Болт (варианты)

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Константинов Валерий Михайлович Ткаченко Глеб Александрович Сушко Иван Сергеевич Казак Михаил Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) 1. Болт, включающий цилиндрический стержень с головкой на одном конце и с внешней резьбой на другом конце, выполненный из конструкционной стали с содержанием углерода 0,1-0,5 мас. , отличающийся тем, что поверхностный слой головки имеет структуру мартенсита отпуска, легированного азотом, сердцевина головки - структуру мартенсита отпуска, поверхностный слой и сердцевина резьбовой части стержня имеют структуру перлита и феррита или троостита, или сорбита. 2. Болт, включающий цилиндрический стержень с головкой на одном конце и с внешней резьбой на другом конце, выполненный из конструкционной стали с содержанием углерода 0,1-0,5 мас. , отличающийся тем, что головка имеет структуру мартенсита отпуска, поверхностный слой и сердцевина резьбовой части стержня имеют структуру перлита и феррита или троостита, или сорбита. 14887 1 2011.10.30 Изобретение относится к крепежным изделиям, в частности к болтам, и может применяться в резьбовых соединениях для крепления деталей почвообрабатывающей техники лемехов, долот, полевых досок, грудей отвала и др., а также для других деталей, где требуется высокая износостойкость крепежных изделий. Известен болт 1, включающий цилиндрический стержень с головкой на одном конце и с внешней резьбой на другом конце, выполненный из конструкционной стали с содержанием углерода 0,1-0,5 мас. . Однако болт предназначенный для крепления деталей почвообрабатывающей машины, имеет низкий ресурс эксплуатации в полевых условиях из-за следующих недостатков болт выполнен из конструкционной углеродистой стали марки 20, после холодной высадки без закалки и отпуска имеет низкую твердость 190-250 на головке и на резьбовой части со структурой феррита и перлита, которая не обеспечивает достаточной износостойкости при эксплуатации головки болта в абразивной среде. Однако такая структура является оптимальной для придания прочности резьбовой части болта болт выполнен из конструкционной легированной стали марки 40, после горячей высадки с закалкой и отпуском при температуре 380-450 С имеет твердость 320-435 на головке и резьбовой части со структурой троостита или сорбита, которые не обеспечивают достаточной износостойкости при эксплуатации головки болта в абразивной среде. Однако такие структуры являются оптимальными для придания прочности резьбовой части болта болт, выполненный из конструкционной легированной стали марки 40, после горячей высадки с закалкой и отпуском при 200 имеет твердость 500-600 на головке и резьбовой части со структурой мартенсита отпуска и остаточного аустенита, которая обеспечивает высокую износостойкость при эксплуатации головки болта в абразивной среде. Однако такая структура является нежелательной для резьбовой части болта, так как обладает малой ударной вязкостью, что может привести к хрупкому разрушению болта по резьбовой части или в месте ее соединения с головкой в процессе эксплуатации известный крепежный элемент не обеспечивает согласованного ресурса эксплуатации узла деталь - болт из-за того, что происходит преждевременный износ головки болта, приводящий к отрыву детали от корпуса плуга. Задачей, решаемой изобретением, является увеличение износостойкости головки болта, устранение хрупкого разрушения во время эксплуатации в полевых условиях, обеспечение согласованного ресурса эксплуатации узла деталь - болт и сохранение прочности крепежного изделия. Поставленная задача по первому варианту достигается тем, что в болте, включающем цилиндрический стержень с головкой на одном конце и с внешней резьбой на другом конце, выполненном из конструкционной стали с содержанием углерода 0,1-0,5 мас. , поверхностный слой головки имеет структуру мартенсита отпуска, легированного азотом,сердцевина головки - структуру мартенсита отпуска, поверхностный слой и сердцевина резьбовой части стержня имеют структуру перлита и феррита или троостита, или сорбита. Среди существенных признаков, характеризующих предложенный болт, выполненный по первому варианту, отличительными являются изготовление болта с головкой, содержащей поверхностный слой со структурой мартенсита отпуска, легированного азотом. При этом легированный азотом мартенсит отпуска обеспечивает высокую износостойкость, твердость 900 , обеспечивая меньшее внедрение и резание абразивных частиц почвы, значение твердости которых сопоставимо с твердостью поверхности головки болта 900-1500 изготовление болта с головкой, содержащей сердцевину со структурой мартенсита отпуска. При этом мартенсит отпуска обеспечивает высокую твердость 500-600 , тем самым обеспечивая длительность работы головки болта после изнашивания поверхностного слоя из мартенсита отпуска, легированного азотом 2 14887 1 2011.10.30 кроме того, поверхностный слой и сердцевина резьбовой части стержня имеют структуру перлита и феррита или троостита, или