Способ охлаждения при закалке стальных изделий

 

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано при обработке ответственных деталей автомобилей. Цель изобретения - улучшение качества закалки Путем повьшения стабильности механических свойств изделия. Сущность изобретения заключается в том, что применение сильного душа с производительностью более 50 приводит к новому эффекту: пороговой зависимости скорости охлаждения в интервале 700-500 с и 300-150 С от концентрации полимера в водном растворе . Поэтому в предложенном способе охлаждения предварительно определяют, зависимость скорости охлаждения от концентрации раствора полимера,затем из этой зависимости определяют пороговую концентрацию раствора как значение концентрации, после которой имеет место участок независимости скорости охлаждения от концентрации, и охлаждение осуществляют раствором с концентрацией, превышающей в 1,25- 2,40 раза пороговую концентрацию, и с производительностью душа 50 - 120 . 1 табл.,1 ил. i (Л Ю ю to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„,SU,» 41222 (5g 4 С 21 D 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4057320/22-02 (22) 16.04.86 (46) 30.09.87. Бюл. II. 36 (71) