Способ закалки цилиндрических длинномерных стальных изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 504 С 21 НИЯ ий остЛаяидла ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССУ 1016382, кл. С 21 Э 9/08, 1983Авторское свидетельство СССРР 1376568, кл. С 21 0 1/60, 1985(54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХДПИННОИЕРНЫХ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к областтермической обработки стали и можетбыть использовано в машиностроении при изготовлении деталей машин типа валов. Цель изобретения - улучшение качества путем равномерного распределения механических свойств по длине изделия. Сущность изобретения состоит в том, что иэделия, нагретые до температуры закалки, охлаждают путем погружения их в вертикальном положении во внутреннюю камеру двухкамерной ванны 1 и. создают в последней циркулирующий поток закалочной жидкости, восходящая ветвь которого находится во внутренней камере 2а нисходящая - во внешней камере 3. Причем между поверхностью изделия и стенкой внутренней камеры 2 поддер- фЮ живают равномерный в горизонтальной ироекиии и уменьнекенийоя от нинней Щ части к верхней зазор. Внутренняя камера имеет Форму усеченного конуса 2 ил., 1 табл.и1444365 в(= агс З,Э Такое выполнение способа закалкицилиндрических длинномерных стальныхизделий обеспечивает большую скоростьохлаждающего парожидкостного потока,омывающего верхнюю часть изделия, именьшую скорость охлаждающего парожидкостного потока, омывающего нижнюю часть изделия.Образующиеся при погружении нагретого изделия в закалочную жидкостьпузырьки газа под действием подъемнойсилы устремляются вверх. В своем движении пузырьки пара нагревают жидкость, смешиваются с ней и при достаточно узком зазоре между изделием ивнутренней стенкой камеры он оказыва ется заполненным двухфазным парожицкостным потоком, направленным вверх.Каждая вновь прибывающая порция парожидкостной смеси, оказываясь в своемдвижении у верхней кромки внутреннейкамеры, освобождается от пара, переливается через упомянутую кромку вобъем внешней камеры и, перемешива.ясь конвективным образом, охлаждается в ней. Во внутреннюю камеру с иэде.лием, как насосом, всасывается охлаж"денная закалочная жидкость из внешней камеры.Для каждого данного расхода паро.жидкостной смеси линейная скоростьее подъема в зазоре тем больше, чемизде- меньше площадь сечения этого зазора.Интенсивность теплообмена изделия ической и движущейся парожидкостной смеси жидкос- увеличивается с увеличением скорости асы 55движения парожидкостной смеси. В данном случае достаточно точным дляти, практической реализации можно принять линейную аппроксимацию зависика- высота закаливаемоглия м 3- коэффициент кинематвязкости закалочнойти при температурещения, Па/с;ускорение силы тяжем/сф; г 1Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении деталей машин типа валов. Цель изобретения - улучшение качества путем равномерного распределения механических свойств по длине изделия.На фиг. 1 изображена закалочнаяванна с погруженным в нее изделием,где показана циркуляция закалочнойжидкости по контуру, проходящемупо внешней камере и в зазоре междуизделием и стенкой внутренней камеры;, на фиг.2 - графики охлаждения различных сечений изделия по его длинев зависимости от времени, наложенныена термокинетические диаграммы распада аустенита стали изделия. 20Закалочная ванна 1 содержит внутреннюю 2 и внешнюю 3 меры,На фиг. 2 кривая о аждения 1 соответствует охлаждению сечения 1 вверхней части изделия, кривая охлаждения 11 соответствует охлаждениюсечения 11 в нижней части изделия.Сущность изобретения заключаетсяв том, что согласно способу закалкицилиндрических дпинномерных стальных 30изделий, включающему охлаждение на-.. гретых до температуры закалки изделий путем погружения их в вертикальном положении во внутреннюю камерудвухкамерной ванны и создания в последней циркулирующего потока закалочной жидкости, восходящая ветвькоторого находится во внутреннейкамере, а нисходящая - во внешнейкамере, в продолжении всего процессаохлаждения между поверхностью изделия и стенкой внутренней камеры поддерживают равномерный в горизонтальной проекции и уменьшающейся от нижней части к верхней зазор, максималь-,15ная величина которого определяетсяиэ соотношения р - температурный коэфФициентобъемного расширения закалочной жидкости при температуре насыщения, 1/С;М - температура начала мартенситного превращения материала изделия,фС;Т , - температура закалочной жидкости во внешней камере, С,путем погружения изделия во внутреннюю камеру, выполненную в виде усеченного конуса с телесным углом конусности, определяемым из соотношениянусн ости авен аг тенки я 3,3 е х 180 С в течениеердость по длин51 ед.