Закалочная среда

(191 011 щ 4 С 21 б 0 НИЕ ИЗОБРЕТЕ 1 яЫЮЮЫ,вышение стдбиль НЫХ СВОЙСТВ ИЗД Оптимальных ско(21 (22 (46 98 олнител уия во в качествеоногенный а н используег полимеПОЛИМ тношении ующ ер при спегредиентов, мдсгенный оноальна)0 н. ине полимер;а, 0,5-10альное, 6 натрия; 8 табл кисл да о з.п ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Изобретение относится к термической обработке металлов, а именнок средам для закалки стальных издечий, и может быть использовано в маяностроении. Цель изобретения - потемпературных ини мартенситногоСущность изобреттом, что в извесщую водорас.твориральную кислоту,вводится нитрит ости эксплуатационлия путем обеспеченостей охлаждения втервалах перлитногопревращений стали.ения заключается втную среду, содержамый полимер, мине,1 соо1341221 173 гЕЕС З ГИя ваееяость Состав Наличие МаессиЕЯОЛЕЬНаге 011)О Сталь вака-лочной епбен.)Еятнис-) Е)5 150 РбЫ 5 1 5 22 Р 18 Есть ц) г, г Р 6 М 5 Масло Р 18 290 д 2 0,25 О )11 РЫа таблира 8 Зависимос гь технопринес: 1 еханнческих свойств от со; тзва закапочной 1 Предел прочности, МПаЕие менее) 3 зкаливя МаксиРабота закачочнои среды (характерисСостав емость;твердость позерхност 1в ННС) мальнаядеформация насторону., мм (стрела прогибабиение) закалочной ПятлисТрепки среды тика по измери При пекию охлаждающей способности) тве з еа с" ИЗ дос сигтяяе- гибении 0,3 1500 я р1 б 1 ял ии Есте 1 Е 50 50 0,05 Стабильная 18 ге Неть 1400 0,08 Не с 1.бьль .я 1550) е,п 1 г сть Стабильная 350 11 40 ХА Не стабильная 5 ж. Нст: 0,05 С 00 124 Х 5 МФС ч 00 Стабильная 0,05 13 4 Х 5 ИФС Иатер 1 яалнатурного образца-детали инструмента(марка) Работа закалочной среды (характерисСостав Предел прочности, МПа(не менее) Наличие мальнаядеформация насторону,мм (стрела прогиба,биение) закапочнойсреды емость (твердость по верхности в НЕС) Трещин Пятнистойтвердости тика по изме Приизгибе При нению охлаждающей способности) растяже 1900 0,05 15 4 Х 5 ИФС 164 Х 5 МФС 12 Х 12 М 13 Х 12 М 15 Х 12 И 16 Х 12 М 1 Р 18 18 Р 18 21 Р 18 22 Р 18 17 Р 6 М 5 18 Р 6 М 5 21 Р 6 М 5 22 Р 6 И 5 Есть Не стабильная 48 1550 0,05 63 и 2000 Нет2800 0,2,Стабильная 63 Нет 0,05 2800 63 0,05 59 1900 Есть Не стабильная 0,05 2700 0,3 3200 -Нет Стабильная 0,05 3200 62 2500 ЕстьНе стабильная 0,05 0,4 62 2600350035002800,а и Стабильная Нет 0,05 0,05 Э Есть Не стабильная 0,05 Составитель А.КулеминРедактор Ю.Середа Техред А.Кравчук Корректор 1 Лаксимишинец Заказ 4403/32 Тираж 549 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 П и е ч а н и е. Приведенные механические свойства определены на образцах, закален" р и и е ч аных иотпущенных вместе с деталями, сечение образцов соответствовалосечению деталей(инструмента), Испытание закалочных сред 4,9,14 н19,21 показали результаты (по всем параметрам), находящиеся и пределах результатов, полученных соответственно на средах составов3-5, 8-10, 13-15 и 18-22.41221 1 13Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к средамдля закалки сталей, и может быть использовано в машиностроении.Цель изобретения - повышение стабильности эксплуатационных свойств изделия путем обеспечения оптимальнь 1 х скоростей охлаждения в температурных интервалах перлитного и мартенситного превращений стали.Сущность изобретения заключается в том, что известная закалочная среда, содержащая йоду, водорастворимый полимер и минеральную кислоту для обеспечения оптимальных скоростей охлаждения в перлитном и мартенситном температурных интервалах содержит в качестве водорастворимого полимера неионогенный (с Молекулярной массой 3000-7600) и дополнительно - нитрит натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.7:Неионогенный полимерс молекулярной массой3000-7600 0,5-15,0 Минеральная кислота 2,0-10,0 Нитрит натрия 8;0-10,0 Вода Остальное Предлагаемая среда в качестве неионогенного полимера содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот, а в качестве минеральной кислоты фосфорную.Введение неиоиогенного полимера (полиэтиленгликолевого эфира высокомолекулярных изокислот) способствует улучшению стабильности работы закалочной среды, так как этот тип полимера, обладающий неограниченной растворимостью в воде перед другими полимерами, имеет существенное преимущество в части большей стабильности по составу и эксплуатационным характеристикам.