Способ закалки изделий сложной конфигурации

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 19) (1 73348 СПУБЛИК С 21 О 1/78 ТЕ К АВТ зик ЛО относится ов и может ке массивнта, СущГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт технической тепАН УССР(56) Авторское свидетельство СССМ 1518390, кл, С 21 О 1/18, 1978.(54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛНОЙ КОНФИГУРАЦИИ(57) Использование; изобретениек термической обработке металлбыть использовано при обработных деталей машин и инструм Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано при термоупрочнении массивныхдеталей машин и инструмента.Известен способ закалки деталей, изготовленных из высоколегированных марок сталей, заключающийся в том, что охлаждение осуществляют в условиях 0,8 Кп 1 до момента создания максимальных сжимающих напряжений на поверхности закаливаемых деталей, после чего осуществляют изотермическую выдержку при температуре начала мартенситного превращения (Мн), где Кй - число Кондратьева. Такой способ позволяет увеличить ресурс работы термоупрочняемых деталей,Известен способ закалки легированных марок сталей, содержащих углерод в количестве 0,65-0,85%. Способ реализуется с поность; способ включает нагрев массивных изделий до температуры аустенитизации, выдержку и дифференцированное охлаждение участков с различным сечением распыленной водой, Охлаждение массивных изделий распыленной водой производят с удельным расходом 2,5-14 м /м ч, а участ.3 2ков меньшей массы - с расходом 14-25 м /м ч,3 2 после чего процесс интенсивного охлаждения прекращают по достижении наиболее удаленными от поверхности точками температуры 450-500 С с окончательным охлаждением изделия в воздушной среде, Способ способствует снижению температуры хладноломкости, созданию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, 4 табл. мощью струйного охлаждения. Струи подаются под давлением 0,4-0,6 МПа на протяжении 0,2-0,8 с, после чего детали подвергают изотермической выдержке при 150-250 С на протяжении 10-50 мин.Описанные способы аналогичны, так как струйное охлаждение обеспечивает условие 0,8 5 Кп1, а изотермическая выдержка после прерванного охлаждения осуществляется при 150-250 С, т.е. практически при М так как с изменением содержания углерода в пределах 0,65-0,85% Мн колеблется в пределах 150-250 С.Указанные способы закалки в основном относятся к деталям простой формы. При закалке деталей сложной формы ввиду не- одновременности охлаждения различных сечений детали возникают большие термические и структурные напряжения, приводящие к разрушению материала,Наиболее близок к предлагаемому способ закалки массивных изделий сложнойконфигурации, при котором охлаждениемассивной части изделия производят распыленной водой с удельным расходом 1420 м /м ч, а менее массивной части - срасходом 2,5-9 м /м ч,з гСущность предлагаемого способа заключается в выравнивании температуры пооси массивного, изделия, что должно привести к уменьшению вероятности разрушенияматериала за счет снижения концентрациинапряжений по оси.Однако при такой технологии возникают значительные градиенты температурына поверхности, что приводит к трещинообразованию и деформации закаливаемых изделий. Кроме того, тонкая часть хвостовикаохлаждается так же медленно, как и сердцевина массивной части, что приводит к снижению механических свойств материала,повышению темпера"уры хладноломкости иухудшению параметров, характеризующихвязкость разрушения материала, Недостатком является также возникновение на поверхности тонких частей растягивающихостаточных напряжений, в то время как,наповерхности массивных частей возникаютсжимающие напряжения, В этом случае вместах перехода от тонкой части к массивной наблюдается высокая концентрация напряжений, что также связано с опасностьюобразования закалочных трещин.Цель изобретения - повышение качества изделий при исключении трещинообразований.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу закалки массивных изделий сложной конфигурации, включающемунагрев до температуры аустенитизации, выдержку дифференцированное охлаждениеучастков изделий с различным сечениемраспыленной водой, охлаждение массивных частей изделия производят распыленной водой с удельным расходом2,5-14 м /м ч, а участков меньшей массы -с расходом 14-25 м /м ч, при этом процесс3 2интенсивного охлаждения прекращают подостижении наиболее удаленными от поверхности точками температуры 450-500 Сс окончательным охлаждением изделия ввоздушной среде,Таким образом закалку деталей сложной конфигурации из легированных мароксталей ведут таким образом, чтобы массивная и тонкая части изделий охлаждались водинаковых условиях, т.е, по всей поверхности сложного изделия осуществлялось усло вие В ЫО, что приводит к созданию сжимающих напряжений по всей поверхности. Это означает, что на тонкую часть изделий должен быть направлен большой расход водовоздушной смеси, поскольку условие В = ай/ЛВ/ 20 для меньшего размера выполнимо при более высоком а.Выбор параметров расхода воды при водовоздушном охлаждении и величины давления при струйном охлаждении обусловлен экспериментальными данными, представленными в табл. 1.Набор охлаждающих средств, представленных в табл, 1, позволяет реализовать предлагаемый способ на детали сложной конфигурации, разнотолщинность которой изменяется в пределах 60-2000 мм, так как для любой толщины может быть выполнено условие В20,Действительно, для тонкой части изделия диаметром 60 мм условие В20 может быть выполнено при а = 14000 Вт/мК2 5 10 15 20 а й 14000 Вт/м К.