СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛЕЙ НИЗКОЙ ТВЕРДОСТИ
METHOD OF TREATMENT OF STEEL ARTICLES OUT OF LOW HARDNESS STEELS

Изобретение относится к технологии машиностроения, к обработке металлов, в частности к обработке наводороживанием поверхности стальных изделий, и может быть использовано для подготовки изделий из сталей низкой твердости к эксплуатации после финишной механической обработки с целью повышения качества поверхности при наименьших затратах.
Известны способы обработки заготовок из закаленных и высокопрочных труднообрабатываемых сталей с целью облегчения их механической обработки, включающие предварительное электрохимическое наводороживание поверхностного слоя без нагревания [Авторское свидетельство SU 514662, B23B 1/00, 1976 г.] и в условиях температурного градиента [Авторское свидетельство SU 872036, B23B 1/00, 1981 г.] с последующей механической обработкой и длительным обезводороживанием заготовок при комнатной температуре.
Недостатками известных способов являются повышение хрупкости подвергшихся наводороживанию поверхностей и необходимость длительной операции по обезводороживанию. А также возникающие в условиях температурного градиента, деформации от нагрева.
-4
Известен способ обработки заготовок из титановых сплавов, включающий предварительное наводороживание заготовки в среде газообразного водорода при температуре 750±50°C и механическую обработку резанием с последующим обезводороживанием путем вакуумного отжига при температуре 750±50°C и давлении не более 10 мм рт. ст. [Авторское свидетельство SU 1703259, B23B 1/00, 1992 г.].
Недостатком данного способа является необходимость обезводороживания, использование вакуумной установки и деформации от нагрева.
Известен способ изменения пластичности низкоуглеродистых нелегированных спокойных сталей наводороживанием путем катодного электрохимического обезжиривания материала в течение 90-120 мин при температуре от 80°C до 90°C с последующим обезводороживанием при температуре (190±10)°C в течение двух часов [Патент RU 2309184, C21D 6/00, 27.10.2007].
Недостатком данного способа являются деформации от нагрева в процессе обработки сталей, в результате чего способ не подходит для использования при финишной обработке готовых изделий.
2
2
Наиболее близким по сущности к предлагаемому способу является способ обработки стальных изделий с целью упрочнения их поверхностного слоя [Патент RU 2083689, C21D 3/06, 10.07.1997], заключающийся в финишной механической обработке изделий, дальнейшему их наводороживанию электролитическим методом при плотности тока катодной поляризации от 0,05-0,15 A/дм (5-15 A/м), и последующему обезводороживанию путем выдерживания при комнатной температуре в течение 10 ч.
К недостаткам такого способа следует отнести необходимость отдельной и длительной операции - обезводороживания, повышенную шероховатость поверхности изделий после финишной механической обработки при использовании металлов низкой твердости (из-за наличия задиров и наплывов), необходимость многократной машинно-ручной доводки или полирования для повышения качества поверхности изделий.
Задача изобретения заключается в снижении шероховатости поверхности после финишной механической обработки изделий из металлов низкой твердости.
Техническим результатом является упрощение способа обработки стальных изделий из сталей низкой твердости.
2
Технический результат достигается в способе обработки стальных изделий из сталей низкой твердости, включающем финишную механическую обработку и электролитическое наводороживание при комнатной температуре, при этом электролитическое наводороживание проводят перед финишной механической обработкой в течение 60-80 минут при плотности тока катодной поляризации 7,5 A/м, а механическую обработку осуществляют на глубину припуска 0,4 мм.
2
Сущностью способа является то, что электролитическое наводороживание осуществляется перед финишной механической обработкой стальных изделий. При этом происходит повышение твердости поверхности стальных изделий на глубину припуска, после чего в результате финишной механической обработки (хонингованием) наводороженный припуск с растворенным водородом срезается, а в результате повышения твердости поверхности - снижается шероховатость поверхности стальных изделий. Наводороживание проводится в течение 60-80 минут при плотности тока катодной поляризации 7,5 A/м, а финишную механическую обработку осуществляют на глубину припуска 0,4 мм.
Таким образом, достигается снижение шероховатости поверхности стального изделия, отпадает необходимость в проведении дополнительной операции - обезводороживания и существенно уменьшается время обработки стальных изделий из сталей низкой твердости.
На фиг. 1 изображен график зависимости твердости поверхности образца от времени наводороживания для сталей 09Г2С (I) и 12Х18Н10Т (II).
На фиг. 2 изображен график зависимости твердости поверхности образца от плотности тока катодной поляризации для сталей 09Г2С (I) и 12Х18Н10Т (II).
На фиг. 3 изображен график изменения твердости по глубине слоя поверхности образца после наводороживания для сталей 09Г2С (I) и 12Х18Н10Т (II).
На фиг. 4 показана профилограмма обработанной поверхности образца после хонингования без предварительного наводороживания для стали 09Г2С.