НКС, чтоическим условия После о 120 мин уска при редняя т авила 50 ряет тех вала сосудовлетвна вал Результаты сер работки валов при ях зазора и угла внутренней камеры це.рмооб- начени и цикло различнь онусности стенприведены в та мости интенсивности теплообмена между изделием и закалочной жидкостьи от скорости подъема последней в зазоре.Таким образом, при осуществлении процесса закалки длинномерных изделий по данному способу некоторое отставание в скорости охлаждения верхней части изделия, обусловленное тем, 1 О что сначала в закалочную жидкость погруждается нижняя часть иэделия, а затем верхняя, компенсируется ее приращением за счет увеличения скорости движения закалочной жидкости, омывающей изделие. Так как в конечном итоге время охлаждения различных участков изделия по его длине оказывается одинаковым, то эти участки в процессе закалки приобретают одинаковые значения твердости, механической прочности, вязкости и т.п. Кроме того, преимуществом данного способа закалки длинномерных стальных изделий является простота его конструктивного 25 исполнения.П р и м е р. Способ закалки цилиндрических длинномерных стальных изделий был опробован при темп-термообработке ходового вала диаметром 40 мм,дли-ЗО ной 12000 мм иэ ст. 45 Х (0,443 С, 0,22% Бз., 0,80 Мп, 1,047. Сг, 0,263 М 3. Мц = 350 С). Вал закаливался сотемпературы 840 С в масле марки МС, у которого кинематическая вяз"35 кость при температуре насыщения равна 6,59 х 10 Па/с, Вал при закалке размещался во внутренней камере закалочной ванны с конической внутренней стенкой, причем равномерный за зор внизу бып равен Из таблицы следует, что величиназазора между поверхностью изделияи стенкой внутренней камеры в нижней его части, а также угол конусности стенки внутренней камеры, определенные в соответствии с предлагаемыми Формулами для их определения,задают наилучшие в данном случае результаты термообработки валов в от"ношении равномерности закалки по ихдлине,По сравнению с известным выполнение предлагаемого способа закалкидлинномерных стальных иэделий обеспечивает повышение равномерности закалки изделий по их длине, тем самымих качества и работоспособности.Формула изобретенияСпособ закалки цилиндрическихдлинномерных стальных изделий, включающий нагрев выше Асэ, охлаждениепутем погружения изделия в вертикальном положении во внутреннюю камеру заданной Формы двухкамерной ванны с закалочной жидкостью, созданиев жидкости циркулирующего потока,восходящая ветвь которого находитсяво внутренней камере, а нисходящаяво внешней камере, обеспечение зазора между изделием и стенкой внутренней камеры в нижней ее части величинойгде То - температура эакалочнойжидкости во внешней камеоре, С;Н - высота закаливаемого иэделия;- коэффициент кинематической вязкости закалочнойжидкости при температуренасыщения;- ускорение свободного падения;р - температурный коэФфициентобъемного расширения закалочной жидкости притемпературе насыщения;М- температура начала мартенситного превращения вовнешней камере,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения качества путем равномерного распределения механическихсвойств по длине изделия, охлаждениеосуществляют во внутренней камере,1444365 имеющей форму усеченного полого конуса, широким торцом обращенным книзуванны, с телесным углом конусности 4= атсс 83,3 И Н(М Угол конусности,град, мин Способ Зазор, мм 325 130 Удовлетворительная прочность и работоспособность вала, средняя твердость по длине вала 50,5 ед. НКС при максимальном отклонении от средней величины - 0,5 ед. НКС 325 160 Средняя твердость по длине вала 45 ед.НКС, максимальный перепад в твердостипо длине вала 4 ед. НКС 3 25 100 Средняя твердость по длине вала 52 ед.НКС, максимальный перепад по длиневала 3 ед, НКС 130 Средняя твердость по длине вала 50 ед.НКС, максимальный перепад в твердостипо длине вала 3 ед. НКС Оф Сг:;:дняя твердость по длине вала 49 ед.НКС, максимальный перепад в твердостипо длине вала 3 ед. НКСФФ 88Составитель А. КулемиТехред М. Ходанич Корректор С.Шеки Подпис 545ого комитета СССРий и открытийаушская набер д Заказ 6458/2 8 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 13035, Москва, Ж, 4/5 4Ужгород, ул, Проек оизводственно-полиграфическое предприят 1 Редактор Х. Недолужеик Результаты термообработки