Способ поверхностной термической обработки изделий

Способ поверхностной термической обработки изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-еу

Союз Советских

Социалистических

Республик!

>908851 (22) Заявлено 17/078 0 (21) 2966697/22-02

1И}М Nn з с присоединением заявим 89 (23) Приоритет

С 2 1 D 1/09//

С 21 0 9/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53} УДК 621. 78..01 (088.8) Опубликовано 23.02.82. Бюллетень М 8

Дата оаублмковаиия описания 280?,82 (72) Авторы изобретения

A.È.Âåéíèê, В.А.Алехин, И.Л.Поболь и В.Л.Бондаре1ткМИ(1м

Физико-технический институт АН Белорусской,ССР (71) За явитель (54 ) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМИЧЕСКИЙ ОБРАБОТКИ

ИЭДЕЛИЯ

Изобретение относится к термообра= ботке инструмента и может быть использовано при изготовлении штампов, в частности, для равномерного нагрева их рабочих кромок.

Известен способ поверхностной термической обработки иэделий путем нагрева электронным лучом в вакууме с последующим быстрым охлаждением из-за отвода теплоты вглубь объема изделия (13 .

Однако данный способ не позволяет проводить закалку изделия с получением различных уровней прочностных свойств разных участков поверхности, в частности, кромок штампов ° Кроме того, нет гарантии равномерного нагрева околокромочной зоны drama.

Мтампы с высоким уровне>л твердости рабочих кромок и околокромочной зоны и повышенной пластичностью остальных зон поверхности и сердцевины иэделия имеют высокую стойкость.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ поверхностного нагрева металлических изделий путем воздействия электронного пучка на нагреваетлую поверхность с разверткой последнего в двух направлениях (2).

Способ позволяет повысить равномерность нагрева по сравнению с известньвли способами.

Цель изобретения — дальнейшее увеличение равномерности нагрева.

Для достижения поставленной цели в способе поверхностной термической обработки изделий, включающим нагрев

1п развернутый электронным лучом, нагрев производят лучом развернутым во взаимно перпендикулярных направлениях с частотой 200-600 Гц при рассогласовании частот на 2 + 1%. Проведены специальные исследования влияния ве- личины частот развертки и нх рассогласования на равномерность выделения теплоты электронн .м лучом по обрабатываемой поверхности.

Используют синусоидальные сигналы переменной частоты от двух генераторов типа ГЭ-18, подаваеи;е Hà соленоиды электронно-оптической систеьМ. Визуальное наблюдение картины развертки ведут на экране осциллографа.

На первом этапе проводят выбор предварительного режима развертки .электронного луча при различных знаЗы чениях частот 1„и fg путем сопостав«

908851

Fobo относительная площадь обработки площадь поверхности электронно-лучевой обработки; площадь всей поверхности изделия. пения осциллограммы. Диапазон исследованных частот 0-1000 Гц.

Равенство частот f„= f приводит к кольцевой развертке луча. В случае, когда fg = п11, где о 1,5; 2) 2 5;

3;...,получают семейство разнообразных фигур. С возрастанием п и при достижении соотношения частот f< (c.fg, „»азвертка приобретает вид линии, перемещающейся вдоль одной из осей координат. Данные выше условия развертки не приводят к равномерному нагреву, так как энергия электронного луча сконцентрирована на небольшой части обрабатываемой поверхности изделия.

Рассогласование значеннй частот

Г и Г сильно изменяет характер разл вертки электронного луча, при этом энергия равномернее распределяется по всей обрабатываемой поверхности.

Пз сопоставлеиия приведенных исследований следует, что режим развертки (1,01-1,03) f является лучшим с точки зрения равномерности распределения энергии по обрабатываемой поверхности.

Лучшие величины частот развертки электронного луча (с точки зрения равномерности нагрева) выбирают на предварительно найденном режиме рассогласования частот f < (1,01

1,03) f1 .,Проведенные исследования показывают, что с возрастанием частот повышается равномерность распределения энергии электронного луча по обрабатываемой поверхности.

Окончательный выбор лучших режимов обработки проводят при исследовании теплового воздействия электронного луча на обрабатываемую поверхность для различных величин f< и f „ и их относительных рассогласований. этой целью над поверхностью образца устанавливают головки термопар (И + 5В Re, Ч + 20% Re), одетые в металлические колпачки. Термопары фиксируют распределение температуры в зоне электронно-лучевого нагрева при стационарном тепловом режиме на различных частотах развертки и с различными рассогласованиями частот. Определяют относительный температурный перепад

Т min

У=

Т дк где Т . и Т, — наименьшее и наибольnl1l1 шее из значений температуры в зоне обработки.

По величине 8 рассчитывали критерий равномерности нагрева

4= Ф.А.