Предлагаемая закалочная среда стабильно сохраняет закалочные свойства в широком рабочем интервале 20- 80 С.Введение минеральной кислоты (ФосФорной) стабилизирует закалочные свойства среды, повьш 1 ает ее антикоррозионные свойства, предупреждает плеснеобразование и, что особенно важно сильнее других известных активных добавок понижает скорость охлаждения в низкотемпературной (мартенситной) области - в интервале температур 20-250 С,Введение нитрита натрия сильнее других неорганических добавок повь. шает скорость охлаждения в высокотемпературной (перлитной) области - в интервале температур 250-600 С, заметно улучшает ее антикоррозионные свойства.Охлаждающую способность предлагаемой закалочной среды в перлитной области за счет изменения содержания в ней неионогенного полимера и нитрита натрия (при постоянном содержании фосфорной кислоты) представляется возможным регулировать в широких пределах (50-750 С/с), а именно от скоростей охлаждения, требуемых для углеродистых сталей (600-750 С/с), доскоростей охлаждения, необходимых длябыстрорежущих сталей (50-200 С/с),При этом постоянная максимально высокая концентрация в среде фосфорнойкислоты (2-102) обеспечивает ей практически во всех случаях минимально 5 возможную, рекомендуемую для всехсталей (независимо от их химсостава)скорость охлаждения (5-25 С/с) в мартенситном интервале.Для определенной, конкретной груп- ЗО пы сталей на основе предлагаемого состава закалочной среды, предлагаетсятребуемый только для нее (группы)конкретный состав закалочной средыпри следующем соотношении ингредиентов, мас.Е;для сталей углеродистых (с целью1обеспечения скоростей охлаждения600-750 С/с в перлитном температур-оном интервале и 5-25 С/с в мартенситном температурном интервале)Полиэтиленгликопевыйэфир высокомолекулярных изокислот 0,5-15,0Фосфорная кислота 2-10,0Нитрит натрия 8-10, 0Вода Остальноедля сталей низколегированных (сцелью обеспечения скоростей охлаждения 200-350 С/с в перлитном темпераотурном интервале и 5-25 С/с в мартенситном температурном интервале)ПолиэтиленгликолевыйЭФИР ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ИЗОКИСЛОТ 3-5Фосфорная кислота 2"-10Нитрит натрия 4-6Вода Остальноедля средне- и высоколегированныхсталей (с целью Обеспечения скоростейохлаждения 100-300 С/с в перлитцом температурном интервале и 2-25 С/с в мартецситном температурном интервалее)Полиэтиленгликолевыйэфир высокомолекулярных изокислот 8-10Фосфорная кислота 2-10Нитрит натрия 1, 5-3 10Вода Оста;ьноедля сталей быстрорежущих (с целью обеспечения скоростей охлаждения 50- 200 С/с в перлитном температурном интервале и 5-25 С/с в мартенситном 15 температурном интервале)Попиэтиленгликолевыйэфир высокомолекулярных изокислот 12-15Фосфорная кислота 2-10 20Нитрит натрия . 0,5-2Вода ОстальноеИсходя из особенностей химического и Фазового состава сталей и протекающих в них структурдых превращений, 2 В установлено, что оптимальными скоростями охлаждения являются скорости., приведенные в табл. 1.Всесторонние испытания закалочных сред различных составов в лаборатор цых и производственных условиях Оц твердили данные табл. 1 и правильность сделанного выбора составов закалочцых сред для конкретной группы сталей. Обработанные в выбранных закалочных средах лабораторные и натуральные образцы имели требуемые закаливаемость, прокаливаемость, отличались максимально возможным уровнем механических свойств, При этом уро вень деформации в сравнении с закалкой в воде (для углеродистых сталей) и масле (для легированных сталей) был ,ниже в несколько разПредлагаемые составы закалочных 45 сред являются оптимальными лишь для указанчых (конкретных) групп сталей.Увеличение в них выше верхнего предела содержания полимера, уменьшает скорость охлаждения в перлитной области, из-за чего ухудшаются закаливаемость, прокаливаемость, появляется пятнистая твердость, Уменьшение ниже указанных минимальных пределов полимера увеличивает скорость охлаждения в перлитной и особенно в мартенситной областях и способствует значительному росту термических и структурных напряжений, повышает уровень короблецця и может быть одной из причин трешицообразовация. Кроме того, уец иение ичи увеличение соответственно шже нижнего иливьппе верхнего пределов нецоцогенного полимера ухудшает стабильность РябО- ты закалочной среды.