля, включающий индукционную поверхностную закалку и отпуск, отличающийся тем, что перед поверхностной закалкой осуществляют индукционный подогрев переходных зон сопрягаемых поверхностей вала или оси и выдержку. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что индукционный подогрев каждой переходной зоны сопрягаемых поверхностей вала или оси осуществляют одновременно или непрерывно-последовательно. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что индукционный подогрев переходных зон сопрягаемых поверхностей вала или оси осуществляют до температуры 1-АС 3. 11077 1 2008.08.30 Изобретение относится к способам упрочнения изделий и может быть использовано преимущественно в машиностроении при индукционной закалке изделий типа осей, валов, имеющих сложную конфигурацию упрочняемых участков в местах выхода шлиц, пазов, лысок и т.д. Изобретение позволяет повысить усталостную прочность и долговечность таких деталей. Известен способ упрочнения изделий индукционной термообработкой, включающий индукционную поверхностную закалку и отпуск 1. Перед индукционной закалкой проводят предварительную поверхностную упрочняющую термообработку на заданную глубину. Однако упрочнение на заданную глубину деталей сложного профиля этим способом затруднено из-за неравномерности нагрева упрочняемых поверхностей. Например, на валах и осях, имеющих наряду с цилиндрической поверхностью сопрягаемые с ней пазы,лыски, шлицы, участки с проточками, галтелями и т.д., ввиду перераспределения энергии в процессе высокочастотной закалки, имеет место неравномерный нагрев зон сложного профиля. Это приводит к уменьшению толщины и твердости упрочняемого слоя в этих местах и даже к его отсутствию на детали. Отсутствие закаленного слоя, а также снижение его глубины и твердости существенно сказывается на усталостной прочности изделия. Задачей настоящего изобретения является выравнивание температуры нагрева закаливаемой поверхности вала или оси сложного профиля и получение упрочненного слоя нужной толщины, обеспечивающей необходимую усталостную прочность закаливаемого изделия. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе упрочнения вала или оси сложного профиля, включающем индукционную поверхностную закалку и отпуск, перед поверхностной закалкой осуществляют индукционный подогрев переходных зон сопрягаемых поверхностей вала или оси (пазов, лысок, шлицев, участков с проточками, галтелями и т.д.) и выдержку. При этом индукционный подогрев каждой переходной зоны сопрягаемых поверхностей вала или оси может осуществляться одновременно или непрерывно-последовательно. Индукционный подогрев переходных зон сопрягаемых поверхностей вала или оси осуществляют предпочтительно до температуры С 1-АС 3. Новым в предложенном способе является то, что перед поверхностной закалкой осуществляют индукционный подогрев переходных зон сопрягаемых поверхностей вала или оси и выдержку. При этом индукционный подогрев каждой переходной зоны сопрягаемых поверхностей вала или оси может осуществляться одновременно или непрерывнопоследовательно. Индукционный подогрев переходных зон сопрягаемых поверхностей вала или оси осуществляют предпочтительно до температуры 1-АС 3. Подогревом переходных зон сопрягаемых поверхностей вала или оси создают тепловой подпор, уменьшающий перепад температур по сечению детали, тем самым снижают отвод тепла от поверхностных слоев и таким образом увеличивают эффективную глубину прогрева. Стабильность результатов и конечное качество термообработки обеспечивают режимом подогрева и последующей временной выдержкой. Таким образом, управляя процессом подогрева, достигают получения необходимой температуры в поверхностных слоях перед закалкой переходных зон сопрягаемых поверхностей и, как результат, получения закаленного слоя нужной твердости и глубины, а также нужной усталостной прочности вала или оси. На фиг. 1 показан чертеж закаляемой оси. На фиг. 2 показан разрез по А-А. Способ осуществляют следующим образом. 1. Ось устанавливают в приспособлении закалочного станка и, перемещая ее в осевом направлении, вводят в индуктор зону Б изделия - переходную зону сопрягающихся поверхностей, подлежащую подогреву. Ширина индуктора в этом случае должна быть рав 2 11077 1 2008.08.30 ной или несколько превосходить ширину подогреваемого участка. Производят предварительный индукционный подогрев зоны Б оси при температурах предпочтительно диапазона 1-АС 3. 2. Полуось перемещают в осевом направлении и вводят в индуктор зону В - переходную зону сопрягающихся поверхностей, подлежащую подогреву. Ширина индуктора в этом случае должна быть равной или несколько превосходить ширину подогреваемого участка. Производят предварительный индукционный подогрев зоны В изделия при температурах предпочтительно диапазона 1-АС 3. 3. Таким же образом последовательно прогревают и другие необходимые для предварительного прогрева переходные зоны сопрягаемых поверхностей оси. 4. Ось отводят в исходное положение, осуществляют выдержку по времени после окончания предварительного индукционного подогрева зон Б, В и др. Причем отсчет времени выдержки начинают с момента прогрева первой зоны Б. 5. Перемещают ось и осуществляют индукционную поверхностную закалку и отпуск всей оси, в том числе и предварительно подогретых переходных зон сопрягаемых поверхностей. Если ширина индуктора меньше переходной зоны сопрягаемых поверхностей вала или оси, то подогрев осуществляют непрерывно-последовательным способом. Для этого вал или ось вводят в индуктор, включают нагрев, перемещение вала или оси и проводят непрерывно-последовательный подогрев переходной зоны сопрягаемых поверхностей вала или оси. При выходе зоны из индуктора нагрев выключают. Конечную температуру подогрева регулируют скоростью перемещения вала или оси относительно индуктора. Способ апробирован на опытных партиях полуосей трактора Беларус, изготовленных из стали 40 ХН на Минском тракторном заводе. Исследовалась партия из пяти полуосей (фиг. 1, 2) со следующими параметрами длина детали Ж 790 мм, диаметр цилиндрической поверхности 120 мм, длина предварительно подогреваемых сопрягаемых с цилиндрической поверхностью зон Б 10010 мм,В 10010 мм. Опытные полуоси под 1, 2, 3, прошедшие термообработку известным способом, а полуоси под 4, 5 термообработаны заявленным способом. Все полуоси были подвергнуты сравнительным усталостным испытаниям на изгиб с кручением. Испытания проводились при частоте вращения полуоси 110 об./мин. База испытаний составляла 321 ч, что с заданной нагрузкой эквивалентно числу 2,1106 циклов. Результаты их термообработки и испытаний приведены в таблице. Источники информации 1. А.с. СССР 1276673, МПК С 21 1/78, 1986. Время Темпевыдержратура ки после подоподогрегрева ва С Непрерывно-последовательная закалка на длине Ж Отпуск Непрерывно-последовательная закалка на длине Ж Отпуск Непрерывно-последовательная закалка на длине Ж Отпуск Подогрев переходных зон Б и В. Выдержка по времени Непрерывно-последовательная закалка на длине Ж Отпуск Подогрев переходных зон Б и В. Выдержка по времени Непрерывно-последовательная закалка на длине Ж Отпуск На расстоянии от выхода На дне поНа цилинд- У дна лыски на цилиндрическую верхности,рической радиуса тс. сопряженной поверхность 120 поверхно- лыски,с радиусом Зона Д 10 мм Зона Е 20 мм лыски, зона Г сти, зона Д зона Г 910 трещина на участке выхода лыски трещина на участке выхода лыски трещина на участке выхода лыски Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.