Способ закалки деталей,изготовленных из высоколегированных марок сталей

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ . РЕСПУБЛИН (19) (Ц) (su 4 С 21 Р 1/78

УС1(. ;",.УЦ g

« «

ЫУД,з О« ;(А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

« температуропроводность материала; число Кондратьева (0,8 К„

1); коэффициент формы Кондратьева;

Кл

К с = — -«(Ъ+О 24К) аК

В Э

«« с

ФО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3579858/22-02 (22).14.04.83

:(46) 30.03.88. Бюл, У 12 (71) Институт технической теплофиэики АН УССР (72) Н.И.Кобаско (53) 621.785.796(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(454266, кл. С 21 Р 1/78, 1977.

Шепеляковский К.З. Упрочнение де:талей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве. М.: Машиностроение, 1972, с. 287. (54)(57) СПОСОБ ЗАКАЛКИ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ

МАРОК СТАЛЕЙ, включающий нагрев выше

Ас и охлаждения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше" ния ресурса работы, деталей, охлаждение проводят со скоростью

v- . кй(т-T,), О где V — скорость охлаждения сердцевины детали;

Т вЂ” текущая температура в центре детали;

T — температура окружающей среды в течение времени где Ь - постоянная, зависящая от температуры аустениэации и температуры окружающей среды;

k — - 1, 2, 3 соответственно для тел пластинчатой, цилиндри.ческой и шарообразной формы, после чего охлаждение прекращают и затем осуществляют изотермическую выдержку при температуре М„+ 20 С до полного распада аустенита в центре детали.

1215361 где V — скорость охлаждения сердцевины детали;

К„ — число Кондратьева;

k — коэффициент формы Кондратьева;

Т вЂ” текущая температура в центре детали;

Te — температура окружающей средыу число Кондратьева 0,8 К„з1;

Известно, что при Bi К„-l.

Далее установлено, что по мере продвижения мартенситной фазы в глубь изделия сжимающие напряжения на поверхности деталей сначала достигают максимума, а затем уменьшаются и могут стать растягивающими, если В1<18 (фиг. 2). Максимум сжимающих напряжений на поверхности изделий соответствует оптимальной глубине проникновения мартенситной фазы в глубь изделия.

Изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано при обработке деталей машиностроительной промьппленнос5 ти и инструмента. . Цель, изобретения - .повышение ресурса работы деталей.

На фиг. 1 дана зависимость окружных остаточных напряжений от числа 10

Био;, на фиг. 2 — характер изменения с течением времени температуры и окружных напряжений на поверхности и в центре .цилиндрического образца диаметром 6 мм (Bi 0) (Т„ — температу- 15 ра поверхности; Т вЂ” температура в центре образца; G, — окружные на" пряжения на поверхности; G — напряжения в центре образца.

Установлено, что с увеличением интенсивности закалки, т.е. с увели— чением числа Био, остаточные напряжения в поверхностных слоях изделий при их сквозной закалке сначала увеличиваются, достигая максимальных 25 растягивающих напряжений при Bi=4, а затем при Bi 18 снижаются до нуля и при дальнейшем увеличении интенсивности охлаждения становятся сжимающими (фиг. 1). Поэтому закалку 30 стальных изделий целесообразно проводить в условиях интенсивного охлаждения при Bi-=18, т.е. в формуле

Значения осевых ((7„) и окружных (б ) максимальных напряжений в цилиндрических деталях в зависимости от числа Био представлены в таблице.

Из таблицы видно, что независимо от размеров изделий в момент достижения максимальных сжимающих напряжений температура в центре цилиндра снижается примерно до 450 С. Аналогичная закономерность наблюдается также при закалке деталей пластинчатой и шарообразной формы. Обобщая полученные результать1, предложена формула (b 0 24k) . (2) для определения момента достижения максимальных сжимающих напряжений на поверхности закаливаемых изделий, В приведенной формуле постоянная

Т0 Тс

0 С

Т„-Т, где Т вЂ” температура аустенизации;

Т вЂ” температура окружающей среды1

Т вЂ” температура в центре изделия

Ч в момент достижения максимальных сжимающих напряжений на поверхности изделий.

Для среднеуглеродистых марок сталей, для которых T — 850 С, b —0,66. Для инструментальных сталей типа Р6М5, Р18, температура аустенизации которых 1180-1300 С, Ь вЂ . 1,28.

Поэтому постоянная в формуле (II) может изменяться в пределах 0,6641,28.

Изотермическая выдержка при температуре начала мартенситного превращения (Мн) необходима для того, чтобы зафиксировать те максимальные сжимающие напряжения, которые достигаются при проникновении мартенситной фазы на оптимальную глубину. При изотермической выдержке происходит распад переохлажденного аустенита в центральных слоях изделия на промежуточныл фазы,. имеющих по сравнению с мартенситом меньший удельный объем, что позволяет зафиксировать высокие сжимающие напряжения на поверхности изделий, для чего деталь, сразу же после прекращения охлаждения, помещают в печь с температурой, близкой к температуре начала мартенситного превращения Мн.

1215361

При полном остывании или остывании центральных слоев до температуры

М< происходит уменьшение сжимающих напряжений и могут образоваться sa5 калочные трещины из-за раздвигающих усилий в центре изделий, обусло лен« ных большим удельным объемом мартенсита.

