Способ закалки стали

СОНИ СО 8 ЕТСЯИХ квеФЮмааЕ СПУБ ЛИК 797243ОПИСН АВТОРСИ 7.ской теплоф Н.И. и за та-4. ГОСУДАРСТВЕЯЯЫЙ КОМИТЕТ СССРОО ДЕЛАМ ИЗОБРЕПЮИЙ И ОТНРЫТЮ(71) Институт техничзики АН УССР(56) Кобаско Н.И., ПВлияние скорости охлкалке на образованиели 45, МИТОМ, 1964,.Авторское свиретеВ 485161, кл. С 21 ЭС 21 Э 6/04, 1972. 8)охоренкоаждения пртрещин в с2, с.53-5ьствоСССР9/22,(54)(57) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛИ с содержанием углерода до 0,6 Х, включающий нагрев, выдержку и охлаждение в жидкой среде, о т л.и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения механических свойств и предотвращения трещинообразования, охлаждение ведут с выдержкой, равной периоду пузырькового кипения жидкой среды при температуре ее кипения, соответствуюощей Мн=(50-200 С) а затем - со скофростью 30-600. С/с.797243 чтобы мог наблюдаться обнаруженный эффект упрочнения стали. При охлаждении конструкционных сталей в криогенной жидкости из-за интенсивного образования газовой пленки не может быть создана высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале, в результате чего эффекта упрочнения не наблюдается. При закалке конструкционных сталей в интенсивно охлаждающих средах, например, в холодной циркуляционной воде, несмотря на высокий коэффициент теплоотдачи, наблюдается задержка мартенситных превращений при пузырьковом кипении, в процессе которого температура поверхности охлаждаемого тела долгое время, изменяясь незначительно, поддерживается на уровне кипения.В этих условиях происходит разупрочнение закаленной стали, а скорость охлаждения поверхностных слоев минимальна. В то же время в охлаждаемом теле, благодаря высокому градиенту температур, действуют высокие термические н структурные напряжения, приводящие к образованию эакалочных трещин и короблению закаливаемых деталей.Целью изобретения является повышение механических свойств и предотвращение трещинообразования.Указанная цель достигается тем, что в способе закалки стали с содержанием углерода до 0,67, включающем нагрев, выдержку и охлаждение в жидкой среде, охлаждение ведут с выдержкой равной периоду пузырькового кипения жидкой среды при темперятуре ее кипения, соответствующей М=(50 о200 С), а затем - со скоростью 30- 600 фс.Температуру поверхности охлаждаемого изделия с помощью давления или всевозможных добавок к воде в .процес/ се пузырькового кипения поддерживают на уровне, при котором в переохлажденном аустените образуется не более 253 мартенсита, Анализ термокинематических диаграмм конструкционных сталей показал, что для большинства марок сталей 257. мартенсита в пере- охлажденном аустените образуется при температуре, которая находится в пределах М=(50-200 С)с.После. окончания пузырькового кипения процесс охлаждения закаливаемого изделия продолжается при высокойскорости охлаждения в мартенситноминтервале, например в интенсивномпотоке жидкости, в криогенной среде,вибрирующей с резонансной частотой,и другими способами.Скорость охлаждения эакаливаемойдетали после выдержки при температурекипения жидкости должна превышать,в зависимости от марки стали, опре,деленное значение, за пределами которого и наблюдается упрочнение стали, Для высоколегированных среднеуглеродистых марок сталей типа 40 ХН 2 МАэта скорость находится в пределах 60- 1580 С/с для стали 45 она превышает. 300 С/с для стали 20-600 С/с.Для легированных сталей с содержанием углерода до 0,6%, как например, для стали 60 С 2 А эта скоростьснижается до 30 С/с.Изотермическая выцержка при температуре кипения жидкой среды, соответ-ствующей температуре Мн=(50-200 С)сустраняет воэможность образования 25закалочных трещин, возникающих подвоздействием высоких термических напряжений и уменьшает деформацию, обусловленную незначительным образованием мартенсита (257) в переохлажденном аустените. Кроме того, задержкамартенситных превращений при изотермической выдержке создает предпосылкидля взрывоопасного характера превращения при последующем охлаждении,что приводит к резкому упрочнению35материала. Насколько важно рассчитатьтемпературу и продолжительность выдержки видно иэ таблицы, где показано влияние продолжительности выдержки на прочностные характеристикистали 60 С 2 А, С повышением продолжительности выдержки (по расчетным иэкспериментальным данным это времяравно примерно 1 с) прочность стали60 С 2 А понижается,Пример 1.Стержень диаметром 6 мм из сталио60 С 2 А охлаждают от температуры 870 С .в 603-ном водном растврре СаС 1, азатем к концу пузырькового кипениястержень перебрасывают в емкостьс жидким азотом, вибрирующую с резонансной частотой.1После полного отсасывания и послефдующего отпуска при температуре 460 С,55прочность стали 60 С 2 А увеличилась. на 30 кгс/мм при сохранении ее высоких пластических свойств.При указанной концентрации температура поверхности стержня в процессе пузырькового кипения поддержио вается на уровне 160-180 С, поэтому образуется не более 253 мартенсита,Пример 2.Полуось диаметром 62 мм иэ стали 45 со шлицевой поверхностью на концах равномерно прогревается доотемпературы 860 С и помещается в специальнуюкамеру, в которой создается давление (5-7)10 Па при скорости перемещения воды в камере 1-2 м/сПо истечении 3 с давление в камере понижается почти до атмосферного (путем открытия заслонки в камере) и деталь продолжает охлаждаться в течение 30 с в интенсивном потоке воды, движущейся со скоростью 8-10 м/с.В результате описанной технологии устраняется возможность образования закалочных трещин на шлице, повышается долговечность работы полуосей при циклических нагрузках, уменьшается коробление полуосей.1Пример 3.Проволока диаметром 4 мм из стали 20 нагревается электрическим тоо ком до температуры 900-910 С и протягивается через специальное охлаждающее приспособление, состоящее из двух камер.В первой камере поддерживается давление воды (10-12)ф 10 .Па, а во второй камере создается поток воды до 10 м/с.В первой .камере происходит задержка превращения аустенита в мартенсит, а во второй камере создается высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале, превышающая то значение, за пределами которого происходит заметное упрочнение стали.Расчеты показывают, что скорость охлаждения в мартенситном интервале на втором этапе охлаждения можно регулировать в широком диапазоне 30- 600 С/сПредложенный способ позволяет повысить прочностные свойса стали, благодаря чему повышается изностойкость и долговечность работы изделий примерно в 5 раз.797243 Механические .свойства различных марок сталей при закалкеМарка стали ность охлаждения в б,. р-ре Закалка в 603-номрастворе СаС 1 снереяосом.в жидкийазот, находящийсяв режиме виброперемешивания 130 6 ф 1 121 45 174 1 60 С 2 А 192 22 45 7,3 163 175 2 60 С 2 А 22 45 122 9,1 167 60 С 2 А 159 33 1 60 С 2 А 20 У 7 А Закалка в 103-номрастворе СаС 1 спереносом в спокойный жидкийазот 153 143 29 26 144 140 4,2 Закалка в 603-ном До полрастворе ногоостыва С 2 Ания 45 130 121 142 126 8,2 Техред Л. Олийнык Редактор Н.Сильнягина Корректор А.Обручар Заказ 773 Тираж 544 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5