Obrabotka Metallov 2012 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (57) 2012 80 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ изотермическая закалка: образцы подвергали нагреву до температуры 860 °С с последующим охлаждением в расплаве солей при температуре 350 или 450 °С. Время изотермической выдерж- ки было равно 40 мин. Обработанные по различным технологиям образцы из стали 40Х2Н2МА испытывали рас- тяжение, ударный изгиб, сопротивление разру- шению при циклическом растяжении и сжатии. Статические испытания на растяжение проводи- ли на универсальном измерительном комплексе Instron 300 DX в соответствии с требованиями ГОСТ 1497-84. Испытания на ударный изгиб осуществляли на автоматизированном маятни- ковом копре MetroСom 06103300 с энергией уда- ра 300 Дж. Оценку сопротивления стали уста- лостному разрушению при воздействии на нее циклической растягивающей нагрузки проводи- ли на гидравлическом испытательном комплек- се Instron 8801. Частота нагружения составляла 5 Гц, амплитуда нагрузки была равна 30 кН. Для испытаний использовали плоские образцы раз- мером 100×20×4 мм с концентратором напряже- ния. Испытания на долговечность при ударно- циклическом нагружениии проводили на уста- новке электромагнитного типа, реализующей схему ударного сжатия образцов размером 35×10×3 мм. На боковые поверхности образ- цов были нанесены концентраторы напряжения. Испытания проводили с частотой 500 ударов в минуту при энергии единичного удара, равной 7 Дж. В ходе испытаний оценивали время зарож- дения в образцах усталостных трещин и количе- ство циклов до полного разрушения образцов. Результаты экспериментов и их обсуждение Результаты математического моделирования напряженно-деформированного состояния мате- риалабойкаприеговзаимодействиисинструмен- том показали, что наиболее нагруженной частью бойка является хвостовик, в котором возникают напряжения величиной 320 МПа (рис. 1). Лите- ратурные данные свидетельствуют, что высокая надежность деталей ударных механизмов может быть обеспечена, если максимальная нагрузка в цикле не превышает половины предела текуче- сти стали [3]. Таким образом, при термической Рис. 1 . Распределение напряжений в бойке обработке бойка целесообразно использовать режимы, обеспечивающие предел текучести не менее 650 МПа. Результаты статических испытаний на рас- тяжение позволили установить, что заданный уровень предела текучести может быть обеспе- чен, если температура отпуска после закалки не превышает 500 °С. При изотермической закал- ке необходимый уровень механических свойств стали может быть получен при температуре охлаждающего расплава соли, равной 350 °С. Показатели механических свойствах стали, тер- мически упрочненной по различным режимам, приведены в таблице. Результаты усталостных испытаний образцов при воздействии на них циклической растягива- ющей нагрузки показали, что сталь 40Х2Н2МА, упрочненная по технологии изотермической за- калки, обладает полуторакратным преимуще- ством в усталостной трещиностойкости по срав- нению со сталью в закаленном и отпущенном состоянии (при аналогичном уровне твердости HRC 37–40). В условиях нагружения цикли- ческим сжатием сталь со структурой нижнего бейнита обладает более высоким сопротивлени- ем усталостному разрушению по сравнению со сталью, упрочненной закалкой с отпуском. Сле- дует отметить, что по показателю ударной вяз- кости изотермически закаленная сталь не имеет существенных преимуществ по сравнению со сталью после закалки с отпуском до сопостави- мого уровня твердости. Высокие усталостные свойства стали со структурой нижнего бейнита могут быть объ- яснены тем, что по сравнению с традиционной