В формуле (1) приведена. скорость охлаждения сердцевины изделий по той простой причине, что в условиях

В оо нет смысла говорить о скорости охлаждения поверхности, поскольку в этих условиях температура поверхности изделий практически. мгновенно по" нижается до температуры охлаждающей среды, независимо от формы и размеров тел. Поэтому вместо скорости охлаж5 дения поверхности приведена скороств 20 охлаждения точек, наиболее отдаленных от поверхности (сердцевины) де-: талей.

Ниже приведены конкретные примеры реализации способа закалки деталей:, изготовленных из высоколегированных марок сталей.

П- р и м е р 1. Полуось автомоби.ля КРАЗ из стали 40ХН2МА диаметром

62 мм подвергают объемному нагреву на установке ТВЧ до 870-880 С, после чего полуось переносят в закалочную камеру для охлаждения в потоке воды под давлением 0,25 ИПа, движущейся со скоростью 10 м/с (<„„ — .

38000 Вт/M К, В -60). В камере полуось начинает охлаждаться со скоростью (скорость охлаждения сердцеви- ны) Пример 2. Шпилька атомного реактора из стали 38ХНЗМФА диаметром

0 19 м охлаждается от 870 С интенсивным душем или водо-,воздушной смесью (Hi-18) с начальной скоростью 5,34 ° 10 м /с 0,8(870 С-40 С)

1,56 ° 10 м

= 40 С/с, (К-1,56-10 м," К„=0,8; Т вЂ” 870 С

Т - 40 C; a — - 5 34 10 м /с) до момента времени, при котором достигаются максимальные сжимающие напряжения на поверхности шпильки, определяемого по формуле

1,56 10 м (0,66+2. 0,24)

5,34 10 <7ñ 5,8 (К вЂ” 1,56 ° 10 м, а — 5,34 10 м /с;

K„- 0,8; Ь =0,66; К-2), после чего осуществляется выдержка при 280 С

50 мин и далее осуществляется обычный отпуск шпильки.

При такой. технологии устраняется возможность образования закалочных трещин, повьппается долговечность ра« боты шпильки, устраняется необходи-, мость применения масла в качестве закалочной среды.

Пример 3. Матрицу из стали

Р6М5 высотой 40 мм и диаметром

90 мм охлаждают от температуры о аустенизации 1180 С в. водных растворах солей (например, в бишофите) с начальной скоростью

S,2»10 м /с(1180 С-125 С)

Э

1,1 10 4м К (Т Т )=, 40

5 34 10 м /с(880 -40 С) 27 Ñ/с

104 (а 5,34 ° 10 м /c; To — 860 С; Тс

К=1,66- 10 м, К„-1) и в мо-. 45 мент достижения максимальных сжимаю- щих напряжений на поверхности полуоси, определяемый по формуле <= — -(b+0,24k)= -7 - ° 1,14= 34 с,, К R =0,031 м; a=5,34 10 м /с; К-2 °

К„-1), интенсивное охлаждение прекра щают и осуществляют изотермическую выдержку при 350 С 30 мин.

Б результате примененного способа по сравнению с закалкой в масле в несколько раз увеличивается долговечность работы полуосей.

=50 C/с;

° .

У

K=1 1-10 м ; à=5,2 10" м /с;

Т=1180 С» Т .125 С1 К„-l), так как в солевих растворах .Bi, до достижения максимальных сжимающих напряжений на поверхности матрицы, которые наблюдаются в момент времени

1,1 ° 10 м (1,18+3-0,24)

6= (где b=1,18; R=3; К=1,1 10 M " а — 5,2 10 м /с; К„-l), после чего осуществляют изотермическую выдержку при 200 С 1.ч, далее осуществляют обычный отпуск стали.

В результате применения способа увеличивается в два раза долговечность работы матриц, .устраняется возможность образования закалочных тре1215361 .

Глубина проникновения мартенсита, г/Н

Температура в центре цилиндра

s момент достижения о ма кс °

Время достижения

6 елка, с

Диаметр цилиндра, мм

0,62

-700

-950

-1150

-1200

-1250

0,52 412

10,8 6

21.,6 6

0,58

425

-1000

-1100

-1150

-1500

0,45

0,5

36 60 40

452

0,58

0,4

457

43,5 6

100 6

0,52

0,4

450

-1500 щин при закалке матриц в условиях высокофорсированного теплообмена, отпадает необходимость применения масла в качестве закалочной среды

° 5 появляется возможность замены стали

Р6И5 менее легированной сталью.

Преимущество предложенного способа по сравнению .с обычной закалкой в масле состоит в следующем. 10

Повышается производительность труда. Предложенный способ охлаждения открывает широкие возможности использования вместо минеральных масел и водных растворов полимеров душирукицих и спрейерных устройств водных растворов солей, например бишофита. Способ легко реализуем.

Благодаря интенсификации охлажде- ния при фазовых превращениях повыша-, ются механические свойства материала, снижается порог полухрупкости, улучшаются параметры, характеризующие вязкость разрушения, повышаются пластические свойства материала.

Из-за высоких остаточных сжимающих напряжений на поверхности закаленных деталей повышается ресурс их работы.

Устраняется возможность возникновения пожаров и отсутствует загрязнение атмосферы продуктами разложения масел.

В условиях интенсификации процесса охпаждения устраняется возможность образования закалочных трещин и уменьшается коробление деталей.

Перечисленные преимущества позво" ляют получить значительные экономические эффекты в народном хозяйстве.

Значения максимальных напряжений, MIla

121 53 61

Т,E

6,НПа

1000

-50

-1000

Рре. 2

Редактор Т. Иванова Техред Л.Сердюкова:

Корректор M. Пожо.

Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 ° Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Заказ 1429

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4