Способ закалки стальных изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) (11) 1)4 С 2 Р 1/6фДЦ птцОП ОБРЕТЕНИЯ гиисталЦел охл охла70330-4ней спо ит ет СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Тамбовский институт химическомашиностроения(54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИ Изобретение относится к металлура именно к способам закалки ьных изделий, например болтов.изобретения - повышение качестакалки. Способ включает нагреваждение детали в кипящем слое, оящем из твердых частиц, аэрируе газом с локальным впрыскиванием ждающей жидкости, при этом 60- подают на нижнюю поверхность, а ОЕ - на боковую поверхность верх половины изделия, Использование соба позволяет существенно повы" ь равномерность свойств по длине али и уменьшить ее коробление. ил. 1 табл.Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам закалкистальных иэделий, например болтов,Цель изобретения - повышение качества закалки,На Фиг. 1 изображена схема, реализующая способ; на Фиг, 2-4 - термограммы охлаждения болтов и скоростейподачи охлаждающей жидкости. 10Проводят закалку болтов из стали.Болты нагревают до температуры аустениэации (1183 К, 910 С) и охлаждаютпо схеме (Фиг. 1)В ванне 1 с размерами днища 300 хх 600 мм находится кипящий слой 2 корунда с размером частиц 320 мкм, продуваемых воздухом. Воздух поступаетчерез сетку 3 в дне ванны его скорость может регулироваться, Болт 4 20размещают в слое вертикально.Ванна снабжена Форсунками 5 и бдля впрыскивания на изделие 4 охлаждающей воды, Форсунка 5 подает жидкость на нижнюю поверхность изделия, 25форсунки 6 - на боковую его поверхность.Перед проведением закалки строяттермограммы охлаждения и скоростейподачи охлаждающей жидкости. 30На Фиг, 2 представлены термограммы охлаждения болтов, где Т(ь) - тер.мограмма охлаждения, заданная потехнологии термообработки, Т с( Лтермограмма охлаждения в кипящем слое 35корунда 320 мкм оез впрыскиванияохлаждающей жидкости,. на Фиг, 3зависимости Т = -- ; и Тс(7)с 1 Т (" )с 1 Т( С)полученные дифференцирова ОО ,нием кривых Т(Д и Т ; на фиг. 4зависимости массового расхода тохлаждающей воды и числа псевдоожи 11 ь( )жения Ы( ") = -- (полное сечениеКоаппарата) от времени; Ч - скоростьначала псевдоожижевия для указанныхчастиц корунда,Закалку ведут следующим образом.Определяют массу изделия (болта), 5 Ов данном примере г. = 1 кг. Затемснимают термограмму охлаждения изделия, в кипящем слое беэ впрыскиванияжидкости. Дпя этого изделие, предварительно нагретое до 1183 К, помещают в кипящий слой корунда 320 мкм ипри неизменном числе псевдоожижения,например Ы = 3,7, снимают термограмму охлаждения Т, (фиг. 2), На тотже график наносят термограмму Т охлаждения иэделия, заданную по технологии термообработки.Зависимость Т(Г) и Т(г) далееФперестраивают в зависимости Тс(С)с 1 Т с (2 )йТ= --и Тй) =- (фиг. 3), наД Лпример при помощи графического дифференцированияя,Для того, чтобы термограммы Т(С)охлаждения в слое совпала с заданнойпо технологии термограммой Т(Г) и,тем самым, был обеспечен необходимыйрежим закалки, на изделие через форсунки впрыскивают охлаждающую жидкость, например воду.Иэ приведенных на фиг. 3 зависимостей видно, что в данном примересухой" кипящий слой в течение первых58 с охлаждают медленнее, чем заданопо технологии.Массовый расход охлаждающей водыопределяют по соотношениюСуздш ущ(Т ( ) -Тс (7) ) С д + гцс задаваясь значениями времени , Так, при С ,= 0,46 10 Дж/кгК, ш = 1 кг, Сд =4 210 Дж/кг К, 3=80 К, г,= 2,310 Дж/К, задавшись А = 2 (по результатам экспериментов), получают для = 10 с2 0 46,10 з 18 2д - 2,87 10- кг/с4,2 103:80+2,3 10сздесь 8,2 К/с = Т(4 - Т,(Г) при 7=10 с (фиг. 3), т,ена десятой секунде охлаждения массовый расход воды должен составлять 2,87 г/с. Путем расчета по указанной формуле для различныхполучают зависимость массового расхода воды ш(г) от времени (Фиг. 4) т.