Способ термической обработки металлов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 21 В 1/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ нои Спо сок стр 1 т метской Шай те ыше елиц в з схе наГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ Оса(71) Донецкий политехнический институт(56) Самохоцкий И.А.,Парфеновская НТехнология термической обработки металлов. - М.: Машиностроение, 1975,с. 320.Гуляев А.П. Металловедение. - М.Металлургия, 1977, с. 285-287.(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИМЕТАЛЛОВ Изобретение относится к аллургии, в цастности к термиче обработке металлов.Цель изобре ния - пов ние качества металла за счет ув ения интенсивности теплообмена акалоц" ной среде.П р и м е р . Образцы из стали 45 диаметром 40 мм и высотой 60 мм нагревают в электрической муфельной печи до температуры 820 С, выдерживают 40 мин и закаливают в масле.Закалочная ванна представляет со" бой цилиндрический стеклянный сосуд с электропроводным кольцом (шиной) по всей поверхности стен. Закалочная ванна и образец находятся в электрическом поле напряженностью от 1 кВ/см до 0,8 пробойной напряженности охлаждающей среды (Е я, =. 220 к 8/см) .На чертеже представлена ма на-. ложения электрического поля зака" 80156235(57) Изобретение относится к металлургии, конкретнее к термической обработке металлов и сплавов. Цель изобретения - повышение качества металла за счет увеличения интенсивности теплообмена в закалоцной среде. Способ включает нагрев выше А выдержку и охлаждение в закалочной среде, помещенной в электрическом поле напряженностью от 1 кВ/см до 0,8 пробойнапряженности закалоцной среды,соб позволяет получить более выую прокаливаемость и более мелкуюуктуру закаливаемой детали. 1 ил.,абл. лочную ванну и обрабатываемый металл, вклюцающая закалочную ванну 1 для масла, обрабатываемый металл 2, элек трод 3 закалочную среду 4 и источник 5 напряжения.В закалочную ванну помещают элект" рически изолированнуюот среды (закалочного агента) шину, к которой подключают один полюс .источника электрического напряжения, другой подключают к обрабатываемому металлу.Закалоцные свойства среды определяются интенсивностью охлаждения обрабатываемого металла. При погружении металла в закалочную ванну происходят кипение жидкости по поверхности разогретого металла и естественная конвекция жидкости вблизи нагретого металла.Интенсивность охлаждения поверхности металла определяется теплотой Фазового перехода жидкость - пар для данной жидкости, скоростью подводасвежей жидкости к поверхности тепло-обмена, а также скоростью процессов десорбции паровых пузырьков, типом кипения (пленочное, пузырьковое) .Электрическое поле позволяет ин 5 тенсифицировать тепловой поток кипения на электропроводной стенке в 1,4 раза, что достигается за счет уменьшения критического радиуса зародыша парового пузыря, а также увеличением скорости роста пузыря. В электрическом поле возникает только пузырьковое кипение. Перечисленные эффекты объясняются снижением поверхностного натяжения жидкости в электрическом поле.Интенсификация процессов десорбции, подвода свежей жидкости к охлаждаемой поверхности а также конвек 20 тивного переноса тепла объясняется электроконвекцией, т.е. движением жидкости в электрическом поле. Интенсификация теплообмена конвекцией достигает (5-8) о , где с - коэффициент теплоотдачи в отсутствии электрического поля.Интенсификацию и замедление тепло- обмена электрическим полем определяют направлением градиентов температуры и электрической напряженности, Ес 30 ли ч ТИгЕ (векторы однонаправлены), то конвективный перенос тепла интенсифицируется, если ч Т 1 т 7 Е , конвекция подавляется в той же степени, что и интенсифицируется. Это позволяет ухудшать условия теплообмена, если на шину подать положительный потенциал, а обрабатываемый металл заземлить. Такая задача может возникнуть при необходимости заменить зака 40 лочную среду (масло) другой средой (водой). Если на обрабатываемый металл подать электрический потенциал, а шину (ванну) заземлить, то будет наблюдаться интенсификация теплооб 45 мена, Такая задача стоит при необходимости увеличения глубины закаливания .