Способ поверхностной термической обработки изделий

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23)приоритет С 21 О 1/09//С 21 О 9/22 Государственный коммтет СССР по аелаи изобретений и открытий(54) СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМИЧЕСКИЙ ОБРАБОТКИ ИЭДЕЛИЙИзобретение относится к термообра= ботке инструмента и может быть использовано при изготовлении штампов, в частности, для равномерного нагрева их рабочих кромок.Известен способ поверхностной термической обработки иэделий путем нагрева электронным лучом в вакууме с последующим быстрым охлаждением из-за отвода теплоты вглубь объема изделия 13 .Однако данный способ не позволяет проводить закалку изделия с получением различных уровней прочностных свойств разных участков поверхности, в частности, кромок штамповКроме того, нет гарантии равномерного нагрева околокромочной зоны штампа. Мтампы с высоким уровнем твердости рабочих кромок и околокромочной зоны и повышенной пластичностью остальных зон поверхности и сердцевины иэделия имеют высокую стойкость.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способповерхностного нагрева металлических изделий путем воздействия электронного пучка на нагреваемую поверхность с разверткой последнего в двух направлениях 2. Способ позволяет повысить равномерность нагрева по сравнению с известныаи способами.Цель изобретения - дальнейшееувеличение равномерности нагрева.Для достижения поставленной целив способе поверхностной термическойобработки изделий, включающим нагрев 10 развернутый электронным лучом, нагревпроизводят лучом развернутым во взаимно перпендикулярных направленияхс частотой 200-600 Гц при рассогласовании частот на 2 Ф 1. Проведеныспециальные исследования влияния ве-личины частот развертки и нх рассогласования на равномерность выделения теплоты электроннюл лучом по обрабатываемой поверхности. Используют синусоидальные сигналы переменной частоты от двух генераторов типа ГЭ, подаваек;е на соленоиды электронно-оптической систеьМ. Визуальное наблюдение картиныразвертки ведут на экране осциллографа.На первом этапе проводят выборпредварительного режима развертки.электронного луча при различных знаЗф чениях частот Фи Г путем сопоставГ оЪргде Л=Г,щГобр ГОЪщ относительная площадьобработкиплощадь поверхности электронно-лучевой обработки;площадь всей поверхности изделия. ления осциллограммы. Диапазон исследованных частот 0-1000 Гц.Равенство частот Г= Г приводит к кольцевой развертке луча. В случае, огда Г,1 ПГ 1, где15 2 2 ф 3;,получают семейство разнообразных фигур. С возрастанием п и при достижении соотношения частот Г (сГ 1, )азвертка приобретает вид линии, перемещающейся вдоль одной из осей координат. Данные выше условия развертки не приводят к равномерному нагреву, так как энергия электронного луча сконцентрирована на небольшой части обрабатываемой поверхности изделия,Рассогласование значеннй частот Г и Г сильно изменяет характер раз" вертки электронного луча, при этом энергия равномернее распределяется по всей обрабатываемой поверхности. Нз сопоставлеиия приведенных исследований следует, что режим развертки(1,01-1,03) Г является лучшим с точки зрения равномерности распределения энергии по обрабатываемой поверхности.Лучшие величины частот развертки электрониого луча (с точки зрения равномерности нагрева) выбирают на предварительно найденном режиме рассогласования частот Г 1 (1,01".- 1,03) Гл .,Проведенные исследования показывают, что с возрастанием частот повышается равномерность распределения энергии электронного луча по обрабатываемой поверхности.Окончательный выбор лучших режимов обработки проводят при исследовании теплового вОздействия электронного луча на обрабатываемую поверхность для различных величин Г 1 и Г и их относительных рассогласований. С этой целью над поверхностью образца устанавливают головки термопар (И + 5 йе, Ч + 20 йе), одетые в металлические колпачки. Термопары Фиксируют распределение температуры в зоне электронно-лучевого нагрева при стационарном тепловом режиме на различных частотах развертки и с различными рассогласованиями частот.Определяют относительный температурный перепадТ п 1 юУ=Т юдкгде Т . и Т - наименьшее и наибольЮ 1 Ршее из значений температуры в зоне обработки,По величине Р рассчитывали критерийравномерности нагрева4=д Ь. Точечный режим является самымнеблагоприятным с точки зрения равномерности обработки поверхности. Дляэтого случая лф 0, так как Г,Ър Г,Еи сР ( 1. При наличии однородного теплового потока по всей поверхностиизделия величина критерия 41,таккак О = 1 и Г,Ър Г,Ъ , т,е. наблюдается наилучшая равномерность нагрева обрабатываемого изделия.