О,ОЗ м21 Вг мК 25 Это соответствует струйному охлаждению под давлением до 1 МПа.Дл я масси в н ой части (200 О м) этоже условие может быть выполнено приа= 420 Вт/м К, что соответствует рас 2ходу водовоздуш ной смеси 2,5 м /м ч (табл,з1). Таким образом можно значительно сократить расход воды,Предлагаемый способ, по сравнению сизвестным увеличивает скорость охлаждения сердцевины тонких частей хвостовикаили ротора.Скорость охлаждения при 600 С сердцевины цилиндров в зависимости от их размеров и числа Био представлена в табл. 2,Так, сердцевина цилиндра диаметром 100 ммв соответствии с известным способом охлаждается со скоростью 7300 С/ч, в то время какпо предлагаемому способу скорость охлаждения превышает 27000 С/ч, т,е, скорость охлаждения увеличивается почти в 4 раза.Существенная разница сказывается на меха. нических свойствах материала, особенноэто касается порога хладноломкости.Сравнение механических свойств стали35 ХНЗМФА, полученной по известному ипредлагаемому способам, приведено в55 табл.з,Кроме того, при применении предлагаемого способа на поверхности тонких частей вместо растягивающих (при известномспособе) возникают сжимающие остаточчасти о, при ные напряжения (табл. 4). Повышение механических свойств материала, снижение температуры хладноломкости и создание сжимающих остаточных напряжений на поверхности приводит к повышению долго вечности и надежности работы термоупрочненных изделий, т.е. к повышению их качества, а также к снижению вероятности образования эакалочных трещин,П р и м е р. Вал, изготовленный из стали 10 35 ХМ (см, чертеж), нагревают до 870 С, после чего помещают в установку для водо- воздушного охлаждения,На участках и 1 детали обеспечивается охлаждение водовоздушной смесью с рас ходом 9,5 м /м ч (табл. 1), а на участках 111 иУ - расходом воды 20,6 м /м.ч.При этом процесс интенсивного охлаждения на участках 111 и 1 У прекращают через 13,6 мин, а на участках и 1 - через 45,7 мин, 20 Далее деталь охлаждают до полного остывания на воздухе, после чего подвергают обычному отпуску.В результате применения предлагаемого способа увеличиваются прокаливаемость 25 и закаливаемость, повышаются прочностные свойства сердцевины на 20% при одновременном увеличении ударной вязкости в 1,5-2 раза, экономится расход водовоз- душной смеси. 30Выбор технологических параметров обусловлен следующим. На участках и 11 при расходе 9,5 м /мз ч обеспечивается условие (табл. 1) В 1 - "- 203 1450 Гмг К 0,315 м35 На участках 111 и 1 У при 20,6 м /мг ч обеспечивается у б. - щ. - 103000 г г.К,О 15 м Следовательно, на массивной и тонкой частях детали создаются сжимающие напряжения (В 118), что предотвращает возможность образования закалочных трещин, 45Тонкая часть детали (участки 111 и 1 У) охлаждается на протяжении времени, которое определяется по формуле870 - 30 С Кг= 048+ и о - 1 = 50500 - 30 С1005 63 = 13,6 мин 14 мин,1 г где К= 57 Кп ж 0,9 а = 5,63 10 м /с,Время охлаждения массивной-г г,5783 9 86 - ,3 10 м11:12 Уг т= 1,06 , -45,7 мин1,31 100,9 5,63 10 60 Таким образом, преимущества предлагаемого способа закалки по сравнению с известным заключаются в следующем,Равномерно по всей поверхности закаленной детали образуются высокие сжимающие напряжения, что усложняет возможность образования закалочных трещин. При использовании известного способа на поверхности тонких частей хвостовика возникают растягивающие напряжения, переходящие в сжимающие на массивной части, что приводит к большой концентрации напряжений в местах перехода. Это связано с опасностью образования закалочных трещин.Увеличивается скорость охлаждения тонких частей 2-4 раза, что приводит к улучшению вязких характеристик и механических свойств материала, к снижению порога хладнолом кости,Увеличивается производительность труда вследствие более интенсивного охлаждения тонких частей хвостовика,Увеличивается долговечность работы деталей, обусловленная улучшением механических свойств материала и созданием на поверхности деталей сжимающих напряжений.Обеспечивается возможность замены высоколегированных сталей менее легированнымии материалами.Упрощается контроль и автоматизация технологического процесса охлаждения, возрастает стабильность технологического режима, уменьшается расход воды.Формула изобретения Способ закалки изделий сложной конфигурации. включающий нагрев до температуры аустенитизации, выдержку и раздельное охлаждение участков изделия с различным сечением распыленной водой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет исключения трещинообразования, производят охлаждение массивных частей изделия с удельным расходом 2,5-14 м /м ч, а участз г,ков меньше массы - с расходом 14-25 м /м3 2 ч, при этом процесс охлаждения распыленной водой прекращают при достижении наиболее удаленными от поверхности точками температуры 450-500 С, после чего окончательное охлаждение производят в воздушной среде,4000 3000 50-21 1350-1450 800-850 400-430 блица корость охлаждения сердцевины валов различных диамет ов и и 600 СВ 1000 64 66 265 270 блица 3 1,1 Б Д, стный способ, знаменат Пр редлагаемыи спос а н и е,Числитель Осредненные коэффициенты теплоотдачи применительно к охлаждению модели ротора с применением водяного душаМеханические свойства сердцевины валов(сталь 35 ХНЗМФА) в зависимости от услови охлажденияЗависимость величины остаточных осевых ст 22 и окружных озз напряжений, МПа, на поверхности валов от условий охлаждения