Способ закалки цилиндрических длинномерных стальных изделий

Способ закалки цилиндрических длинномерных стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„444365 A 1 (50 4 С 21 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ.яиРлжжь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (? 1) 4256066/3 1-02 (22) 07. 04.8 7 (46) 15. 12.88. Бюп ° № 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения им. А.И. Целикова (72) С.Н. Фетисов, К.Ф. Куликов, M.À. Поздняков, В.В. Борисенко, А.Е. Рогов и А.Н. Панкратов (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1016382, кл. С 21 9 9/08, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1376568, кл. С 21 D 1/60, 1985. (54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

ДПИННОИЕРНЫХ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей машин типа валов. Цель изобретения — улучшение качества путем равномерного распределения механических свойств по длине изделия. Сущность изобретения состоит в том, что иэделия, нагретые до температуры закалки, охлаждают путем погружения их в вертикальном положении во внутреннюю камеру двухкамерной ванны 1 и. создают в последней циркулирующий поток закалочной жидкости, восходящая ветвь которого находится во внутренней камере 2 ° а нисходящая — во внешней камере 3.

Причем между поверхностью изделия и стенкой внутренней камеры 2 поддерживают равномерный в горизонтальной проекции и уменьшающийся от нижней части к верхней зазор. Внутренняя камера имеет форму усеченного конуса.

2 ил., 1 табл.

1 1444365

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей машин типа валов.

Цель изобретения — улучшение качества путем равномерного распределения механических свойств по длине изделия .

На Фиг. 1 изображена закалочная ванна с погруженным в нее изделием, где показана циркуляция закалочной жидкости по контуру, проходящему по внешней камере и в зазоре между изделием и стенкой внутренней камеры;, на фиг.2 — графики охлаждения различных сечений изделия по его длине в зависимости от времени, наложенные на термокинетические диаграммы распада аустенита стали изделия. 20

Закалочная ванна 1 содержит внутреннюю 2 и внешнюю 3 камеры.

На фиг. 2 кривая охлаждения I co1 .ответствует охлаждению сечения I в верхней части изделия, кривая охлаж- 25 дения II соответствует охлаждению сечения II в нижней части изделия.

Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу закалки цилиндрических дпинномерных стальных 30 изделий, включающему охлаждение на-. . гретых до температуры закалки изделий путем погружения их в вертикальном положении во внутреннюю камеру дВухкамернОЙ Ванны и сОздания В ПО 35 следней циркулирующего потока закалочной жидкости, восходящая ветвь которого находится во внутренней камере, а нисходящая — во внешней камере, в продолжении всего процесса охлаждения между поверхностью изделия и стенкой внутренней камеры поддерживают равномерный в горизонтальной проекции и уменьшающейся от нижней части к верхней зазор, максималь-45 ная величина которого определяется иэ соотношения мн

Т путем погружения изделия во внутреннюю камеру, выполненную в виде усеченного конуса с телесным углом конусности, определяемым из соотношения

o(= arctic 3 3

1рад

Такое выполнение способа закалки цилиндрических длинномерных стальных изделий обеспечивает большую скорость охлаждающего парожидкостного потока, омывающего верхнюю часть изделия, и меньшую скорость охлаждающего парожидкостного потока, омывающего нижнюю часть изделия.

Образующиеся при погружении нагретого изделия в закалочную жидкость пузырьки газа под действием подъемной силы устремляются вверх. В своем движении пузырьки пара нагревают жидкость, смешиваются с ней и при достаточно узком зазоре между изделием и внутренней стенкой камеры он оказыва-! ется заполненным двухфазным парожидкостным потоком, направленным вверх.

Каждая вновь прибывающая порция парожидкостной смеси, оказываясь в своем движении у верхней кромки внутренней камеры, освобождается от пара, переливается через упомянутую кромку в объем внешней камеры и, перемешива.ясь конвективным образом, охлаждается в ней. Во внутреннюю камеру с иэделием, как насосом, всасывается охлажденная закалочная жидкость из внешней камеры.

Для каждого данного расхода паро.жидкостной смеси линейная скорость ее подъема в зазоре тем больше, чем меньше площадь сечения этого зазора.

Интенсивность теплообмена изделия и движущейся парожидкостной смеси увеличивается с увеличением скорости движения парожидкостной смеси. В данном случае достаточно точным для практической реализации можно принять линейную аппроксимацию зависигде Н вЂ” высота закаливаемого издеЛИЯ, М3

- коэффициент кинематической

ВязкОсти закалочной жидкос 55 ти при температуре насыщения, IIa/с; ускорение силы тяжести, м/c ;

А температурный коэффициент объемного расширения закалочной жидкости при температуре насыщения, 1/ С; температура начала мартенситного превращения материала изделия, С; температура закалочной жидкости во внешней камере, С, 1444365 мости интенсивности теплообмена между изделием и закалочной жидкостью от скорости подъема последней в зазоре.

