Способ закалки стальных изделий

(71) Институки АН УССРГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к термической обработке стали, в частностик закалке изделий в кипящем слое диперсного теплоносителя. 11 ель изобретения - повьппение твердости и прочности изделия, Сжатый воздух, который служит побудителем псевдоожижения дисперсного теплоносителя, находящегося в закалочном баке, предварительно направляют в систему вих ревых труб, подключенных холодильны-.ми концами к днищу закалочного бака,В соответствии с эффектом Ранка,сжатый воздух в вихревых трубах охлаждается до отрицательных температури завихряется. Это создает условиядля эффективного ожижения и охлаждения дисперсного теплоносителя, который, соприкасаясь с нагретой поверхностью эакаливаемой детали, способствует ускорению процесса теплоотвода.Одновременно поток воздуха охлажденный ниже температуры конца прямогомартенситного превращения на 10-50 С,активно отводит тепло от частиц дисперсного теплоносителя. Таким образом, в объеме закалочного бака обеспечиваются условия для интенсивногоотвода тепла с поверхности закаливаемых деталей во всем интервале мартенситных превращений, в результате чего обеспечивается получение высокихпрочностных свойств и эксплуатационных характеристик. 1 ил.Изобретение относится к термической обработке стали, в частности кзакалке изделий в,кипящем слое дисперсного теплоносителя.5Цель изобретения - повышение твердости и точности изделия.На чертеже изображено устройство,с помощью которого осуществляетсяпредложенный способ, 10Устройство содержит бак 1, заполненный дисперсным теплоносителем2. К днищу бака через перфорированную решетку 3 присоединены вихревыетрубы 4, которые питаются от источника 5 сжатого газа, а нагретый газиз вихревых труб отводится черезпатрубок 6.Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.В эакалочный бак 1, заполненныйтеплоносителем 2 с высокой теплоемкостью (например, медной или алюминиевой стружкой) подают через вихревые трубы 4, установленные в днищезакалочного бака, сжатый газ (воздух),например, от компрессора 5. В соответствии с эффектом Ранка в вихревыхтрубах идет разделение потоков сжатого воздуха на холодный и горячий,Холодный воздух через перфорированную решетку 3 (для равномерного распределения потока) - в закалочный бак,Благодаря повышенному давлению холодного воздуха, дисперсный теплоноситель вскипает (псевдоожижается) иохлаждается до температуры холодноговоздуха, после чего нагретые под закалку детали вводятся в слой кипящего 40теплоносителя и выдерживаются в немв течение необходимого времени.Изменением проходного сечения трубопроводов, подводящих сжатый охлажденный воздух в закалочный бак,регулируют степень разрежения закалочной среды и, как следствие, высоту псевдоожиженного слоя,(Способ осуществляется следующимобразом.Сжатый газ (воздух), который служит побудителем псевдоожижения дисперсного теплоносителя, находящегосяв закалочном баке, предварительнонаправляют в систему вихревых труб,подключенных холодными концами кднищу закалочного бака. В соответствии с эффектом Ранка сжатый газ в вихревых трубах охлаждается до отрицательных температур и завихряется. Это создает условия для эффективного ожижения и охлаждения дисперсного теплоносителя, который, соприкасаясь с нагретой поверхностью закаливаемой детали, способствует ускорению процесса теплоотвода. Одновременно поток газа, охлажденный ниже (на 10-50 С) температуры конца прямого мартенситного превращения (Т), активно отводит тепло от "витающих" частиц дисперсного теплоносителя. Таким образом, в объеме закалочного бака обеспечиваются условия для интенсивного отвода тепла с поверхности закаливаемых деталейво всем интервале мартенситных превращений, что способствует измельчению мартенситных зерен, уплотнению дислокаций и созданию на поверхности деталей высоких сжимающих напряжений, в результате чего обеспечивается получение высоких прочностных свойств и эксплуатационных характеристик.Изменением давления газовой фазына выходе из вихревых труб обеспечивают различную степень псевдоожижения (различные соотношения частиц теплоносителя и газовой фазы), изменяют охлаждающие свойства закалочной среды в нужном направлении: более плотная среда интенсивнее отводит тепло и наоборот.Указанный интервал высот псевдоожиженного слоя (плотности) выбран из условий, что более плотная среда,чем 1;5 (т.е. высота псевдоожиженного слоя с 5 толщин насыпного слоя)малоподвижна и в нее трудно вводитьзакаливаемые детали, а более разряженная, чем 1:20 (т,е. высота псевдоожиженного слоя20 толщин насыпного слоя) в значительной мере теряет свои преимущества по сравнению с обычным газовым потоком.П р и м е р, Экспериментальные исследования проводят на образцах, изготовленных из стали 70 Г. Нагрев образцов до температуры 1103 К про-. изводят по существующей технологии, а закалочные охлаждения по существующему режиму.В закалочный бак, наполненный на1/5 часть алюминиевыми опилками сосредним размером й = 0,4 мм, снизу,через пять вихревых труб, подключен10 нык в шахматном порядке к днищу бака,подводят охлажденный до отрицательной температуры (245 К) сжатый воздух со средней. скоростью потока У,== 0,4 м/с. При этом в эакалочном баке устанавливается стабильное состояние псевдоожижения дисперсного теплоносителя с соотношением теплоносителя и воздуха 1:8,После полного нагрева образцовдо 1103 К их погружают в кипящийслой опилок, где выдерживают до пол. -ного остывания в течение 20-30 секЗатем образцы подвергают отпуску 15при температуре 723 К в течение30 мин,Закалка аналогичных образцов поизвестному способу позволяет провести их сопоставительный анализ, 20Так для известного способа закалки твердость и прочность на разрывсоставляют соответственно 50-52 НРС,92-98 кгс/мм , а для предлагаемогоспособа, предусматривающее охлаждения теплоносителя - 58-60 НРС; 04113 кгс/мм . Таким образом, при эакалочном охлаждении по предложенному способу прочностные и эксплуатационные характеристики обрабатываемого материала возрастаютна 153по сравнению с известным способом,Кроме указанного преимущества,предлагаемый способ закалочного охлаждения позволяет интенсифицировать35 охлаждение практически любых марок сталей за счет предварительного, глубокого (ниже конца прямого мартен- ситного превращения) охлаждение теплоносителя.При этом отсутствует потребность в криогенных жидкостях, обеспечивается равномерный теплоотвод со всей поверхности детали, что способствует сохранению ее геометрии.Формула изобретенияСпособ закалки стальных изделий, включающий нагрев выше Ас , охлаждение в баке с псевдоожиженным слоем дисперсного теплоносителя заданной высоты, регулирование скорости охлаждения путем изменения параметров сжатого газа, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения твердости и прочности изделий, высоту слоя псевдоожиженного газа устанавливают в пределах 5-20 высоты насыпного слоя дисперсного теплоносителя, а скорость охлаждения регулируют путем предварительного пропускания газа через систему контактирующих с баком вихревых труб, в которых газ охлаждается до температуры на 10-50 С ниже температуры конца прямого мартенситного превращения стали и формируется вихревой поток.1375661 Составитель А.КулеминРедактор Г.Волкова Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пил аказ 7 о ком ий и от Раушск зводственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 Тираж 544 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, Ж