Способ закалки стальных изделий

 

1. СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев до температуры аустениэации и охлаждение в маете, отлич ающийся тем, что, с целью снижения расхода масла и уменьшения выброса вредных соединений в атмосферу, поверхность масла покрывают пеной на основе эмульсии масло - вода. 2.Способ ПОП.1, ОТЛИч ающн и ся тем, что эмульсию масло - вода стабилизируют поверхностно-активным веществом. 3.Способ по пп. 1 и 2, о. т л и чающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества испоЛьзуют алкилсульфат натрия с длиной алкильного радикала C,j,-C,.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 С 21 D 1/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3320422/22=.02 (22) 21.07.81 (46) 07.08.83. Бюл. Ф 29 (72) С.И. Денисов, 10.П. Павленко, В.T. Жежерун, И.В. Бароненко Б.П. Ко жанов, А.И. Кудряюов, В.А. Недорезов, ВеИ. Селин, Н.А. Сивоконь и Л.В. Звягинцева (71) Запорожский индустриальный институт и Всесоюзный научно-исследова тельский и:проектный институт поверхностно-активных веществ (53) 621.785.616 621.78.065.2(088.8) (56) 1. Рустем С.Л. Оборудование и проектирование термических цехов.

Машгиз, 1962, с. 364.

2, Производство и термическая обработка железнодорожных рельсов.

Под ред. В.В. Лемпицкого и Д.С. Казарновского. "Металлургия", 1972, с. 199.

3. Патент Японии 9 53-7285,10 А 712.

„„SU„„1033554 A

:(54)(57) 1. СПОСОБ. ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ

ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев до температуры аустенизации и охлаждение в масте, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода масла и уменьщения выброса вредных соединений в атмосферу, поверхность масла покрывают пеной на основе эмульсии масло - вода.

2. Способ по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что эмульсию масло — вода стабилизируют поверхностно-активным веществом.

3. Способ по пп. 1 и 2, о, т л ич а ю шийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилсульфат натрия с дпиной алкильного радикала С -С

1033554

Изобретение относится к термической обработке, н частности к закалке стальных изделий, и может быть использовано в машиностроительной, станкостроительной, автомобильной, t судостроительной и других отраслях 5 промышленности, где применяется закалка металлических изделий в углеводородном масле.

Известен способ закалки металлических иэделий, заключающийся в том, 10 что нагреваемая до необходимых температур деталь с помощью механизмов погружается в открытую или закрытую (герметизированную) ванну, .где она охлаждается до температуры углеводородного масла (1 3.

Изнестен способ закалки стальных изделий, заключающийся в том, что . нагретые иэделия охлаждаются в масляной ванне, зеркало которой закрыто инертным газом, благодаря этому достигается пожарная безопасность(2 3, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ закалки стальных изделий,вклю чающий нагрев до температуры аустенизации и охлаждение в масле, в котором газы, образующиеся в процессе закалки металлических изделий в мас(ле, собирают и направляют на обезвреживание в нагревательную печь, 30 где они сгорают { 3 ).

Общие недостатки известных способов: при погружении металлических изделий в закалочную масляную ванну с ее поверхности выделяется большое количество вредных газообразных соединений, масло испаряется и частично сгорает, т.е. имеются потери ценного продукта; выделяющиеся вредные компоненты необходимо собрать и 40 обезвредить, что технически трудно выполнить; сбор и обезвреживание вред ных выбросов требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, Целью изобретения является снижение расхода масла и уменьшение выброса вредных соединений в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу закалки стальных изделий, включающему нагрев до температурьг аустенизации и охлаждение в масла, поверхность масла накрывают пеной на основе эмульсии масло — вода.

Причем эмульсию масло — вода стабилизируют поверхностно-активным

55 вещестном.

Кроме того в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилсульфат натрия с длиной алкильнога радикала С„- С„ бО

В качестве поверхностно-активных веществ (IIAB), вводимых в водную фазу эмульсии, могут, быть использованы также алкилбензолсульфонаты натрия с длиной алкильного радикала

С8-С о и олефинсульфонаты натрия („, -С,, Используемые ПАВ, служащие, одновременно стабилизатором эмульсии и стабилизатором пены, являются биологически легко разлагающимися, нетоксичными IIAB.

Предлагаемый способ включает следующие основные операции: приготовление эмульсии из смеси масла и водного раствора IIAB; получение пены из эмульсии и подача ее на поверхность масляной ванны с подцержанием определенной высоты слоя пены; погружение металлического изделия через слой пены в масло.

Способ осуществляется следующим образом.

Прямую эмульсию типа "масло в наде" готовят путем смешения компонентов масло — водный раствор IIAB npu соотношениях (20-80):(80-20). Концентрация IIAB, например, нетрийалкилсульфатов С„ — C составляет 0,5-5%.

Полученную из эмульсии пену любым

,способом, например барботажным, с применением в качестве газовой фазы воздуха или инертного газа (азота и др.), наносят на поверхность масла закалочной ванны {:на всю ее поверхность или только на ту ее часть, где нагретая деталь погружается в масло).

Заданная кратность пены поддерживается путем определенного расхода газовой составляющей. Предпочтительно.использовать пену кратностью 1030, имеющую устойчивость 3-4 ч. Neталлические изделия нагревают в соответствии с требонанием закалки до необходимой температуры, затем по гружают через слой пены в углеводородное масло (индустриальное, веретенное и др.).