е. в данном примере массовый расход воды задают в начале закалки 3 г/с и затем плавно его снижают до нуля по приведенной на фиг.4 зависимости в течение 58 с,При этом 60-703 массовго расхода воды впрыскивают форсункой 5 на нижнюю поверхность изделия, остальную долю - на боковую поверхность верхней половины изделия Форсунками 6 (Фиг 1).(фиг. 3), впрыскивание охлаждающейжидкости полностью прекращаютПри дальнейшем течении временикипящий слой охлаждает изделие быстрее, чем задано по технологии, Т(7) -Т,(С)0 (фиг. 3), Поэтому, дляподдержания скорости охлаждения назаданном уровне снижают скорость продуваемого через слой воздуха от И =3,7 до У = 2,2-2,0 (подобрано экспериментально). Снижение интенсивности аэрации отражено на фиг. 4. Дальнейшее охлаждение изделия до егополного остывания ведут при пониженном уровне аэрации.Эксперименты показывают, что проведение процесса обеспечивает строгое соответствие температуры охлаждаемого изделия с заданной по технологии термограммой.После закалки твердость каждогоизделия проверяют в четырех точках.Средняя твердость составляет52 ед. НЕС, фактически колеблетсяв пределах 50-55 ед. НЕС, среднеквадратичное отклонение / = 2,2 ед. НкС.Трещин нет, коробления нет.Визуальными наблюдениями установлено, что закалочная среда сохраняет стабильные свойства, сухой корундравномерно псевдоожижается воздухом.Впрыскиваемая на изделия вода быстро испаряется,Раздельное впрыскивание жидкости6070 на нижний торец, остальное -на боковую поверхность также способствует повышению качества изделий.Указанное процентное соотношениеподобрано экспериментально.Если на нижний торец подается более 70 массового расхода жидкости,то псевдоожиженный слой в данном месте переувлажняегся из-за того, что невся жидкость успевает испариться.Закалочная среда в данном месте отпереувлажнения "залегает", теряя охлаждающие свойства.Если на нижний торец подается менее 60 . жидкости, то заданная скорость охлаждения не достигается, изделия не набирают заданную твердость. Верхняя часть изделия, погруженного в псевдоожиженный слой, вообще находится в худших условиях из-за падения коэффициента теплоотдачи. Поэтому она нуждается в дополнительном51 О 35 це,35202530 40 5055 охлаждении, т.е. впрыскивании оставшихся 30-40 . жидкости,Разделение жидкости на два потока 60-70 и 30-40 , не случайно оно соответствует физической картине обтекания погруженньм в псевдоожиженный слой твердых тел, имеющих не очень большую протяженность по высоте, коэффициент теплоотдачи от стенки погруженного тела растет по высоте изделия дс зоны расположенной от 1/2 до 2/3 высоты изделия, дальше он резко падаИт, что связано с отрывом потока в указанной зоне.Для сравнения проводят закалку по известному способу в ванне с размераьи днища 300 х 600 мм, в которой находится трехфазный псевдоожиженный слой, состоящий из частиц корунда размером 320 мкм, смешанных с водой в объемном соотношении 1:3 при расходе воздуха 0,28 л/сммин, Воздух подается через специальный водяной затвор под сетку в днище аппарата. Соотношение твердых частиц и воды, а также расход воздуха подбирают экспериментально, чтобы обеспечить необходимую скорость охлаждения.Изделия, предварительно нагретые до 1183 К (910 ОС), помещают в трехфазную закалочную среду, где выдерживают 5 мин. После закалки иэделия проверяют на твердость, коробление и наличие трещин, твердость стали определяют на каждом изделии в четырех точках.Средняя твердость составляет 51 ед. ;%С, фактически колеблется по поверхности изделия в пределах 30-59 ед. НЕС, среднеквадратичное отклонение твердости от среднего значения д =7 ед. НкС.На ряде изделий имеется существенное коробление - 11,5 мм на 100 мм длины, трещин нет.