Таким образом, при осуществлении процесса закалки длинномерных изделий по данному способу некоторое отставание в скорости охлаждения верхней части изделия, обусловленное тем, 11 что сначала в закалочную жидкость погруждается нижняя часть иэделия, а затем верхняя, компенсируется ее приращением за счет увеличения скорости движения закалочной жидкости, омывающей изделие. Так как в конечном итоге время охлаждения различных участков изделия по его длине оказывается одинаковым, то эти участки в процессе закалки приобретают одинаковые значения твердости, механической прочности, вязкости и т.п. Кроме того, преимуществом данного способа закалки длинномерных стальных изделий является простота его конструктивного 25 исполнения.

Пример. Способ закалки цилиндрических длинномерных стальных изделий был опробован при темп-термообработке ходового вала диаметром 40 мм,дли-ЗО ной 12000 мм иэ ст. 45Х (0,44% С, О,?2% Si, 0,80 Мп, 1,04% Cr, 0,26% Ni . Мп = 350 С) . Вал закаливался с о температуры 840 С в масле марки

МС-20, у которого кинематическая вяз35 кость при температуре насьппения рав4 на 6,59х10 Па/с. Вал при закалке размещался во внутренней камере закалочной ванны с конической внутренней стенкой, причем равномерный зазор внизу бып равен где Т „„ - температура эакалочной жидкости во внешней камео ре, С;

40 Н вЂ” высота закаливаемого иэделия; — коэффициент кинематической вязкости закалочной жидкости при температуре насыщения; — ускорение свободного падения; р — температурный коэффициент объемного расширения закалочной жидкости при температуре насыщения;

М вЂ” температура начала мартенситного превращения во внешней камере, 55 o T H H ч a M щ H и с H TeM что с целью улучшения качества путем равномерного распределения механических свойств по длине изделия, охлаждение осуществляют во внутренней камере, 0,13 м

3 25 .

130 мм, а угол конусности стенки внутренней камеры равен arctg 3,3

После отпуска при 180 С в течение

120 мин средняя твердость по длине вала составила 50-51 ед.НКС, что удовлетворяет техническим условиям на вал.

Результаты серии циклов термообработки валов при различных значениях зазора и угла конусности стенки внутренней камеры приведены в таблице.

Из таблицы следует, что величина зазора между поверхностью изделия и стенкой внутренней камеры в нижней его части, а также угол конусности стенки внутренней камеры, определенные в соответствии с предлагаемыми формулами для их определения, задают наилучшие в данном случае результаты термообработки валов в отношении равномерности закалки по их длине.

По сравнению с известным выполнение предлагаемого способа закалки длинномерных стальных иэделий обеспечивает повьппение равномерности закалки изделий по их длине, тем самым их качества и работоспособности.

Формула изобретения

Способ закалки цилиндрических длинномерных стальных изделий, включающий нагрев выше Асэ, охлаждение путем погружения изделия в вертикальном положении во внутреннюю камеру заданной формы двухкамерной ванны с закалочной жидкостью, создание в жидкости циркулирующего потока, восходящая ветвь которого находится во внутренней камере, а нисходящаяво внешней камере, обеспечение зазора между изделием и стенкой внутренней камеры в нижней ее части величиной

1444365 имеющей форму усеченного полого конуса, широким торцом обращенным книзу ванны, с телесным углом конусности

4= arctg3 3

g /3H (̄— Т, ) Способ

Зазор, мм

Угол конусности, град, мин

Результаты термообработки

3 25

130

3 25/

160

3 25

100

130

Сп.дняя твердость по длине вала 49 ед.

HRC, максимальный перепад в твердости по длине вала 3 ед. HRC 4Ь 88

Составитель А. Кулемин

Редактор Х. Недолуженко Техред М. Ходанич

Корректор С.йекиар

Подписное

Заказ 6458/28 Тираж 545

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r ° Ужгород, ул. Проектная, 4

Удовлетворительная прочность и работоспособность вала, средняя твердость по длине вала 50,5 ед. НКС при максимальном отклонении от средней величины — 0,5 ед.

HRC

Средняя твердость по длине вала 45 ед.

HRC, максимальный перепад в твердости по длине вала 4 ед. HRC

Средняя твердость по длине вала 52 ед.

HRC максимальный перепад по длине вала 3 ед. HRC

Средняя твердость по длине вала 50 ед.

HRC максимальный перепад в твердости по длине вала 3 ед. HRC