Влияние нитрита натрия прц изменении его содержания вьппе верхнего или ниже нижнего пз указанных пределов аналогично влиянию полимера наизменение скорости охлаждения, закаливаемость, прокаливаемость и уровень коробления, но менее значительно (примерно в 2-3 раза) . Следуетотметить, что уменьшение ниже нижнего предела содержания цитрита натриязаметно ухудпает ацтикоррозиоцныесвойства закалочцой среды. Влияние Фосфорной кислоты при изменении ее содержания вьше верхнегопредела не понижает скорость охлаждения в марте:ситной области и, кроме того, уху.,ы;ет ст=бцльность работы закалочцой среды. Уменьпеие же содержания Фосфорной кислоть ниженижнего предела резко ухудшает антикоррозионнме свойства среды и стабильность ее раб о Гь 1.,Таким образом, на основании изло"женцого при использовании предлагаемой закалочной среды следует учитывать химсостав обрабатываемых в нейсталей и строго соблюдать рекомендуемые составы сред при указанном соотношении ингредиентов.П р и м е р. Проводят сравнительные испытания. В качестве материаладля изготовления образцов берут стали; углеродистую 45; низколегированную 40 ХА; срецнелегированную 4 Х 5 МФС;высоколегированную Х 12 М; быстрорежущие классическую сталь Р 18 и наиболееширокоупотребительную сталь Р 6 М 5, Образцы изготавливают цз. одной партиии плавки и готовят цилиндрическойформы диаметром 10 мм длиной 200 мм.Закалочные среды готовят из концентрата полиэтиленгликолевого эфира высокомолекулярных изокислот.Опробованные составы закалочныхсред приведены в табл, 2,Закалку образцов в средах, приведенных в табл. 2, производят послеих нагрева в соляных ваннах (й 1 аС 1 ++ КС 1 для углеродистых и низколегированных сталей; ВаС 2, для быстрорежущих сталей), Отпуск проводят с на 5 13412 гревом в щелочной ванне. Температур-. но-временные режимы приведены в табл. 3.Результаты лабораторных исследований предлагаемых закалочнык сред при ведены в табл, 4-7. В табл, 8 приведены результаты. испытаний предлагаемых закалочных сред при обработке натурных образцов деталей штампов, пресс-Форм и режущего инструмента. 10Таким образом, предлагаемая закагочная среда по сравнению с извест" ной обладает преимуществами, заключающимися в снижении уровня деформации при закалке в 3-10 раз, повыше нии механических свойств в 1,5 раза, снижении уровня деформации при закалке в 3-10 раз, повышении механических свойств в 1,5 раза, снижении трудоемкости изготовления изделий 20 (деталей, инструмента) за счет уменьшения припуска под механообработку в 5-8 раз, исключения операций рихтовки, высвобождения рабочих ручного труда, исключения окончательного бра ка по деформации, Трудоемкость изготовления понижается в среднем на 307,Формула изобретения301, Закалочная среда преимущественно для стальных изделий, содержащая водорастворимый полимер, минеральную кислоту, воду, о т л и ч а ю щ а я - с я тем, что, с целью повышения ста бильности эксплуатационных свойств изделия путем обеспечения оптимальных скоростей охлаждения в температурных интервалах перлитного и мартенситного превращений стали, в ка честве водорастворимого полимера она содержит неионогенный полимер и дополнительно - нитрит натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.Х 45Неионогенный полимер 0,5-15,0Минеральная кислота 2,0- 10,0Нитрит натрия О, 5-10, 0Вода Остальное2; Среда по п.1, о т л и ч а. ю -щ а я с я тем, что в качестве неионогенного полимера она содержитполиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот,3. Среда по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в качестве минеральной соли она содержит фосфорнуюкислоту, Полиэтиленгликолевыйэфир высокомолекулярных изокислот 0,5-15,0 Фосфорная кислота 2, 0-10,0 Нитрит натрия 8,0-10,0 Вода Остальное 5, Среда по пп.1-3, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с цельюобеспечения скоростей охлаждения 200 - 230 С/с в температурном интервале перлитного превращения и 5-25 С/с в термпературном интервале мартен- ситного превращения при закалке изделий из низколегированных сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот; фосфорную кислоту, нитрит натрия иводу при следующем соотношении ингредиентов, мас,2; Полиэтиленгликолевыйэфир высокомолекулярных изокислот 3,0-5,0 Фосфорная кислота 3,0-10,0 Нитрит натрия 4,0-6,0 Вода Остальное 6, Среда по пп.1-3, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения скоростей охлаждения 100 300 С/с в температурном интервале перлитного превращения и 5-25 С/с в температурном интервале мартенситного превращения при закалке изделий из средне- и высоколегированных сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокис" лот, фосфорную кислоту, нитрит натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас,7.:Полиэтиленгликолевыйэфир высокомолекулярных изокислотФосфорная кислотаНитрит натрияВода 8,0-10,02,0-10,01,5-3, ООстальное 21 64, Среда по пп,1-3, о т л и ч а - , ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения скоростей охлаждения 600 750 С/с в температурном интервале перлитного преврашения и 5-25 С/с в температурном интервале мартенситного превращения при закалке изделий из углеродистых сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокисл:от, фосфорную кислоту, нитрит натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.7.:1341221 12, 0-15, 0 8, 0-10, 0 0,5-2,0Остальное Таблица 1 Рекомендуемые скорости охлаждения для сталей в зависимости от температурного интервала обработкисСкорость охлаждения ( С/с) приС 400-600 250-300 Сталь Т Ниже 250 600-750 700-900 Углеродистая 5-25 300-350 Низколегированная 250-300 Среднелегированная 5-25 200-250 Высоколегированная 5-25 150-200 50-100 Быстрорежущая П р и м е ч а н и е, Скорости охлаждения оцсьивали сиспользованием шлейфового осциллографа. Таблица 2 Состав закалочной среды, мас.7 Состав,фВода Нитрит натрия Полиэтиленгликолевыйэфир высокомолекуФосфорная кислота лярных изокислот 6 Остальное 0,4 0,5 7. Среда по пп.1-3, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения скоростей охлаждения 50 200 С/с в температурном интервале перлитного превращения и 5-25 С/с в температурном интервале мартенситного превращения при закалке изделий из быстрорежущих сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомоле кулярных изокислот, фосфорную кислоту, нитрит натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас,Е;Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислотФосфорная кислотаНитрит натрияВода 200-250150-200100-150Нитрит натрия Фосфорная кисВода 10 Остальное 10 10 10 12 15 13 14 16 10,5 35 0,3 13 19 22 Полиэтиленгликолевыйэфир высокомолекулярных изокислот Продолжение табл. 21.2 134122 Таблица 3 Сталь Режимы термообработки Температура,С Выдержка,с/мм Темпера- ВьдержОтура, С ка, ч Кратность,ч Закалка Отпуск 840 200 40 ХА 840 200 4 Х 5 МФС 1010 540 1030 Х 12 М 200 Р 18 1280 560 РбМ 5 1240 7-8 550 П р и м е ч а н и е. Перепад температур при нагреве подзакалку и отпуск определялся контрольной термопарой и не превышал+5 С. Таблица 4Зависимость физики-механических и технологических свойствобоазцов из углеродистой стали 45 от состава закалочной среды ЗакалиОхлаждающая способность среды,С/с в интервале температур, СНаличие МаксиСостав закалочной Пятнистой Трещин среды,У134 221 14б.1. и) а Зависимость Физика-механических и технологических свойств образцов из низколегированной стали 40 Х) от состава закалог;ной среды т Г Макси а)1 ичи е Лакали.,ас тав наемость)ия на закалочной 11 ятнистой дастьповерхностипосле среды 11350 Масло о ц и и а Зависимость Физико мзх: н.ческих и технолопичсских снайств образцов из среднеле: и). )1 анной стал Х 5 МФС и нысокалепированной стали .)1.12 М ат состава закапанной среды Наличие МаксиСталь Составзакалачной 5 гзкалииаемость ,твернаверх" ности после ятнистойтв ер-. Трещин среды,)1341221 Продолжение табл.б Наличие ЗакалиМаксиСталь Состав зака- лочной Пятнис"той Трещин среды,Утвер- дости 260-600 20-250 послезакалкив НЙС) Х 12 М ее ее 63 270 0,05 ее ее 15 4 Х 5 МФС 0,05 ее 240 Х 12 М 0,05 63 16 4 Х 5 МФС ее 230 48 0,05 Есть ее ее 230 Х 12 М 60 0,05 Масло 4 Х 5 МФС 320 0,15 310 ее ее 62 Х 12 М 0,15 Таблица у Зависимость Физико-механических и. технологических свойствобразцов из быстрорежущих сталей Р 18 и Р 6 М 5 от составазакалочной среды Состав Сталь МаксиЗакалиНаличие закалочной Пятнис- той Трещин среды,Утвер дост 260-600 20-250 а пр иба) послезакалкив НЕС) 18 0 Ест ет Рб 50 100 ее ее 3 18 Р 18 Р 6 М,05 200 9 Р 80 ее 6 Мее ее 6 М 5 . 62 Охлаждающая способность среды, С/с в интервале температур,С Охлаждающая способность среды, С/с в интервале температур, С мал ьнаядеФормация насторону,мм (стрела прогиба) мальная деФормация на сторону, мм (стре ваемость