Способ закалки стальных изделий

Изобретение относится к термической обработке, н частности к закалке стальных изделий, и может бытьиспользовано в машиностроительной,станкостроительной, автомобильной,судостроительной и других отраслях 5промышленности, где применяетсязакалка металлических изделий в углеводородном масле,Известен способ закалки металлических иэделий, заключающийся в том, 10что нагреваемая до необходимых температур деталь с помощью механизмовпогружается в открытую или закрытую(герметизированную) ванну, где онаохлаждается до темпеРатуРы углеводородного масла (.1).Изнестен способ закалки стальныхизделий, заключающийся в том, что,нагретые иэделия охлаждаются в масляной ванне, зеркало которой закрыто инертным газом, благодаря этомудостигается пожарная безопасность(2 3,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ закалки стальных изделий,включающий нагрев до температуры аустенизации и охлаждение в масле, в котором газы, образующиеся в процессезакалки металлических изделий в масле, собирают и направляют на обезвреживание в нагревательную печь, 30где они сгорают ГЗ 3.Общие недостатки известных способов: при погружении металлических изделий в закалочную масляную ванну с ее поверхности выделяется большое количество вредных газообразных соединений, масло испаряется и частично сгорает, т.е. имеются потери ценного продукта; выделяющиеся вредные компоненты необходимо собрать и 40 обезвредить, что технически трудно выполнить; сбор и обезвреживание вред ных выбросов требует больших капитальных и эксплуатационных затрат,Целью изобретения является снижение расхода масла и уменьшение выброса вредных соединений в атмосферу.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу закалки стальных изделий, включающему нагрев до температурьг аустенизации и охлаждение в масла, поверхность масла нокрывают пеной на основе эмульсии масло - вода.Причем эмульсию масло - вода стабилизируют поверхностно-активным55 вещестном.Кроме того в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилсульфат натрия с длиной алкильнога радикала С - СбОВ качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ), вводимых в водную Фазу эмульсии, могут, быть использованы также алкилбензолсульфонаты натрия с длиной алкильного радикала ,б 5 С 8-Со и олефинсульфонаты натрияС, -С Используемые ПАВ, служащие,одновременно стабилизатором эмульсиии стабилизатором пены, являются биологически легко разлагающимися, нетоксичными ПАВ,Предлагаемый способ включает следующие основные операции: приготовление эмульсии из смеси масла и водногораствора ПАВ; получение пены из эмульсии и подача ее на поверхность масляной ванны с подцержанием определенной высоты слоя пены; погружение металлического изделия через слой пены в масло,Способ осуществляется следующимобразом.Прямую эмульсию типа "масло в наде" готовят путем смешения компонентов масло - водный раствор ПАВ присоотношениях (20-80):(80-20), Концентрация ПАВ, например, нетрийалкилсульфаов С 10- Смз составляет 0,5-5Полученную из эмульсии пену любым,способом, например барботажным, сприменением в качестве газовой фазывоздуха или инертного газа (азотаи др.), наносят на поверхность маслазакалочной ванны (:на всю ее поверхность или только на ту ее часть, гденагретая деталь погружается в масло),Заданная кратность пены поддерживается путем определенного расходагазовой составляющей, Предпочтительно.использовать пену кратностью 1030, имеющую устойчивость 3-4 ч, Металлические изделия нагревают в соответствии с требонанием закалки донеобходимой температуры, затем погружают через слой пены в углеводородное масло (индустриальное, веретенное и др.).При погружении нагретого изделия в масло,на поверхности которого находится слой пены, последняя разрушается лишь в объеме, несколько превышающем объем самого изделия, Это обусловлено тем, что пена состоит на 90-95% из ноздушных прослоек, имеющих низкую теплопроводность, благодаря чему тепло не успевает Распространиться на значительный объем пены, После прохождения изделий через слой пены последняя смыкается над изделием и образует укрытие, которое работает тем эффективнее, чем больше слой пены превыаает профиль закаливаемого изделия.