На фиг. 5 показана профилограмма обработанной поверхности образца после хонингования без предварительного наводороживания для стали 12Х18Н10Т.
На фиг. 6 показана профилограмма обработанной поверхности образца после хонингования с предварительным наводороживанием для стали 09Г2С.
На фиг. 7 показана профилограмма обработанной поверхности образца после хонингования с предварительным наводороживанием для стали 12X18H10T.
Пример
Были проведены эксперименты с цилиндрическими образцами из сталей низкой твердости: низколегированной, хладостойкой стали 09Г2С и высоколегированной, нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
2
4
2
Цилиндрические образцы подвергали наводороживанию путем насыщения водородом их внутренней поверхности при комнатной температуре (20-25°C). Насыщение поверхности водородом производили в электролитической установке с титановым анодом, покрытым окисью рутения. В качестве электролита использовали 0,1 н. р-р HSO+0,5 г/литр тиомочевины. Наводороживание проводили в течение 60-80 минут при плотности тока катодной поляризации 7,5 A/м.
После наводороживания проводили измерение твердости внутренней поверхности образца на твердомере ПМТ-3M.
Затем осуществляли финишную механическую обработку, хонингование внутренней поверхности образца с жестким закреплением хонинговальной головки и плавающим, шарнирно закрепленным, приспособлением для крепления образца. Хонингование проводили на глубину припуска 0,4 мм, на хонинговальном станке ОФ-38А. В качестве абразивного инструмента использовали бруски из электрокорунда белого маркировки БП 70×5×4WAF 120 O 8 Б, а в качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовали смесь из 70% керосина и 30% индустриального масла 20.
После финишной механической обработки внутренней поверхности цилиндрических образцов проводили измерение шероховатости обработанной поверхности на профилографе модели ПМ 7 производителя «Абрис».
По результатам экспериментов были построены эмпирические кривые зависимости твердости поверхности НВ от времени наводороживания (Фиг. 1). Из графика видно, что твердость внутренней поверхности цилиндрического образца быстро увеличивается в течение первых 60-80 минут воздействия. При этом твердость внутренней поверхности образца относительно изначальной твердости увеличивается для стали 09Г2С НВ в 1,76 раза, для стали 12Х18Н10Т - в 1,45 раза. Дальнейшее наводороживание приводит к незначительному увеличению твердости и, вследствие увеличения глубины наводороженного слоя, может приводить к повышению хрупкости поверхности готового изделия.
2
2
Были проведены эксперименты по наводороживанию внутренней поверхности цилиндрических образцов при разных значениях плотности тока катодной поляризации (Фиг. 2). Наводороживание при плотности тока катодной поляризации ниже 7,5 A/м на образцах из сталей 09Г2С НВ и 12Х18Н10Т становится невозможным из-за малых токов. С увеличением плотности тока катодной поляризации более 7,5 A/м твердость поверхности образца снижается.
Для определения изменения твердости по глубине слоя поверхности образца после наводороживания (Фиг. 3), после наводороживания образец разрезали и с помощью микротвердомера ПМТ-3M через каждые 0,2 мм замеряли значения твердости. Из полученных результатов видно, что высокая твердость поверхности образца после наводороживания сохраняется на глубине слоя до 0,5 мм. С дальнейшим увеличением глубины слоя, твердость слоев резко понижается.
После наводороживания проводили финишную механическую обработку хонингованием внутренней поверхности цилиндрического образца на глубину слоя 0,4 мм. На профилографе ПМ 7 провели измерение микропрофиля обработанной поверхности образцов, подвергшихся наводороживанию, и образцов, не подвергшихся наводороживанию. Результаты измерения приведены на профилограммах (Фиг. 4-7).
Шероховатость поверхности после хонингования для стали 09Г2С без наводороживания составляет Ra=1,45 мкм (Фиг. 4). Шероховатость поверхности после хонингования для стали 12Х18Н10Т без наводороживания составляет Ra=1,35 мкм (Фиг. 5). Шероховатость поверхности после хонингования для стали 09Г2С с наводороживанием составляет Ra=0,94 мкм (Фиг. 6). Шероховатость поверхности после хонингования для стали 12Х18Н10Т с наводороживанием составляет Ra=0,85 мкм (Фиг. 7).
Предложенный способ обработки с предварительным наводороживанием позволяет снизить параметр шероховатости Ra на 35% для стали 09Г2С и на 37% для стали 12X18H10T.
2
Таким образом, предложенное техническое решение, при котором электролитическое наводороживание проводят перед финишной механической обработкой в течение 60-80 минут при плотности тока катодной поляризации 7,5 A/м, а механическую обработку осуществляют на глубину припуска 0,4 мм, позволяет упростить способ обработки стальных изделий из сталей низкой твердости и снизить шероховатость поверхности изделий после их финишной механической обработки.