Способ закалки стальных изделий

Способ закалки стальных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии , а именно к способам закалки стальных изделий, например болтов. Цель изобретения - повышение качества закалки. Способ включает нагрев и охлаждение детали в кипящем слое, состоящем из твердых частиц, аэрируе - мых газом с локальньм впрыскиванием охлаждающей жидкости, при этом 60- 70% подают на нижнюю поверхность, а 30-40% - на боковую поверхность верхней половины изделия. Использование способа позволяет существенно повы сить равномерность свойств по длине детали и уменьшить ее коробление. 4 ил.j1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

{51)4 С 21 Р 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g Еч;д ( щт ц

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4 101548/23-02 (22) 20.05.86 (46) 23.12, 88. Бюл. 11- 47 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) Б.В.Панков, С.А.Нагорнов, С.Н.Кузьмин, И.А.Черепенников ,и К.В.Лысенко (53) 669.078.75(088,8) (56) Заваров А.С ., Баскаков А.П., Грачев С.В. Термическая обработка в кипящем слое. — М.: Металлургия, 1981, с. 25-26.

Авторское свидетельство СССР

В 351911, кл. С 21 D 1/60, 1972. (54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

„„SU„„3446172 А1 (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к способам закалки стальных изделий, например болтов.

Цель изобретения - повышение качестsa закалки. Способ включает нагрев и охлаждение детали в кипящем слое, состоящем из твердых частиц, аэрируемых газом с локальным впрыскиванием охлаждающей жидкости, при этом 6070К подают на нижнюю поверхность, а

30-40X — на боковую поверхность верхней половины изделия. Использование способа позволяет существенно повы" сить равномерность свойств по длине детали и уменьшить ее коробление.

4 ил .>1 табл .

1446172

Изобретение относится к металлур— гии, конкретнее к способам закалки стальных иэделий, например болтов, Пель изобретения — повышение качества закалки.

На фиг. 1 изображена схема, реализующая способ;. на фиг, 2-4 — термограммы охлаждения болтов и скоростей подачи охлаждающей жидкости. 10

Проводят закалку болтов из стали °

Болты нагревают до температуры аустениэации (1183К, 910 С) и охлаждают по схеме (фиг . 1) ..

В ванне 1 с размерами днища 300х х600 мм находится кипящий слой 2 корунда с размером частиц 320 мкм, продуваемых воздухом. Воздух поступает через сетку 3 в дне ванны его скорость может регулироваться. Болт 4 20 размещают в слое вертикально.

Ванна снабжена форсунками 5 и 6 для впрыскивания на изделие 4 охлаждающей воды, Форсунка 5 подает жидкость на нижнюю поверхность изделия, 25 форсунки б — на боковую его поверхность.

Перед проведением закалки строят термограммы охлаждения и скоростей подачи охлаждающей жидкости. 30

На фиг. 2 представлены термограммы охлаждения болтов, где Т(с,) — тер.мограмма охлаждения, заданная по технологии термообработки, Т <(i) термограмма охлаждения в кипящем слое 35 корунда 320 мкм оез впрыскивания охлаждающей жидкости,, на фиг. 3 зависимости Т() = — —; и Тс() с1Т () с1тс() полученные дифференцирова- 40

Ц нием кривых Т(Д и Т (n„), на фиг. 4 зависимости массового расхода m() охлаждающей воды и числа псевдоожиИь(ь} жения Ы() = — — (полное сечение кр аппарата) от времени; M - скорость начала псевдоожижевия для указанных частиц корунда.

Закалку ведут следующим образом.

Определяют массу изделия (болта), 50 в данном примере г. „д= 1 кг. Затем снимают термограмму охлаждения изделия. в кипящем слое беэ впрыскивания жидкости. Дпя этого изделие, предварительно нагретое до 1183 К, помеща- 55 ют в кипящий слой корунда 320 мкм и при неизменном числе псевдоожижения, например 11 = 3,7, снимают термограмму охлаждения Т () (фиг. 2), На тот же график наносят термограмму T(ni) охлаждения иэделия, заданную по технологии термообработки.

Зависимость Т (Г) и Т(i) далее

Ф перестраивают в зависимости T(i) с1Т (с) йт(с,)

= — — -- и Т(С) = --- —" — (фиг. 3), наД пример при помощи графического дифференцированияя, Для того, чтобы термограммы Ti(f) охлаждения в слое совпала с заданной по технологии термограммой Т(с) и, тем самым, был обеспечен необходимый режим закалки, на изделие через форсунки впрыскивают охлаждающую жидкость, например воду.

Иэ приведенных на фиг. 3 зависимостей видно, что в данном примере сухой" кипящий слой в течение первых

58 с охлаждают медленнее, чем задано по технологии.

