Способ закалки металлических деталей
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАН ИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Севетскик
Сециалистимескик
Республик (uI960277, (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 251279 (21) 2858092/22-02 с присоединением заявки М— (23) Приоритет- .
Оаубликоваио 2M982, Бюллетень М 35
g$g) + Кее 3
С 21 0 1/04
С 21 D 1/56
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открнтий (33} УДК 621. 78. .083»621.78. .616 (088.8) Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Автор, изобретения ф.С. Добкин
ВСЕСОИМИЯ
ПАТЕИТИ0ТЕХЕИЧЕЕЕАЕ
БИБЛМ9 ПВА
Институт механики АИ Украинской ССР (71) Заявитель (54 ) СПОСОВ ЗАКАЛКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ДЕТАЛЕЙ
Изобретение относится к техноло« гии термической обработки металлов и сюжет быть использовано в машиностроении и других отраслях промаа ленности, где применяется закалка металлических деталей.
Известны способы закалки в ультразвуковом поле 1 ).
Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому ,результату является способ закалки ькталлических деталей путем нагрева до температуры закалки и охлаждения в жидкой закалочной среде, на кото- . рую накладывают ультразвуковое по- ле.
Под действием ультразвуковых колебаний разрушается паровая рубашка, образующаяся вокруг эакаливаеэюй детали, при этом повышается .скорость охлаждения деталей.
Главным фактором, изменяющим ха- . рактер теплообмена на поверхности детали под действием. Ультразвукового поля, является кавитация, под действием ультразвукового поля происходит охло»ывание кавитационных пузырей, возникающие IlpH этом,импуль)сы давления разрушают паровую py6am« ку I:2$.
К недостаткам укаэанного способа следует отнести то, что начало кави тацяи зависит от гаэосодержания жидкой эакалочной среды.
Кавнтация начинается с выделения газа иж жидкости. Для образования кавитации в жидкости, в которой отсутствуют зародыши кавитации, тре-. буется повышение энергии ультразвукового поля, под действием которо« го и происходит образование кавитации
КрОме ТОГОе при применении иэ .вестного способа кавитация возникает so всем объеме закалочной среды, а так как на закалку влияет кавитация вблизи закаливаемой детали, то происходит непроизводительное
О увеличение энергозатрат для проведения процесса закалки.
Целью изобретения является снижение энергозатрат для проведения процесса.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу закалки металлических деталей, включакщему нагрев до температуры закалки и охлаждение в жидкой среде, на которую накладывают ультразвуковое поле, в жидкую среду вводят пузырьки nasa, 9б0277
При этом пузырьки газа вводят в зону охлаждения эакаливаемэй детали диаметром
0,318 ЗХ P у 5 где f — частота колебаний ультразвукового поля;
Х, — отношение теплоемкости газа при нагревании в усло- виях постоянного давления 10 (С ):;к тепловмкости газа при нагревании в условиях постоянного объема (С )
Р— гидростатическое давление в закалочноа среде !5 плотность эакалочной сре- ды
Введение пузырьков газа в эакалочную среду, н,аходящуюся в ультразвуковом поле, позволяет снизить энергию ультразвукового поля, требующуюся для создания кавитации, потому что газовые пузырьки ослабляют жидкость и кавитация развивается, преимущественно, в зоне закалочной фазы с газовыми пузырькаваи.
Повьиаение газосодержания закалочной среды ускоряет начало;.кавитации. . Наличие газовых пузырьков вблизи эакаливаемэй детали способствует образованию кавитации в эакалочной среде лишь в области эакаливаеьюй детали, а не во всем объеме закалочной среды. Диаметр вводимых в закалочную среду пузырьков газа выбирается равным резонансному диаметрус 35
Это позволяет снизить энергетические затраты, необходимые для проведения ультразвуковой закалки.
В качестве пузырьков газа, вводимых в эакалочную среду, Могут быть 40 пузырьки воэдула, которые вводят в эакалочную среды в зону охлаждения эакаливаемой детали.
Введение в жидкость газа в виде пузыРькОВ можно осуществить приме- 45 няя аэратор. Он выполняется из трубы с отверстиями требуемого диаметра и соединенной с источником газа.
Для уменьшения отрывного диаметра,газовых пузырьков на аэратор следует накладывать вибрацию.
Кроме того, пузырьки газа могут вводиться в закалочную среду путем применения излучателей ультразвука типа сирен, гаэоструйных или гидродинамических излучателей.
Принцип действия этих излучателей основан на введении в закалочную среду струи газа или газожидкостной смеси, которая возбуждает ультраэвуковые колебания. Эта струя мо- 60 жет быть выведена в жидкость в зоне охлаждения детали в виде пузырьков.
На размер газовых пузырьков накладывается ограничение. При закалке в воде под атмосферным, давлением для ультразвукового поля с. частотой
20 кГц диаметр пузырьков воздуха
0,3-0,4 мм. С дальнейшим увеличением частоты ультразвука диаметр пузырька уменьшается.
Введение газа в закалочную среду служит для образования кавитационных каверн, которые в ультразвуковом поле сьыкаются, при этом созда ются импульсы давления, разрушающие паровую пленку, окружающую закаливаемую деталь.
Пример. Сверла диаметром 4 мм из стали Р18 после подогрева до о
800 С нагревают до 1280 С и охлаждают в масле веретенном при комнатной температуре, в котором растпространяют ультразвуковые колебания частотой 28 кГц.
Через аэратор в масло в зону"охлаждения сверл вводят пузырьки воздуха, диаметром 0,02;-.;0,8 мм.
Амплитуда колебаний ультразвукового излучателя 10 мкм.
Без введения газовых пузырей амплитуда колебаний излучателя 12 мкм.
Использование предлагаемого способа закалки в ультразвуковом поле с введением зародыаей кавитации в зону охлаждения обеспечивает по сравнению с существующими способами снижение энергозатрат.
Известно, что полная энергия W при гармонических колебаниях выражается соотношением
Ч 2 % + А m, где A — амплитуда колебаний;
m — масса.
Отличие известного и предлагаемого способов заключается в величине амплитуды, поэтому
Ы„10 а т.е. для проведения закалки по известному способу требуется энергозатрат в 1,44 раза больше,. чем по предлагаеьюму.
Формула изобретения
1. Способ закалки металлических деталей, включающий нагрев до температуры закалки и охлаждение в жидкости, на которую накладывают ультразвуковЫе колебания, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, в жидкую среду вводят пузырьки газа.
2. Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что пузырьки газа вводят в зону охлаждения эакаливае960277
P - гидростатйческое давление в закалочной средеу — плотность закалочной среды.
Составитель Р. Клыкова
Редактор Л. Лукач Техред М.Рейвес Корректор У. Пономаренко
Заказ 7152/32 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 мой детали, при этом диаметр пузырь= ков равен о з а / з (5 где f - частота колебаний ультразвукового поля
Х - отношение теплоемкости газа при нагервании в условиях постоянного давления (С ) к теплоемкости rasa при нагре.вании в условиях постоянного объема (СХ) 1
Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе
1. Биронт В.С. Применение ультразвука при термической обработке ме,таллов. М., "Металлургия", 1977, с. 8-13.
10 . 2. "Применение ультразвука в проьишленности", М., Машиностроение, 1975, с. 100-101.