Способ охлаждения при закалке стальных изделий

(56) Авторское свидетельство СССРМф 72458 1, кл, С 21 0 1/60, 1980,Авторское свидетельство СССРВ 775146, кл. С 21 Э 1/60, 1981.(54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕСТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к термической обработке стали и может бытьиспользовано при обработке ответственных деталей автомобилей. Цельизобретения - улучшение качества зкалки путем повышения стабильности а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ механических своиств изделия. Сущность изобретения заключается в том,что применение сильного душа с производительностью более 50 см/см 2сприводит к новому эффекту: пороговойзависимости скорости охлаждения винтервале 700-500 С и 300-150 С отконцентрации полимера в водном растворе. Поэтому в предложенном способеохлаждения предварительно определяют,зависимость скорости охлаждения отконцентрации раствора полимера, затемиз этой зависимости определяют пороговую концентрацию раствора как значение концентрации, после которойимеет место участок независимостискорости охлаждения от концентрации,и охлаждение осуществляют растворомс концентрацией, превышающей в 1,252,40 раза пороговую концентрацию, ис производительностью душа 50 -120 смэ /см с. 1 табл., 1 ил, 11 з 41222 2Изобретецие относится к термичес-.кой обработке стали и может быть использовано при обработке ответственных деталей автомобилей.Цель изобретения - улучшение качества закалки путем поньппения стабильности механических свойств изделий.Нг чертеже представлены кривые зп -висимости скорости охлаждения в интервале 500-700 (криные 1,3,5,7) и300-150 С (кривые 2,4,6,8) от концентрации раствора полимера для производительности душа 120 см /см с(криные 1,2), 750 см/см с (криные3,4), 50 см/см с (кривые 5,6),50 смз/см с (кривые 7,8),Скорости определены по записямкривьгх охлаждения ца шлейфоном осциллографе с помощью хромель-алюминиевых термопар диаметром 0,2 мм,приваренным к от;ллждаемой понерхцости.Сущность изобретения заключается н том, что применение сильного душа с производителтцостью более 50 куб.сч охлаждающей среды на квадратный сантиметр охлаждаемой поверхности приводит к новому эффекту: пороговому изменению завцсимости скорости охлаждения н интервале 700-500 С и 300 150 С от концецтрлцци гтолимера н водном растворе. Сначала скорость охлаждения прц повышении концентрацииполимера це изменяется и остается науровне скорости охлаждения водяным душем той же интенсивности, далее быстро умецыпается, а затем при некоторой критттческой концентрации резко стабилизируется и в значительном интервале не зависит от концентрации полимера (происходит пороговое уменьшенце зависимости скорости охлажденияот концентрации полимера н растворе),Концентрация полимера н водномрастворе, в 1,25- 1,4 раза превышаякритичстскую концентрацию, ттежит всередине ицтервл.тл независимостискорости охллждетшя от коттцецтрацииполимера, Это позволяет длительноработать в условиях, когда испарениеводы или вынос полимера с деталями(изменение коцттецтрации) существенноне скажется ца услоттия охлаждения,в результате чего свойства изделийостанутся стлбильцыми.При на 1 лльцой 11 оццентрации пре -вышающей кркгкчсскую в 1,25 раза,из раствора может быть удалено более 20% полимера или испариться 20 . воды без изменения охлажданшей способностет .При начальной концентрации, превышающей критическую в 1,4 раза, из раствора может быть удалено почти 307, полимера или испариться 15% воды так же без изменения охлаждающей способности,Такие изменения количества полимеоа и жидкости легко фиксируются и могут быть вовремя скомпенсированы без 15 опасности неожиданного резкого изменения условий охлаждения.При начальной концентрации, превышающей критическую менее, чем в 1,25раза и более, чем в 1,4 раза, возмож ности изменения количества воды и полимера в растворе существенно уменьшаются и возникает вероятность опасного измецения свойств охлаждающейсреды. Пределы производительности ду 25 ша выбраны из следующих соображений.Прц производительности душа ниже50 см/см с не возникает пороговогоизменения скорости охлаждения от концентрации полимера. При производиЗО тельцости душа выше 120 см/см стребуется установка. сверхмощных насосов и оборудования для оборотаочень болыпого количества жидкости,что экономически нецелесообразно.