Точечный режим является самым неблагоприятным с точки зрения равномерности обработки поверхности. Для этого случая 4 0, так как Г,Ър ((F и Ы" <(1. При наличии однородного теплового потока по всей поверхности изделия величина критерия 1- 1,так как О = 1 и FO < FO ы, т е . наблюдается наилучшая равномерность нагрева обрабатываемого изделия.

На фиг..1 приведены эксперимен © тальные зависимости критерия равномерности нагрева от величины относительного рассогласования частот развертки электронного луча И

100% при различных величинах

Ф

fg °

Для режима обработки f f величина 4 минимальна. Небольшое рассогласование частот по величине (И < 1Ь) щ приводит к заметному увеличению критерия 1 . При значениях И 2% наблюдаются максимальные значения критерия ) . Дальнейшее увеличение рассогласования не приводит к ощутимому изменению критерия Ю . Таким образом, лучшие значения у наблюдаются при значениях И = 2 4 1%.

На фиг. 2 приведена экспериментальная зависимость критерия равномерности нагрева от величины частот

30 развертки электронного луча при рассогласовании частот И 2%.

Наибольшие значения критерия 4 равномерности нагрева наблюдаются при использовании частот развертки по3$ .рядка 400 Гц с рассогласованием их величины на И 2%. Отклонение значений частот на величину 400-200 гц также дает хорошие результаты «о равномерности нагрева.

Экспериментальное опробование предлагаемого способа термообработкн проводят при закалке штампов.

На поверхности окончательно изготовленного штампа выбирают зону, включающую рабочие кромки. Осуществ4 ляют развертку электронного луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Для закалки используется обнаруженный краевой эффект, заключающийся в том, что при нагреве изделия электронным лучом теплоотвод вглубь металла от точек, расположенных на кромке штампа, меньше,чем от точек, удаленных от края отверстия или выступа. а результате кромки нагреваются быстрее и раньше достигают температуры

Ас . При этом температура. остальных точек нагреваемой зоны имеет значение от Ас „до Ас . По прошествии не60 которого заранее определенного времени выдержки кромок штампа при температуре выше Ас воздействие электронного луча на поверхность зоны прекращают. Происходит быстрое охлажде65 ние поверхностного слоя путем отвода

908851 края отверстия матрицы . Применяют развертку луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях с частотами fq = 400 Гц, f = 407 Гц.

В таблице представлены значения микротвердости матрицы иэ стали

S Х12 до (Н " „ ") и после iH ) электронно-лучевой закалки. До 3JI3 кромки матрицы отпущены прн эксплуатации.

3 нсх экэ исх элЬ . иск ЭЛЬ

q00 /м 100 y НЮ0 Н<00 И 00 к Н <00 ю

МН/м . 10, м МН/м K МН/и 10 м МН/м z МН/м

8510

1,1 7370 8330

6210

9700 0 55

0,05

6560

Ою60

9070

5940

7830 9280

7670 8880

1, 3 7670 8410

1,5 7900 8510

1,9 — 7510

0,10

6760

9070 0,65

8880 0;,70

9480 0,75

9070 0,80

0,20

0,25

8690

7510 7830

7080 8150

2,1

6820

7670

0,30

2,3 7830 7590

2,5 8150 7980

6820

0,35

8830

0;85

0,90

7080

6180

0,40

7370

6690 8240

7080 8330

2,7

6820

8510

0,45

2,9 7980 7820

7230

8880 . 1,0

0,90

Из таблицы видно, что в то время, 3О как до ЭЛЗ микротвердость участков матрицы, расположенных вдали от кромок, составляет в среднем 70008000 МН/м, Н <00 ?????????????????????? ???? ???????? ?????????????????????? ?? ???????? ?????????????????? ?? ????????- 3$ ?????? ???? 6500-6000 ????>

Предлагаемый способ закалки позволяет получать штампы с высоким уровнем твердости рабочих кромок и пониженной твердостью остальных зон поверхности и всего объема иэделия. теплоты вглубь металла и излучения и, следовательно, закалка рабочих кромок штампов.

С целью исследования краевого эффекта, имеющего место при электроннолучевом нагреве кромок (отверстия, вли выступа ) измеряют значения микротвердости Н„ на поверхности штампа в зависимости от расстояния L от

Формула изобретения

Способ поверхностной термической обработки изделий, включающий нагрев развернутым электронным лучом, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения равномерности нагрева, нагрев производят лучом, развернутым Во взаимно перпендикулярных направлениях с частотами 200-600 Гц при рассогласованни частот на 2 i 13.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. "Traitement Thermique", 1973, 9.80, с. 55-60.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 73009, кл. С 21 0 1/06, 193, 908851

5;2

00 МОО HD 800 Ðö . 8

Составитель Р.Клыкова

Редактор Л.Пчелинская Техред Л.Пекарь Корректор О.Билак

Заказ.755/30 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4