Визуальными наблюдениями за ходом охлаждения установлено, что трехфаэная закалочная среда крайне неустойчива, однородного псевдоожижения нет. Воздух проходит в основном через воронки во влажном корунде, в промежутках между воронками корунд практически не находится в состоянии псевдоожижения.Результаты закалки по предлагаемому способу в сравнении с обработкой по известному приведены в табли 5 1446 1Приведенные в тя блице данные пока - зывяют, что после закалки по предлагаемому способу достигается существенно более высокая равномерность свойств по длине болта, При этом эначительно меньше среднеквадратичное отклонение твердости и коробление детали, чем пОспе обработки по известному способу10ПрЕдЛЯГЯЕЬП 111 т. СПОСОб ПОЗВОЛЛЕт ПОвысить качество закалки так как нетребуется увлажненче кипящего слОяв целом и слой не слеживается в немне обряэуютсл кятггяды, ВпрыскиваниежИдКОСтн НЕПОСтуадстБЕННО На ИэдЕлие поэволядт расходовать малое коЛИЧЕСтБО О"паж 1 гЯЮГ,Ей жИДКОСтн КОторая полностью испаряется, кипящийслой в целом Остается Сухим его гид ОроггИНЯут 1 ИКЯ На 1 гЯО ",г 1 тагзт( я аЦзреа тгаЛИЕ г гггд а ОБОто 1)ЯСХОДЯ ОХЛажДЯЮЩЕй жИПКОСТ 1 г ПО ЛПИВЕДЕННОйФОРМУЛЕ И Ггзгстт;.,ДУГГГГгГЕЕ СНт.:.жаЕ 1 ИЕ аЭРаЦИИ ттозвсл.1 г 1 Т тТОЛПЕ 11 жИВЯТЬ ТЕМПЕРЯтуру иэделия , :точном соответствиис технологичэскгтй тудвггогоя 1 п 1 ой охлаждепия: -."-О .".:Овышяет качество эякялки оВнту 1 гг,1111 БЯНИЕ жттутКОу тн НЯ ИэдЕЛИЕпо предлагаемому способу (60-7 ОЕ наНИ;К 11 й "ОрЕц, О"ТЯ 11111 Огз - На бОКОВуЮПг уВ 1 у 1 Л 1;г"гг Т 1 ВЕЗХ 11 гтг ПсуЛОБИНЫ ИЗДЕЛИЯ)ОЗБОЛ Лат УСТ;Ягвгтг-, ОптТСЯГуЮ НЕра" НОМЕрНОС 1 у. ТЕтугггоотгтЯЧИ ПО ВЫСОТЕИЭДЕЛИЯ 1 гот" ОУжЕН 11 ОГО В КИПЯШИй СЛОЙ.Ф Од м" г г ;уу я а у т гт тт е те н и яПОСОО ЗЯКЯ 1 г:;И СТЯЛЬНЫХ 11 ЗДЕЛИЙ, гтОвклю 1 ающий нагрев и охлаждениев кипящем слод;Остоящем иэ твердых часТИЦ: Язгг 1.РУЕ 1.ГЫУХ ГЯЭОМ С ПОКЗЛЬНЫМИ ВПРЫСКИВЯтгт 1 г 1 гтт ОХ.Я 1 ггЯЮЩЕЙ ХИДКОСТЧ НЯ ИЭДбГ 1 г,1 Е, О Т Л .,т:г Я Ю Щ и г.у щ"С я ТЕ 1,. гггО, С г 1.З;.ЬЮ ПОБЫщЕНИя КаЧЕСТВЗ ЗЯ 1 гЯУЛ":г 11 ГгууЕДБЯРИТЕЛЬНО ОСУЩЕСТБ 11 ЯГГ 1 гуу 1:.у уГу ;ау 1 ООВЯЭцЯ В КИПЯ щЕМ " угсд Гуа " Эгтт)1 ут1 ттВЯ Ч 71 я жидКОС 1 ИГСтрГ 1 ят Твтт 1 тсупруа 1 тугу Х Ггг, ) и ЭЯБИСИдТ с( )МОСгЬ1)ЗЯТЯЬГ ПО Эа,г 72 6данной технологии термогряммы охлаждения Т(ь), строят зависимости Т=ДТ= --- и проводят закалку изделия вЙ ьзависимости от соотношения скоростей охлаждения Т (1,) и Т(г:);при Т-Т,И) г 0 охлаждение ведут с подачей газа и жидкости, при этом интенсивность аэрации постоянна, я охлаждающую жидкость подают с массовым расходом ш(2), изменяющимся во времени по законуСг 4 дшту ут(1;( ) Т (шгде С эд и Сж - удельные теплоемкости материала изде-,лия и охлаждающейжидкости соответственно, Дж/кг К,г - удельная теплотажпарообразования охлаждающей жидкости,Дж/кг,ДС - разность температуры кипения охлаждающей жидкости и ее начальной температуры,К,А - постоянная, определяемая конструкциейфорсунки и конфигурацией иэделия;л- время сй гш- масса изделияпри этом 6070% массового расходавпрыскивают на нижнюю поверхность изделия, а 30403 - на боковую поверхность верхней половины изделия,при Т(7)-Т,(2) = О прекращают подачу жидкости и охлаждение ведут безвпрыскивания жидкости при неизменной интенсивности аэрации,при ТЫ)-Т (7) с 0 охлаждение ведут без впрыскивания жидкости припонижении интенсивности аэрации доуровня, обеспечивающего заданную скорость охлаждения.1446172 Способ Твердость ины мм ич ое от не 60 5 5 Не Нет 0 ет 59 естныи Предлагаемый Расходжидкости минималь- максимальная ная еднееачение средне- квадраКоробление на100 мм Наличиетрещин1446172 Составитель В.РусаненкоГунько Техред А.Кравчук Корректор И,Пож кто одписное аз 6717/3 Производственно-полиграфическое предприят Ужгород Проектная,Тираж НИИПИ Гос по депеш 35 Иоскв арственного кзобретений иЖ, Раушск иктета ССС ткрытий я наб д.