Способ поверхностной закалки изделий из металлов и сплавов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ 652226К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Саез Севетоеи Сащрванстиче:нна Ввспубанн.СССР но аелам нзобретеннй н открытнй(7 Ц Заявнтел аинской итут проблем прочности А 4) СПОСОБ ПОВЕРХНОС ИЗ МЕТАЛЛОВЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИПЛАВОВ Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при поверхностной закалке изделий, например из тугоплавких металлов и сплавов.Известен способ закалки, включающий электроконтактный нагрев (1) .Недостаток этого способа в низком качестве закаленной поверхности изэа электроэрозии в местах контакта.Известен способ закалки путем индукционного нагрева 2). Этот. способ позволяет с достаточной. точностьюосуществлять нагрев иэделий на заданную глубину. Однако индукционный 15 нагрев чрезвычайно энергоемок.ф Кроме того, индукционный нагрев мало пригоден для закалки изделий, изготовленных из металлов (равно ф как и сплавов), у которых температурный диапазон фазовых,превращений ле жит выше точки Кюри (760 ОС). При температуре вблизи точки Кюри в металле (сплаве) происходят магнитные превра- ф щения, обусловливающие уменьшение скорости индукционного нагрева в 5- 10 раз, Вследствие этого практически невозможно регулировать глубину прокаливаемого слоя.ЗО Иаиболее близок к предлагаемому способ поверхностной закалки, включающий нагрев изделия фокусйрованием лучистойэйергии от источника излучения на изделии, чего достигают, помещая изделие и источник излучения в фокусы замкнутой эллиптической отражательной полости. Затем нагретое изделие охлаждают в закалочной ванне (3).Однако резкое охлаждение иэделия в закалочной, например, водной среде приводит к развитию внутренних напряжений, короблению, образованию трещин и микронеровностей закаливаемойповерхности, так как максимум ско- . рости охлаждения при закалке в жидких средах приходится на температуры ниже диапазона температур фазового превращения, т,е, когда структура металла (сплава) уже сформирована. В диапазоне температур, благоприятном для фазового превращения, скорость охлажения низка из-за возникновения на поверхности раздела изделия и эакалочной среды пленочного и пузырчатого кипения;Очевидно, что происходящие при охлаждении изделия в закалочной среде процессы являются общими для.оха5 35 рактериэованных способов закалки, так как не зависят от способа нагрева изделия.Однако недостатки охлаждения, проводимого указанным образом, в значительно большей степени снижают эффективность последнего описанного способа закалки, так как практичес ки сводят к нулю такое преимущество безынерционного радиационного нагрева, как сохранение чистоты закаливаемой поверхности (до девятого класса чистоты. поверхности)Цель изобретения - повышение чистоты закаливаемой поверхностиЭто достигается тем, что предлагаемым способом охлаждение ведут путем помещения нагретого изделия и низкотемпературного поглотителя в Фокусы замкнутой эллиптической отражательной полости.В результате практически безынерционного охлаждения при отсутствииэакалочной среды обеспечивается высокая скорость охлаждения в интервале температур фазовых превращений, что гарантирует сохранение качества обработки поверхностн иэделия. При этом исключается воздействие закалочной среды на поверхность изделия. Описанный спосОб поверхностной закалки близок к оптимальному, поскольку максимум скорости охлаждения приходится на диапазон температур фазовых превращений материала изделия, Дальнейшее снижение скорости охлаждения позволяет избежать образования значительных внутренних напряжений в материале, приводящих к его короблению, растрескиванию.Пример осуществления способаЦилиндрическую деталь 1, изготовленную из молибдена, диаметром 9 мм, высотой 60 мм, помещают в фокус А полости 2 устройства для поверхностной закалки, выполненного в виде двух идентичных эллиптических стражательных полостей 2 и 3, расположенных в общем корпусе 4. Параметры эллипсов: большая ось эллипса (2 а) 200 мм; малая ось эллипса (2 в) 180 мм, межфокусное расстояние (2 с) 120 мм. В Фокусе В полости 2 расположен источник 5 лучистой энергии - графитовый стержень, диаметром 9 мм, подключенный к источнику электроэнергии. Для закалки изделий иэ молибдена, ниобия, тантала и т.п. устройство вакуумируют. Включают источник 5 лучистой энергии, пропуская электрический ток по графитовому стержню. Лучистый поток от источника 5, благода- . ря Форме полости 2, концентрируется в пространстве вблизи фокальной оси А, где расположено закаливаемое йэде- . лие 1. Нагрев заканчивают по достижении заданных температуры поверхности иэделия и глубины нагретого слоя. Момент окончания нагрева определяютлюбым известным способом, Полости2 и 3 сообщаются посредством отверстия б, выполненного в стенке 7 кор-пуса 4, разделяющей указанные полости. Ось отверстий совпадает с Фокаль"ной осью А полости 2 и совмещеннойс ней фокальной осью А полости 3. ВФокусе Б полости 3 размещен низкотемпературный поглотитель 8 лучистойэнергии (в данном примере выполненный в виде тонкостенной медной трубки, внутри которой циркулирует жидкий азот). Наружная поверхность трубки эачернена, коэффициент чернотыповерхности л 0,8.Иагретое изделие 1 перемещают вполость 3 и располагают в фокальнойоси А. Энергия, излучаемая нагретымизделием, фокусируется на поверхности поглотителя 8. Иэделие же, охлаждаясь, закаливается на требуемую глубину.Теплообмен между наГретым изделием и поглотителем происходит в полости, изолированной от источника лучис-.той энергии, что позволяет осуществ-лять регулируемое охлаждение изделияна определенную глубину закалки.Использование предлагаемого способа поверхностной закалки на машиностроительйых предприятиях позволяетв значительной степени усовершенствовать технологию изготовления ответственных узлов агрегатов машин и механизмов, исключить использование закалочных сред, операции последующеймеханической обработки закаленныхповерхностей и, следовательно, уменьшить загрязнение окружающей среды,улучшить условия труда в термическихцехах предприятий,Формула изобретенияСпособ поверхностной закалки изде- лий из металлов и сплавов, включающий нагрев лучистой энергией путемпомещения изделия и источника энергии в Фокусы замкнутой эллиптической отражательной нагревающей полости и последующее охлаждение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения чистоты эакаливаемой поверхности, охлаждение ведут путем помещения нагретого иэделия и ниэкотемпературного поглотителя в Фокусы замкну- .той эллиптической отражательной охлаждающей полости,Источники инФормации, принятые вовнимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9419566, кл,С 21 0 9/46, 1972.2. Авторское свидетельство СССР9415836, кл. И 05 В 5/02, 1972.3. Авторское свидетельствО СССР9241474 кл. С 21 О 1/12, 1967,652226 Составитель С.ИиколаеваТехред Л Алферова Корре Ф ар Редакт 88 Тираж 652КИПИ Государственного комитетпо делам изобретений и откМосква, Ж, Раушская наЬ одписное Срытийд. 4/5 113