По мере дальнейшего опускания изделия оно достигает поверхности масла, причем масло не возгорается, а лишь испаряется. Эти пары масла задерживаются вышележащим слоем пены, конденсируются и частично стекают обратно в масляную ванну.П р и м е р 1. В цилиндр, содержащий 300 мл 3-ного раствора натрийалкилсульфонатов С-С, приливают1033554 ВНИИПИ Заказ 5562/27 Тираж 568 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4 700 мл масла И, Цилиндр закрываютпробкой и эмульгируют содержимоевстряхиванием, Эмульсию вспениваютв барботажном пеногенераторе и пену,кратностью 20, подают на поверхностьв опытную закалочную ванну, содержа"щую 10 кг масла И Высоту слояпены устанавливают 1.00 мм, массакоторой составляет 0,6 кг.ОНагретую до 800 С металлическуюдеталь массой 1 кг и размерами 10160 х 80 х 10 мм опускают через слойпены в масло с периодичностью 60 разв час. Температуру закалочного маслаподдерживают. в пределах 70-80 С.После закалки 60 деталей масса масла 15с пеной составляет 10,520 кг.Убыль масла в закалочной ваннепосле закалки 60 деталей составила80 г или в пересчете на одну деталь1 р 33 ГП р и м е р 2. В цилиндр, содер 20жащий 300 мл 3-ного раствора натриевой соли алкилбензолсульфонатов сдлиной алкильного радикала С -С 1,9 Оприливают 700 мл масла И. Цилиндрзакрывают пробКой и эмульгируют со 25держимое встряхиванием.Все дальнейшиеоперации проводят аналогичйопримеру 1, Масса масла после закалки 60деталей составляет 10,575 кг,Расход масла Ипри закалке 60деталей составляет 25 г или в пересчете на 1 деталь 0,41 г,П р и м е р 3. В цилиндр, содержащий 300 мл 3-ного раствора натрийолефинсульфонатов С -С 4, приливали 35700 мл масла И. Все дальнейшиеоперации проводят по примеру 1. Масса масла после закалки 60 деталейсоставляет 10,520 кг.Расход масла Ипри закалке 60 4 Одеталей - 80 г, или в пересчете наодну дуталь 1,33 г,П р и м е р 4. В цилиндр, содержащий 700 мл 3-ного раствора натрийалкилсульфатов СЮ- С 1, приливают300 ьщ масла И, Дальнейшие опера-.ции проводят по примеру 1. Масса масла после закалки 60 деталей составляет 10,515 кг. Расход.". масла Ипризакалке 60 деталей составил 85 гили в пересчете на одну деталь 1,41 г 50П р и м е р 5. В цилиндр, содержащий 300 мл,3-ного раствора натрийалкилсульфатов С -Сз, приливают700 мл масла И, содержимое эмульгируют встряхиванием. Эмульсию вспе нивают на барботажном пеногенераторе и пену, кратностью 40, подают наповерхность в опытную эакалочную ван- .ну, содержащую 10 кг масла И, Высоту слоя пены устанавливают 100 мм,масса которой составляет 0,3 кг, После закалки 60 деталей масса масласоставляет 10,225 кг,Убыль массы масла в закалочнойванне после закалки 60 деталей составляет 75 г или в пересчете на.одну деталь 1,25 г.Для сравнения проводили контрольные испытания закалки деталей в .масте Ибез слоя пены.П р и м е р б. Эксперимент проводят по примеру 1, но без добавленияпены,Масса масла до закалки деталейсоставляет 10 кг, а посЛе закалки60 деталей - 9,460 кг. Удельныйрасход масла на одну деталь составляет 9 г,Предлагаемый способ был опробованв промышленных условиях при закалкерессор из стали 60 С 2 для большегрузного автомобиля. Испытания показали,что при закалке рессор в масле через,слой пены твердость поверхности рессоры находится практически на томже уровне, что и при закалке в масле без слоя пены. Участков побежалости и "мягких пятен" на поверхности рессор в обоих методах закал"ки не обнаружено. В случае закалки иэделии в масляной ванне с пеной на поверхности сни жаются значительно потери масда,так как пары масла задерживаются слоеМ пены. Объем вредных выбросов,.образующихся из разрушающегося слоя пены, незначителем, так как этот слой на 90-95 состоит из воздушных пузырьков. При этом прочностные характеристики изделия не изменились.Технико-экономические преимущества предлагаемого способа следующие: потери масла от испарения снижаются примерно на 90; исключается необходимость строительства громоздких, дорогих и малоэффективных устройств по очистке путем органиэации, наПример, бортового отсоса выбросов и их обезвреживания либо методом термического сжигания, либо методом каталитического окисления; улучшают-. ся условия труда для работающих.