Способ термической обработки металлических изделий

Способ термической обработки металлических изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1235937

А 1 д11 4 С 21 D 1/78

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ - .. ."-:- ::

2Х Z лТ

> — - — - — - — е (8 — 3„) о-S, Т ат = Т„- (1 - — — -"- ° — - -) 4о„Т„-2Т„

< 6 — (1 — — ") Ионс 8 +б и с (21) 3825976/22-02 (22) 13.12.84 (46) 07.06.86. Бюл. № 21 (71) Владимирский политехнический институт (72) А.К.Волков, Г.П.Иванов, П.К.Ходжер, К.В.Двояшов, В.N.Èàëàôåичев, З.И,Мартынова и Ю.В.Образцов (53) 621,785.5 (088.8) (56) Патент США № 3865638, кл. С 21 РЗ/04, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 659637, кл. С 21 D 1/78, 1978. (54)(57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий сквозную закалку, низкий отпуск, дополнительный скоростной нагрев поверхности и охлаждение, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения конструктивной прочности, скоростной нагрев поверхности проводят до Аг, 30-400 С на глубину 3 определяемую из соотношения где К вЂ” доверительный коэффициент, К )2;

37 — диаметр изделия;

6, иб„- соответственно пределы прочности сердцевины и поверхности;

С „, — максимально возможная глубина поверхностного дефекта а охлаждение проводят со скоростью где к — среднее значение коэффициента температуропроводности; .

Z„ — аргумент функции ошибок для

Т значения СР (Z) Г„

Т» Т„, ьФ соответственно температуры нагрева поверхности, низкого отпуска и температурного интервала охлаждения, С, 1235937

8 =0,1Е1—

Гр в с прочности при растягде о " предел

8 женин;

Š— модуль

С вЂ” длина

P -- радиус

Зная прочно ком состоянии, метры исходной длину

35 упругости; трещины; вершины трещины. сть материала в хрупможно оценить паратрещины, в частности

С -(- — ) r

О 1Е (2)

Известно также, что приведение материала в пластическое состояние способствует нейтрилизации очагов хрупкого разрушения, но приводит к разупрочнению всего изделия из-эа снижения устойчивости и к пластической деформации. Очевидно оптимальное состояние для изделия с поверхностными дефектами — состояние с пластической поверхностью, твердой и прочной сердцевиной, Минимально необходимую глубину пластического слоя можно оценнть, используя формулу (2) 50

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве упрочняющей термической обработки изделий из стали и сплавов в автотракторостроении, сельскохо- 5 зяйственных машинах с массовым производством однотипных, преимущественно осесимметричных, тяжелонагруженных деталей из конструкционных сталей. 10

Цель изобретения — повышение конструктивной прочно,ти, Предлагаемый способ позволяет сравнительно просто создать оптимальное распределение структур и свойств в поперечном сечении Иэделия, которое но своим свойствам приближается к композиционным материалам, сочетающим высокую прочность, твердость и

ypàðHóþ вязкость. 20

Известно, что наибольшее количество дефектов, ответственных за хрупкое разрушение, образуется вблизи поверхности изделия в результате воздействия различных видов обработок. Опасность дефекта, например трещин, зависит от ее длины и эффективного радиуса при вершине, что выражается в формуле дпя прочности хрупких материалов с трещиной:

> KC (3) макс

G !Е

- (—, --) Р макс м»кс, .8 М>1Н

К вЂ” доверительный коэффициент, К >2.

Необходимо также, чтобы глубина распространения пластического слоя ограничивалась необходимым сечением сердцевины для проявления эффекта упрочнения

Р, > Р„ где 1?, и Р„ — максимальные нагрузки, приходящиеся соответственно на сердцевину и пластический слой.

Для осесимметричных изделий условие (4) раскрывается в виде б К(a-3) >Ь„11IR -(П-S)j, (5) где 6 и 6„ — прочности сердцевины и пластической поверхности соответственно;

H — радиус изделия.

Решение (5} относительно b дает (> < H(l (6)

Соотношения (3) и (6) дают усло-. вия для определения глубины пластической зоны

D I 6 (1"- ° )> О> К (7)

П с

При нагреве поверхности до температур >1 на 30-400 С ниже Л „ происходит отпуск приповерхностной эоны и исключается повторная закалка при быстром охлаждении. Последнее производится со скоростью с Н (8)

1Г- 8„1 с целью предотвращения распростра— нения зоны отпуска за указанные пределы> а также развития отпускной хрупкости.

Скорость охлаждения оценивается из условия предотвращения распространения температуры отпуска за заданнйе пределы. Если поверхность быстро прогревается до температуры Т„ -на глубину 8„ (глубина распространения тепла эа это время мала по сравнению с 8„ ), то, очевидно, необходиt

Т = Т Р (— — — --). и

20 а

V = ь Т/-.8

«х Т

2f t, Т, h

Р (— — — --)=2 /Я Т„

Таким образом, если Р (Z )

Т в,ИПа

Вид термообработки по способу

8,MIIa

6 МПа 6, ИПа

5,%:-. ч, %

Известный

1000

800

Предлагаемый, 2230

1510 2730 б

ВНИИПИ Заказ 3063/25 Тираж 552 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мая скорость охлаждения определяется временем в течение которого иэо.1. терма температуры отпуска достигнет глубины S . Если за это время 7 охладить поверхность на 6Т, то дальнейшее распространение фронта вглубь иэделия замедлится и прекратится. Отсюда, если принять начальную температуру за 0 С, hT у (8)

1 р

Если о (D/2, то для простоты определения 1 можно воспользоваться решением уравнения теплопроводности в виде функции ошибок

Движение изотермы Т тогда опрен деляется условием и фронт достигает о, когда то время определяется из условия

8 н

t 7 (10) 4Е„Я

Полученная оценка (10) является нижним пределом в силу допущения (9) г > . аТ вЂ” оценивается из теплового баланса и соответствует условно ос1235937 4 тавшемуся количеству тепла после прохождения заданного отпуска. Тепло, необходимое для отпуска, можно оценить, исходя из геометрических соображений по кривой 7{51, аппроксимируя ее прямой, проходящей через точки (0,5 Т„,8„ ) и (Т„, 5 ). Тогда

О, 25 T„(5- 8„)

Т вЂ” 2Т

Р П где полное тепло Я,= Т„„ а °

Оставшееся количество теплоты

Ол — О -О„,— ТЬ„(1, - ) о — о„Т

15 4 и и; н откуда, 8- 8„T Т = Т, (1- — --" — ° -- --- )

48 „Т, -2Т„

Пример. Способ опробован на образцах диаметром 10 мм и базовой длиной 100 мм из стали 40ХН. Образ25 цы закаливают от температуры 840

850 С в селитровой ванне с темпера1 турой 1 60 — 1 80 С и выдерживают

30 мин. После этого производят отпуск поверхности на высокочастотной

З0 индукционной установке с выходной мощностью 10 кВт и частотой 440 кГц.

Нагрев и охлаждение производят непрерывно — последовательно в воду, и регулируют скоростью прохождения образца в индукторе. Поверхность

0 прогревают до 700 С, скорость охлаждения достигает 800 град/с, при этом поверхность отпускают на глубину, 1,5-2 мм, что согласуется с

40 формулой (8). Образцы подвергают испытанию на разрыв. Результаты и данные для сравнения приведены в таблице (раэброс данных не виходит за пределы +5%).