На фиг .1 приведены эксперимен тальные зависимости критерия 1 равномерности нагрева от величины относительного рассогласования частотразвертки электронного луча И100 при различных величинахи Гд,Для режима обработки Г Г величина 4 минимальна. Небольшое рассогласование частот по величине (И ( 1)щ приводит к заметному увеличению критерия 1 . При значениях И2 наблюдаются максимальные значения критерия 1 . Дальнейшее увеличение рассогласования не приводит к ощутимому изменению критерия 9 . Таким образом",лучшие значения 4 наблюдаются призначениях И = 2 1 1.На фиг. 2 приведена экспериментальная зависимость критерия равномерности нагрева от величины частот30 развертки электронного луча Г прирассогласовании частот И2.Наибольшие значения критерия 4равномерности нагрева наблюдаются прииспользовании частот развертки по 3 .рядка 400 Гц с рассогласованием ихвеличины на И2. Отклонение значений частот на величину 400-200 Гцтакже дает хорошие результаты о равномерности нагрева,Экспериментальное опробованиепредлагаемого способа термообработкн проводят при закалке штампов.На поверхности окончательно изготовленного штампа выбирают зону,включающую рабочие кромки. Осуществ 4 ляют развертку электронного луча вдвух взаимно перпендикулярных направлениях. Для закалки используется обнаруженный краевой эффект, заключающийсяв том, что при нагреве изделия электронным лучом теплоотвод вглубь металла от точек, расположенных на кромкештампа, меньше,чем от точек, удаленных от края отверстия или выступа.В результате кромки нагреваются быстрее и раньше достигают температурыАс, При этом температура. остальныхточек нагреваемой зоны имеет значение от Ас до Ас. Йо прошествии не которого заранее определенного времени выдержки кромок штампа при температуре выше Асвоздействие электронного луча на поверхность зоны прекращают. Происходит быстрое охлажде ние поверхностного слоя путем отвода908851 края отверстия матрицы . Применяютразвертку луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях с часто"тами Г = 400 Гц,= 407 Гц,В таблице представлены значениямикротвердости матрицы иэ стали 5 Х 12 до (Н " ") и после (Н" ) электронно-лучевой закалки. До ЭЛЗ кром"ки матрицы отпущены прн эксплуатации.нсхэлъ ие ЭЛЪ . йск уц10м Н МН/м Нд фН 00Н 100 фНюо а Нсф ф МН/м 1 10, м МН/,МН/м 10 м МН/м МН/м 8510 1,1 7370 8330 6210 9700 0,55 0,05 6560 ОфбО 9070 5940 7830 9280 7670 8880 1, 3 7670 8410 1,5 7900 8510 1,9 - 7510 0,10 6760 9070 0,65 8880 О;,70 9480 075 9070 080 0,20 0,25 8690 7510 7830 7080 8150 2,1 6820 7670 0,30 2,3 7830 7590 2,5 8150 7980 6820 0,35 8830 0;85 0,90 7080 6180 0,40 7370 6690 8240 7080 8330 2,7 6820 8510 0,45 2,9 7980 7820 7230 8880 . 1,0 0,90 Из таблицы видно, что в то время, 39 как до ЭЛЗ микротвердость участков матрицы, расположенных вдали от кромок, составляет в средном 70008000 МН/мО, Нуменьшается по мере приближения к краю отверстия в сред нем до 6500-6000 ХН/м. После ЭЛЗ Н основной части поверхности составляет 7000-8500 МН/м, а микротвердость кромок повышается до 9000-9500 МИ/и"40 Предлагаемый способ закалки позволяет получать штампы с высоким уровнем твердости рабочих кромок и пониженной твердостью остальных зон поверхности и всего объема иэделия. теплоты вглубь металла и излучения и, следовательно, закалка рабочих кромок штампов.С целью исследования краевого эфФекта, имеющего место при электроннолучевом нагреве кромок отверстия ,зли выступа ) измеряют значения микро- твердости Н на поверхности штампа в зависимости от расстоянияот Формула изобретенияСпособ поверхностной термическойобработки изделий, включающий нагревразвернутым электронным лучом, о тл и ч а ю ш и й с я тем, что, сцелью повышения равномерности нагрева, нагрев производят лучом, развернутым во взаимно перпендикулярныхнаправлениях с частотами 200-600 Гцпри рассогласовании частот на 2 1 1.Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе1. "Тгасетепй ТЬегщагнец, 1973 ф9 80, с. 55-60.2. Авторское свидетельство СССРР 73009, кл. С 21 О 1/06, 193,908851 У,ц Составитель Р,Клыковаедактор Л.Пчелинская Техред Л.ИекарьКорректор О.Била Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 аказ:755/30 Тираж 587 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, 3-35, Подписноекомитета СССРоткрытийушская наб., д. 4/5