Массовый Расход охлаждающей воды определяют по соотношению задаваясь значениями времени i ° Так, при С д= 0,46 10 Дж/кг К, m ц3ф 1 кг, С д, = 4,2 ° 10 Дж/кг ° К, 8t = 80 К, r 2,3 10 Дж/К, задавшись А = 2 (по результатам экспериментов), получают для = 10 с

2 0 46,10з 1с8 2 т — — — 2,87 10 кг/с

4,2 103:80+2,3 10 с здесь 8,2 К/q = Т() — Т,() при

10 с (фиг. 3), т.е ° на десятой секунде охлаждения массовый расход воды должен составлять 2,87 г/с. Путем расчета по указанной формуле для различных с получают зависимость массового расхода воды m(r) от времени (фиг. 4) т.е. в данном примере масI совый расход воды задают в начале закалки 3 г/с и затем плавно его снижают до нуля по приведенной на фиг.4 зависимости в течение 58 с, При этом 60-707 массовго расхода воды впрыскивают форсункой 5 на нижнюю поверхность изделия, остальную долю — на боковую поверхность верхней половины изделия форсунками 6 (фиг„ 1).

1446172

1О!

35

Д

Верхняя часть изделия, погруженного в псевдоожиженный слой, вообще находится в худших условиях из-за падения коэффициента теплоотдачи. Поэтому она нуждается в дополнительном

При = 58 с Т() — Т () = 0 (фиг. 3), впрыскивание охлаждающей жидкости полностью прекращают °

При дальнейшем течении времени кипящий слой охлаждает изделие быстрее, чем задано по технологии, Т()—

Т,(С) 0 (фиг. 3), Поэтому, для поддержания скорости охлаждения на заданном уровне снижают скорость продуваемого через слой воздуха от И =

3,7 до M = 2,2-2,0 (подобрано экспериментально). Снижение интенсивности аэрации отражено на фиг. 4. Дальнейшее охлаждение изделия до его полного остывания ведут при пониженном уровне аэрации.

Эксперименты покаэьгвают, что проведение процесса обеспечивает строгое соответствие температуры охлаждаемого изделия с заданной по технологии термограммой.

После закалки твердость каждого изделия проверяют в четырех точках.

Средняя твердость составляет

52 ед. HRC фактически колеблется в пределах 50-55 ед. HRC, среднеквадратичное отклонение d = 2,2 ед. HRC.

Трещин нет, коробления нет.

Визуальными наблюдениями установлено, что закалочная среда сохраняет стабильные свойства, сухой корунд равномерно псевдоожижается воздухом.

Впрыскиваемая на-изделия вода быстро испаряется.

Раздельное впрыскивание жидкости

60...70 на нижний торец, остальное— на боковую поверхность также способствует повышению качества изделий.

Указанное процентное соотношение подобрано экспериментально.

Если на нижний торец подается более 70 массового расхода жидкости> то псевдоожиженный слой в данном месте переувлажняегся из-за того, что не вся жидкость успевает испариться.

Закалочная среда в данном месте от переувлажнения "залегает", теряя охлаждающие свойства.

Если на нижний торец подается менее 60% жидкости, то заданная скорость охлаждения не достигается, изделия не набирают заданную твердость. охлаждении, т.е. впрыскивании оставшихся 30-40 . жидкости.

Разделение жидкости на два потока

60-70 и 30-40 . не случайно оно соответствует физической картине обтекания погруженньм в псевдоожиженный слой твердых тел, имеющих не очень большую протяженность по высоте, коэффициент теплоотдачи от стенки погруженного тела растет по высоте изделия дс зоны расположенной от 1/2 до 2/3 высоты изделия, дальше он резко падает, что связано с отрывом потока в указанной зоне.

Для сравнения проводят закалку по известному способу в ванне с размерам днища 300х600 мм, в которой находится трехфазный псевдоожиженный слой, состоящий из частиц корунда размером 320 мкм, смешанных с водой в объемном соотношении 1:3 при расходе воздуха 0,28 л/см мин. Воздух подается через специальный водяной затвор под сетку в днище аппарата.

Соотношение твердых частиц и воды, а также расход воздуха подбирают экспериментально, чтобы обеспечить необходимую скорость охлаждения.

Изделия, предварительно нагретые до 1183 К (910ОС), помещают в трехфазную закалочную среду, где вЫцерживают 5 мин.

После закалки иэделия проверяют на твердость, коробление и наличие трещин, твердость стали определяют на каждом изделии в четырех точках.

Средняя твердость составляет 51 ед. .ИС, фактически колеблется по поверхности изделия в пределах 30-59 ед.

HRC, среднеквадратичное отклонение твердости от среднего значения д =

7 ед. HRC.

На ряде изделий имеется существенное коробление — 1... 1, 5 мм на

Т

100 мм длины, трещин нет.

Визуальными наблюдениями за ходом охлаждения установлено, что трехфаэная закалочная среда крайне неустойчива, однородного псевдоожижения нет.

Воздух проходит в основном через воронки во влажном корунде, в промежутках между воронками корунд практически не находится в состоянии псевдоожиже ни я .

Результаты закалки по предлагаемому способу в сравнении с обработкой по известному приведены в таблице.