П р и м е р. Цилиндрические детали из стали 45 диаметром 20 мм длиной100 мм охлаждали после сквозного нагрева до 850 С душем в кольцевомспрейере диаметром 27 мм, В качествеохладителя использовали водный раствор феракрила (неполной железной соли полиакрилоной кислоты) различнойконцентрации от 0 до 2,97,Большие концентрации раствора неприменялись, так как из-за высокойвязкости таких растворов происходитицтенсивчый нагрев при перемешиваниинасосом,Производительность душа составляла40,50,75 и 120 смэ/см с (кубические сантиметры раствора на квадратньгй сантиметр поверхности н секунду) .Для производительности душа40 см/см с (кривые 8 и 7 на чертеже) после участка независимости скорости охлаждения от концентрации полимера, находящегося непосредственно вблизи чистой воды, происходит интенсивное падецие скорости охлажденияпри всех исследованных концентрациях.Критическая концентрация, при которойпроисходит переход к независимому отконцентрации участку кривой, в этом5случае не имеет места,При производительности душа 50,80, 120 см/см с при концентрации1,8 феракрила имеет место критическая концентрация, после которой накривых зависимости скорости охлаждения от концентрации раствора полимера имеет место участок независимостискорости охлаждения от концентрации(с 1,8 до 2,77) .15Было опробовано при массовой закалке охлаждение душем с производительностью 50,75 и 120 см /см с приначальных концентрациях водного раствора феракрила 2,26 и 2,52 и 1,4 раза 20превышающие критическую концентрацию(1,8 Х). Для контроля были использованы также концентрации 2,1 и 2,77 спроизводительностью душа 40 смз /см 2 с.Закалке подвергали цилиндрические детали - модели из нормализованной стали 45 и круг 20 по следующей схеме,Детали нагревали до 850 С, а затемподвергали охлаждению душем, Следующую закалку проводили на новой дета- ЗОли. Для сокращения числа деталей после промывки в воде, сушке на воздухе,очистки поверхности, детали закаливали повторно. Для проведения контрольных замеров свойств использовали35детали, закаленные под номерами 10,500 и 10000. Для этих измерений применялись свежие (однократно закаленные) детали,Большое число деталей закаливалис целью выявления стабильности структуры (в частности, глубины закаленного слоя, существенно влияющей на механические свойства) при длительнойработе раствора полимера. При закалке большего числа деталей в нашемэксперименте уменьшается концентрация раствора вследствие выноса полимера с закаленными деталями, что должно в общем случае увеличивать скорость охлаждения и глубину слоя.Как показали испытания, при закалке с применением режимов, соответствующих предлагаемому способу, закалка 10000 деталей не приводит к изменению глубины закаленного слоя (см. таблицу) испытания Ю 10- 15, 19-22, 26 - 31)При концентрациях, например, 2, 17, с увеличением количества закаленных деталей, закаленный слой начинает увеличиваться (испытания УФ 7-9 и 23 - 25) .При концентрациях, например, 2,77, происходит быстрый нагрев раствора полимера до температур выше 70 прио работе насоса. При этом при увеличении числа закаленных деталей охлаждающая способность раствора падает, закаленный слой уменьшается, а затем не образуется совсем из-за недостижения критической скорости для стали 45, равной 200 град/с (испытания И-В 16-18, 32-34).Охлаждение с производительностью, меньшей 50 см/см с, например 40 см/см с, не обеспечило стабильности свойств деталей. Изменение концентрации раствора с 2,25 до 2,527 приводит к уменьшению закаленного слоя и его исчезновению. В этом случае понижение концентрации раствора, сопровождающее закалку большой партни деталей, приводит к росту закаленного слоя (испытания Ж 1-6).Способ имеет большое народнохозяйственное значение, позволяя расширить область применения воднык растворов полимеров для закалки ответственных деталей автомобиля, для которых стабильность свойств имеет решающее значение, в частности для закалки промежуточного вала коробки передач автомобиля.формула изобретенияСпособ охлаждения при закалке стальных иэделий, включающий подачу водных растворов полимеров заданной концентрации душем заданной производительности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества закалки путем повышения стабильности механических свойств изделия, охлаж дение осуществляют раствором концентрацией, превышающей в 1,25-1,40 раза пороговую концентрацию с производительностью душа 50- 120 см/смс40 5000 1000 3,0 2,52 Нет слоя 5000 10000 3,0 5000 3,0 4,0 10000 2,25 3,0 10 3,0 5000 10000 3,0 2,52 13 14 5000 З,О З,О 10000 2,7 16 10 5000 18 10000 Нет слоя 2,25 10 4,0 5000 20 4 0 21 10000 22 120 23 10 Производительность душа,см /см с Начальная концентрация феракрила,1341222 Количество закаленныхдеталей Глубиназакаленного Испытание,У