При погружении нагретого изделия в масло,на поверхности которого находится слой пены, последняя разрушается лишь в объеме, несколько превышающем объем самого изделия

Это обусловлено тем, что пена состоит на 90-95% из ноздушных прослоек, имеющих низкую теплопроводность, благодаря чему тепло не успевает распространиться на значительный объем пены. После прохождения изделий через слой пены последняя смыкается над изделием и образует укрытие, которое работает тем эффективнее, чем больше слой пены превыаает профиль закаливаемого изделия.

По мере дальнейшего опускания изделия оно достигает поверхности масла, причем масло не возгорается, а лишь испаряется. Эти пары масла задерживаются вышележащим слоем пены, конденсируются и частично стекают обратно в масляную нанну.

Пример 1. В цилиндр, содержащий 300 мл ЗЪ-ного раствора натрийалкилсульфонатов С„ -С э, приливают

1033554

ВНИИПИ Заказ 5562/27 Тираж 568 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4

700 мл масла И-20. Цилиндр закрывают пробкой и эмульгируют содержимое встряхиванием. Эмульсию вспенивают в барботажном геногенераторе и пену, кратностью 20, подают на поверхность в опытную закалочную ванну, содержа" щую 10 кг масла И-20 ° Высоту слоя пены устанавливают 100 мм, масса которой составляет 0,6 кг.

О

Нагретую до 800 С металлическую деталь массой 1 кг и размерами 10

160х80х10 мм опускают через слой пены в масло с периодичностью 60 раз в час. Температуру закалочного масла поддерживают. в пределах 70-80 С.

После закалки 60 деталей масса масла 15 с пеной составляет 10,520 кг.

Убыль масла в закалочной ванне после закалки 60 деталей составила

80 r или в пересчете на одну деталь

1 33 Г °

Пример 2. В цилиндр, содер20 жащий 300 мл ЗЪ-ного раствора натриевой соли алкилбензолсульфонатов с длиной алкильного радикала С -С1, 9 о приливают 700 мл масла И-20. Цилиндр закрывают пробкой и эмульгируют со25 держимое встряхиванием.Все дальнейшие операции проводят аналогичйб примеру 1. Масса масла после закалки 60 деталей составляет 10,575 кг.

Расход масла И-20 при закалке 60 деталей составляет 25 г или в пересчете на 1 деталь 0,41 r, Пример 3. В цилиндр, содержащий 300 мл 3%-ного раствора натрийолефинсульфонатов С „-С <, приливали 35

700 мл масла И-20. Все дальнейшие операции проводят по примеру 1. Масса масла после закалки 60 деталей составляет 10,520 кг.

Расход масла И-20 при закалке 60 40 деталей — 80 г, или в пересчете на одну дуталь 1,33 г.

Пример 4. В цилиндр, содержащий 700 мл ЗЪ-ного раствора натрий алкилсульфатов Сд- С1, приливают

300 ьщ масла И-20. Дальнейшие опера= ции проводят по примеру 1. Масса мас ла после закалки 60 деталей составляет 10.515 кг. Расход.". Масла И-20 при закалке 60 деталей составил 85 г или в пересчете на одну деталь 1,41 г50

П р.и м е р 5. В цилиндр, содержащий 300 мл.ЗЪ-ного раствора натрийалкилсульфатов С -С„, приливают 700 мл масла И-20 содержимое эмульгируют встряхиванием. Эмульсию вспе- 55 нивают на барботажном пеногенераторе и пену, .кратностью 40, подают на поверхность в опытную эакалочную BaH- . ну, содержащую 10 кг масла И-20. Высоту слоя пены устанавливают 100 мм, масса которой составляет 0,3 кг. После закалки 60 деталей масса масла составляет 10,225 кг.

Убыль массы масла в закалочной ванне после закалки 60 деталей ñîñтавляет 75 г или в пересчете на одну деталь 1,25 г.

Для сравнения проводили контрольные испытания закалки деталей в . масте И-20 без слоя пены.

Пример б. Эксперимент проводят по примеру 1, но без добавления пены.

Масса масла до закалки деталей составляет 10 кг, а посЛе закалки

60 деталей — 9,460 кг. Удельный расход масла на одну деталь составляет 9 r.

Предлагаемый способ был опробован в промышленных условиях при закалке рессор из стали 60С2 для большегрузного автомобиля. Испытания показали, что при закалке рессор в масле через !

,слой пены твердость поверхности рессоры находится практически на том же уровне, что и при закалке в масле без слоя пены. Участков побежалости и "мягких пятен" на поверхности рессор в обоих методах закалки не обнаружено.

В случае закалки иэделии в масляной ванне с пеной на поверхности сни« жаются значительно потери масла,так как пары масла задерживаются слоеМ пены. Объем вредных выбросов,.образующихся из разрушающегося слоя пены, незначителем, так как этот слой на 90-95Ъ состоит из воздушных пузырьков. При этом прочностные характеристики изделия не изменились.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа следующие: потери масла от испарения снижаются примерно на 903; исключается необходимость строительства громоздких, дорогих и малоэффективных устройств по очистке путем органиэации, наПример, бортового отсоса выбросов и их обезвреживания либо методом термического сжигания, либо методом каталитического окисления; улучшаются условия труда для работающих.