сорбита, что обеспечивает прочность болта. Поставленная задача по второму варианту достигается тем, что в болте, включающем цилиндрический стержень с головкой на одном конце и с внешней резьбой на другом конце, выполненном из конструкционной стали с содержанием углерода 0,1-0,5 мас. , головка имеет структуру мартенсита отпуска, поверхностный слой и сердцевина резьбовой части стержня имеют структуру перлита и феррита или троостита, или сорбита. Среди существенных признаков, характеризующих предложенный болт, выполненный по второму варианту, отличительными являются изготовление болта с головкой, имеющей структуру мартенсита отпуска. При этом мартенсит отпуска имеет высокую твердость 500-600 , тем самым обеспечивая хорошую износостойкость головки болта в условиях абразивного изнашивания кроме того, поверхностный слой и сердцевина резьбовой части стержня имеют структуру перлита и феррита или троостита, или сорбита, что обеспечивает прочность болта. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 показаны конструкции крепежных изделий. Болт содержит головку 1, резьбовую часть 2, включающую сердцевину 3 и поверхностный слой 4. По первому варианту головка 1 болта содержит сердцевину 5 со структурой мартенсита отпуска и остаточного аустенита и поверхностный слой 6 со структурой износостойкого легированного азотом мартенсита отпуска. Резьбовая часть 2 болта содержит сердцевину 3 и поверхностный слой 4 со структурой феррита и перлита или троостита,или сорбита. Головка 1 болта подвергнута локальному поверхностному легированию азотом и поверхностному упрочнению - закалке и отпуску. По второму варианту головка 1 болта имеет структуру мартенсита отпуска и остаточного аустенита. Резьбовая часть 2 болта содержит сердцевину 3 и поверхностный слой 4 со структурой феррита и перлита или троостита, или сорбита. Головка 1 болта подвергнута поверхностному упрочнению - закалке и отпуску. Крепежное изделие (по первому варианту), изготовленное из конструкционной стали с содержанием углерода 0,1-0,5 мас. , подвергается локальному поверхностному легированию азотом и поверхностной закалке с отпуском. Крепежное изделие (по второму варианту), изготовленное из конструкционной стали с содержанием углерода 0,1-0,5 мас. ,подвергается поверхностной закалке с отпуском. Что позволяет изменить однородную(гомогенную) структуру головки болта на неоднородную (макрогетерогенную) структуру поверхности, сердцевины головки со структурой феррита и перлита или троостита, или сорбита резьбовой части болта, придав высокую твердость головке, сохранив прочность. После операции диффузионного легирования и термической обработки конструкция болта представляет собой макрогетерогенную структуру. По первому варианту головка 1 болта состоит из двух износостойких слоев с разными характеристиками сердцевина 5 с износостойкой структурой мартенсита отпуска и остаточного аустенита величиной минимум 5 мм с твердостью 350-600 поверхностный слой 6 имеет износостойкую мартенситную структуру отпуска, легированную азотом, и остаточный аустенит величиной 0,1 до 0,6 мм с твердостью 900 . Содержание легирующего элемента - азота - 0,1-0,8 мас. . По второму варианту головка 1 болта имеет структуру износостойкого мартенсита отпуска величиной минимум 5 мм с твердостью 500-600 . Таким образом, сформированная макрогетерогенная структура обеспечивает увеличение износостойкости головки болта, устранение хрупкого разрушения во время эксплуатации в полевых условиях, согласованный ресурс эксплуатации узла деталь - болт и сохранение прочности крепежного изделия. 14887 1 2011.10.30 Характеристики износостойкости и механической прочности предлагаемого изобретения были подтверждены ресурсными испытаниями в полевых условиях, а также механическими испытаниями на разрыв. Характеристики крепежных изделий - болтов с высотой головки 8 мм - представлены в таблице. Сталь конструкционная Углеродистая Структура по сечению болта Резьбовая Головка часть феррит и феррит и перперлит лит легированный азотом мартенсит феррит и перлит мартенсит холодная высадка холодная высадка, диффузионное легирование,поверхностная закалка и отпуск горячая высорбит садка, закалка или трои отпуск остит горячая высадка, закалка сорбит и отпуск, поили троверхностная остит закалка и отпуск Износостойкость крепежных изделий, выполненных по первому и второму варианту,оказалась выше серийно выпускаемых в 1,5-1,8 раз. Эксплуатация предложенного болта является стандартной. Однако, за счет сформированной макрогетерогенной структуры, болт обладает более высокими показателями эксплуатационных характеристик, так как в нем сочетается высокая износостойкость головки и механическая прочность и отсутствует хрупкое разрушение. Это значительно отличает его от известных крепежных изделий, используемых для крепления деталей почвообрабатывающих машин. Источники информации 1 Болты, винты, шпильки и гайки. Механические свойства и методы испытаний. ГОСТ 1759.4 - 87. - С. 3, 27. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5