5 1446 )

Приведенные в та блице данные пока— эывают. что после закалки по предлагаемому способу Достигается существенно более высокая равномерность

5 свойств по длине болта. При э" îì значительно меньше среднеквадратичное отклонение твердости и коробленне Детали, чем после обработки по известному способу,, 10

Предлагаеьай способ позволяет погде С „эд и С вЂ” удельные теплоемкости материала изде-. лия и охлаждающей жидкости соответственно, Дж/кг К, r — удельная теплота

J ж

«5 парообразования охлаждающей жидкости, Дж/кг, — разность температуры кипения охлаждаюЗО щей жидкости и ее начальной температуры, К, А — постоянная, определяемая конструкцией форсунки и конфигурацией иэделия; и

- время с

m „, — масса изделия при этом 60...70% массового расхода

40 впрыскивают на нижнюю поверхность изделия, а 30...40X — на боковую поверхность верхней половины изделия, при Т(п()-Т () = 0 прекращают подачу жидкости и охлаждение ведут без

45 впрыскивания жидкости при неизменной интенсивности аэрации, при ТЯ)-Т (и) с 0 охлаждение ведут без впрыскивания жидкости при понижении интенсивности аэрации до

6Q уровня, обеспечивающего заданную скорость охлаждения. слОК В Делом Остает . Я ухим егО гиД ттт роттииат.т(тка НЕ т-та(т-,—,т(таЕТСя, т1ЗМЕНЕттттв т,1:.." СО-;»От O (таскода ОХ лаждаю1цей;1(ттвт;((т "т:..т по птттиведенной формуле и п,осл;,гу:.тт,ее снт.=.жение аэравысить качество закалки так как не требуется увлажнение кипящего слоя

B ттЕЛОМ Ит . ЛОИ НЕ СЛЕЯИВаЕТСЯ B НЕМ не образуются .,(ÿòèëM. Впрыскивание жидкости непосредственно на изделие гозволяет (таст(одовать малое количество о". па1(;даю11:,ей жидкости котОРая ПтОЛНОСТЬтО ИСПаРЯЕтсн, КИПЯЩИЙ

ЦИИ (то

С тЕХНОЛОГИЧЗСК :" Э ТЕОМОГОаыыой ОХЛаждепия-.. .:. О . . .Оеышж"-, Ã качество закал

КИ и

ВПРтвтсктттнаНИЕ;-.—, :ИДКОСТИ На ИЗДЕЛИЕ по иредд,:11"немому способу (60-70Е на ни;кнтттй .-Оре:-.,, o-"..тат(1.- ..o:-- .- на боковую

1Ioвер".-((тост;. вез",. =:«I(! пслОБины изделия)

Оэноття = Т у(Т и ië.. т-, ОттттСатнтуЮ НЕ ра"номепностт= те.:.;..=:oòдачти по высоте

ИЗДЕЛИЯ ЦОГ,.:УжЕИН ГО S КИтПЯЩИй .СЛОЙ. (1т О В тд «т т .1 тт з .— 1т О Е Т Е Н И (, посоо закалки стальных изделий, включтающий натр =a и охлаждение в киПЯЩЕМ СЛ та„..астояаЕты ИЗ ТВЕРДЫХ ЧаСТИЦ = азт тир "т :II IÛÆ Га 3 ОМ С Лт ОК ЧЛЬБЫМИ

ВПРЫСКИВаНИЯМИ ОХт. а <ттаЮЩЕй ЖИДКОСТИ

На т(эд;ъттт(r, О т Л -,.т -.т а Ю щ И т"

Я Т"-..1:!. тт7n,,, Ц,"..:.ЬЮ ПОВЫШЕНИЯ Ка-

ЧЕСтна Эа:(ал::(И j!àÄI=-àÐHòÅËÜHO ОСУШЕСТБ9ттяттйт (т)О".а т(Д, ;ИИ"" Оопазца Б КИПЯ

11тЕтт стто 3 Э В ЧтЭЬ К "тяа ттИЯ ЖИДКОС т И

СТРОЯТ 1 Е1тМОГРЫ(В(У Х -(«) и ЗаВИСИ

dT -=(()

MO(Т" : " """""- - Т=М ПО SB г

72 6 данной технологии термограммы охлаждения Т(i) строят зависимости Т(L) =

dT(Г)

= — — — и проводят закалку изделия в (1 ( зависимости от соотношения скоростей охлаждения Т (т.) и Т(7); при Т()-Т,(() т 0 охлаждение ведут с подачей газа и жидкости, при этом интенсивность аэрации постоянна, а охлаждающую жидкость подают с массовым расходом m(c), изменяющимся во времени по закону

C 1, |I m " (() () )

С» dt + Гж

1446172

Способ

Наличие трещин аксималь реднее значение ная ая отклоне60

Нет

55

2,2

Нет

70

2,2

Нет

1 °

51

1,5

Предлагаемый

Известный

Расход жидкости

% минимальТвердость

Коробление на средне- 100 мм квадра- длины,мм тическое

1446172

Составитель В.Русаненко

Б Унвко ТекРед А.Кравчук КоРРектоР И,Пожо

Заказ 6717/31 Тираж 545 Подписное

ВНИИПЯ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4