Технические науки/ 8.Обработка материалов в машиностроении

Бергер Е.Э., Сокальский В.Е.

Херсонский национальный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА

ДЕФОРМАЦИЮ ЗАГОТОВОК РАСТОЧНЫХ ОПРАВОК

Инструментальная промышленность выпускает большое количество расточных оправок, применяемых для расточных станков и станков с ЧПУ, изготовляемых из конструкционной легированной стали 40Х или 40ХФА. Для повышения срока службы оправок их подвергают общему или местному упрочнению на заданную твердость различными методами термической или химико-термической (азотирование, карбонитрация) обработки.

Существующий технологический процесс изготовления корпусов оправок включает в себя: механическую обработку с целью получить корпус с заданными формой и размерами; упрочнение — закалку в масле и отпуск при температуре Т=425-525 °С, на требуемую твердость 30—32 НRСэ. При изготовлении корпусов оправок к точности расположения элементов которых предъявляются повышенные требования, пазы и гнезда шлифуют после термической обработки с целью устранить деформацию, вызванную закалкой и отпуском.

Чтобы свести к минимуму трудоемкий и дорогостоящий процесс шлифования корпусов оправок, экспериментально определяли условия проведения термической обработки и азотирования, которые позволили бы снизить возможную деформацию корпусов до минимально допустимого уровня, а также повысить твердость на 5—10 единиц НRСэ до 30—32 НRСэ. Для этого корпуса подвергали улучшению или местной закалке с нагревом ТВЧ, а также газовому азотированию в среде диссоциированного аммиака или карбонитрации в среде продуктов разложения карбамида.

Исследования проводили на заготовках корпусов оправок ø 25-100мм для растачивания отверстий ø 35-200мм, изготовленных из стали 40Х и 40ХФА соответственно.

С помощью прибора Виккерса наносили реперные точки (отпечатки алмазной пирамиды) на торец заготовки оправки на расстоянии 1,5—2 мм от паза для крепления расточного резца и прибором ПМТ-3 измеряли расстояние между этими точками до и после термической или химико-термической обработки. Изменение указанного расстояния служило критерием оценки степени деформации образцов, возникающей при той или иной обработке. Для каждого вида обработки использовали не менее пяти образцов, по которым и определяли среднее значение твердости и деформации.

На основании результатов исследований установлено, что корпуса оправок диаметром до 50 мм из сталей 40Х и 40ХФА целесообразно подвергать ступенчатой закалке в расплаве селитры. Последующий отпуск корпусов оправок при указанных выше условиях обеспечивает твердость 30—32 НRСэ и позволяет уменьшить до минимума их деформацию. Корпуса оправок диаметром более 50 мм целесообразно закаливать в масле, чтобы после отпуска при Т=520- 600 °С сохранить твердость 30—32 НRСэ.

После улучшения заготовки корпусов сначала механически обрабатывали до получения заданных размеров, а затем подвергали азотированию или карбонитрации. Эти процессы могут быть отнесены к низкотемпературному азотированию, поскольку их выполняли при температуре ниже эвтектоидного превращения, при которой независимо от состава среды происходит преимущественное насыщение стали азотом и в диффузионном слое образуются только азотные фазы.

Газовое азотирование корпусов расточных оправок осуществляли в шахтной печи типа при Т=510 °С с выдержкой в течение 36 ч в атмосфере аммиака при степени диссоциации его 15—20 %. Затем их охлаждали сначала в печи в потоке аммиака до Т=200 °С, а потом на воздухе.

Карбонитрацию предварительно улучшенных корпусов из стали 40ХФА осуществляли в шахтной электропечи при Т=540 °С в течение 2 ч в среде продуктов разложения карбамида.

Проведено местное поверхностное упрочнение корпусов из стали 40Х путем закалки ТВЧ с последовательным нагревом до Т=850-880 °С участков торца и спрейерным охлаждением СОЖ, представляющей собой 7—10 %-ный раствор эмульсола в воде. Отпуск проводили в камерной печи при Т=250 °С в течение 2 ч. Твердость обработанной поверхности торца после закалки составляла 55—59 HRCэ, после отпуска 55—57 HRСэ. Глубина закаленного слоя была 1,5—2 мм.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы:

1.Способ и режим улучшения корпусов расточных оправок из сталей 40Х и 40ХФА существенно влияют на их деформацию в процессе последующей химико-термической обработки. Минимальная деформация этих корпусов возникает в результате их химико-термической обработки при температуре Т=510-540 °С и применения при улучшении ступенчатой закалки с выдержкой при Т=160°С и отпуска при Т = 520 °С (600 °С), т. е. на 10 °С (60 °С) выше температуры азотирования и карбонитрации соответственно.

2.Для поверхностного упрочнения корпусов расточных оправок из стали 40ХФА целесообразно использовать процесс карбонитрации в продуктах разложения карбамида, который обеспечивает высокую скорость насыщения углеродом и азотом (при Т=540°С за 2 ч получают насыщенный слой глубиной не менее 0,3 мм).

3.Поверхностное упрочнение торцов корпусов расточных оправок из стали 40Х целесообразно осуществлять путем местной закалки с нагревом ТВЧ и последующим спрейерным охлаждением эмульсией.