Способ закалки металлических деталей

ОП ИСАН ИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюз СеветскикСфциалистицескикРеспублик 11960277(ф) М. Кл.З С 21 0 1/04 С 21 0 1/56 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открнтиа.083 с 621.78, .616 (088.8) Дата опубликования описания 23.09.82(72) Автор,:изобретения Ф.С. Добкин ВСЕСОИЗИЯ ПАТЕПТИОТЕХННЧМКАЯБИБЛн 9 ПВл Институт механики АИ Украинской ССР(54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙИзобретениеотносится к техноло гии термической обработки металлов и сюжет быть использовано в машиностроении и других отраслях проиазаленности, 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 металлических 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 охловявание кавитационных пузырей, возникающие при этом,импуль/сы давления разрушают паровую рубаш ку 23 К недостаткам укаэанного способаследует отнести то, что начало кави.тации зависит от гаэосодержания жидкой эакалочной среды.Кавитация начинается с выделениягаза иэ: жидкости. Для образованиякавитации в жидкости, в которой отсутствуют зародыши кавитации, тре-.буется пбвышение энергии ультразвукового поля, под действием которого и происходит образование кавитацииеКроме тогоу при применении из.вестного способа кавитация возникает во всем объеме закалочной среды, а так как на закалку влияет кавитация вблизи закаливаемой детали,то происходит непроизводительноеО увеличение энергозатрат для проведения процесса закалки.Целью изобретения является снижение энергозатрат для проведенияпроцесса,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу закалкиметаллических деталей, включакщемунагрев до температуры закалки и охлаждение в жидкой среде, на которуюнакладывают ультразвуковое поле, вЗО жидкую среду вводят пузырьки ваза.При этом пузырьки газа вводят взону охлаждения эакаливаемой деталидиаметром0,318 ЗХ Ру У 5где 1 - частота колебаний ультразвукового поля;Х - отношение теплоемкости газа при нагревании в усло-виях постоянного давления 10(Ср):;к тепловмкости газапри нагревании в условияхпостоянного объема (С)1Р - гидростатическое давлениев закалочной среде 5плотность эакалочной сре-дыеВведение пузырьков газа в эакалочную среду, находящуюся в ультразвуковом поле, позволяет снизитьэнергию ультразвукового поля, требующуюся для создания кавитации, потому что газовые пузырьки ослабляют жидкость и кавитация развивается,преимущественнО В ЗОне закалОчнОйфазы с газовыми пузырькавв.Повьааение газосодержания закалочной среды ускоряет начало,.кавитации.. Наличие газовых пузырьков вблизиэакаливаемой детали способствует образованию кавитации в эакалочнойсреде лишь в области эакаливаеьюйдетали, а не во всем объеме закалочной среды. Диаметр вводимых в закалочную среду пузырьков газа выбирается равным резонансному диаметрус 35Это позволяет снизить энергетическиезатраты, необходиваае для проведенияультразвуковой закалки.В качестве пузырьков газа, вводимых в эакалочную среду, Могут быть 40пузырьки воэдула, которые вводят вэакалочную среды в зону охлажденияэакаливаемой детали.Введение в жидкость газа в видепузыРькОВ мОжнО Осуществить приме 45няя 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 могутвводиться в закалочную среду путемприменения излучателей ультразвукатипа 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 может быть выведена в жидкость в зонеохлаждения детали в виде пузырьков,На размер газовых пузырьков накладывается ограничение, При закалке в воде под атмосферным, давлением для ультразвукоэогб поля с. частотой 20 кГц диаметр пузырьков воздуха Ф 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 сжкаются, при этом созда ются импульсы давления, разрущающие паровую пленку, окружающую закаливаемую деталь.П р и м е р. Сверла диаметром 4 мм из стали Р 18 после подогрева доо800 С нагревают до 1280 ОС 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;. 10,8 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 И при гармонических колебаниях выражается соотношениемЧ 2 Вф %,А щ,где А - амплитуда колебаний;в - масса.Отличие известного и предлагаемого способов заключается в величине амплитуды, поэтомуИ 10 ф- фт.е. для проведения закалки по известному способу требуется энергозатрат в 1,44 раза больше, чем по предлагаеьюму,Формула изобретения1. Способ закалки металлических деталей, включающий нагрев до температуры закалки и охлаждение в жидкости, на которую накладывают ультразвуковЫе колебания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, в жидкую среду вводят пузырьки газа.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что пузырьки газа вводят в зону охлаждения эакаливае960277 Р - гидростатйческое давление вэакалочной среде- плотность закалочной среды. Составитель Р. КлыковаРедактор 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, Раушская наб д. 4/5 1филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мой детали, при этом диаметр пузырь=- кон равено 318 ./ 3 Хр5Р фгде Г - частота колебаний ультразвукового поляХ - отношение теплоемкости газапри нагервании в условияхпостоянного давления (С) ктеплоемкости газа при нагре.вании в условиях постоянногообъема (СХ)Источники информации,5 принятые во внимание при экспертизе1. Биронт В.С. Применение ультразвука при термической обработке ме,таллов. М., фМеталлургия", 1977,с. 8-13.10 . 2. "Применение ультразвука в промааленности", М., Машиностроение,1975, с. 100-101.