и скорости охлаждения. Величина изменения теплообмена (скорости охлаждения) определяется величиной50 напряженности создаваемого электрического поля, она зависит от геометрических размеров обрабатываемого металла, размеров и формы закалочной ванны и электрических свойств закалочной среды. Для получения заданного эффекта величина электрического поля подбирается при обработке конкретного технологического процесса.Однако она не может быть выше пробойной для данного металла Е , следовапртельно из условий охраны труда онавыбирается Е с 0,8 Емо(кспг фЗакалочные среды в практике неявляются чистыми. Нижний предел применяемого электрического поля определяется величиной его эффективноговоздействия. Интенсивность воздействия электрического поля на теплообмен определяется квадратом напряженности электрического поля, При малыхнапряженностях электрического поля(менее 1 кВ/см) воздействие поля натеплообмен в жидкости столь мало,что в опытах по термообработке необнаружено изменения структуры исвойств металла (см. опыт, режим 2).Таким образом, интервал воздействияэлектрического поля на термообработку составляет 1 кВ/см 0 8 ЕйрЭксперименты проводят в следующихусловиях,Режим 1 проводят без воздействияэлектрическим полем (Е = 0),Режим 2 проводятс воздействиемэлектрическим полем (отрицательныйпотенциал подан на металл)- 0,5 кВ/см ; режим 3 - то же, Е = 1,1 кВ/см ; режим 4 - то же, Е =10 кВ/см, режим 5 - то же, Е =- 177 кВ/см (это предельная технически целесообразная напряженностьполя для воздействия на теплообменв чистом трансформаторном масле) .При попытке увеличения напряженности поля ток утечки быстро возраста"ет, затем при дальнейшем увеличениинапряженности поля достигается пробой диэлектрика.Режим б проводят с воздействиемэлектрическим полем (положительныйпотенциал подай на металл),- 1 О кВ/см,Измерение проводят на трех образцах по каждому варианту от края кцентру, Точки замера твердости удалены друг от друга на расстоянии3 мм. Всего 18 образцов, Результатыизмерений усредняют. В таблице приведены результатыэкспериментов, из которых видно, чтомаксимальная глубина закаленного слояу образцов, обработанных по режиму 5.Исследования микроструктуры показали,что обработка по режимам 2 и 6; выхо1562356 тт итттттиититииит и тт Твердость образцов после обработки по режиму Положениеконтролируемой точки Образец 2 3 4тт 5 с, 56 56 54 50 40 54 56 54 50 46 38 50 41 35 33 28 26 50 42 32 32 28 26 Край Центр Формула и э о б р е т е н и яСпособ термической обработки ме" таллов, включающий нагрев до темпеСоставитель В, РусаненкоТехред Л.Сердюкова Корректор О. Ципле Редактор А. Иотыль ттт Заказ 1038 Тираж 510 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Жт 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 дящим за граничные условия, не улучшает структуру, она практически не отлицается от образцов, обработанных по режиму 1. Режим 3 способствует получению более мелкой структуры.Лучшие результаты полуцены при обработке по режиму 5 (мартенситные иглы мелкодисперсные), с нормальной,тити50 43 33 32 28 26 Предлагаемый способ (режимы 3 т 5) улучшает качество металла по структуре и твердости, обладает более высокой однородностью конечного продукта (металла), причем затраты (стоимость источника электрического напряжения и электрицеской энергии на токи утечки) невелики. ориентацией блоков, причем структураоднородна.В таблице также пгиведены свойства образцов после обраГотки иэвестным способом (режим 1, нагоев до820 С, выдержка 40 мин и охлаждениев масле без наложения электрическогополя,52 53 51 40 38 36 ратуры выше А , выдержку и последуюсщее охлаждение, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения ка цества металла за счет увеличенияинтенсивности теплообмена в эакалочной среде, охлаждение осуществляютв среде, находящейся в электрическомполе напряженностью от 1 кВ/см до З 0 0,8 пробойной напряженности охлаждающей среды, причем обрабатываемомуметаллу сообщают отрицательный потенциал,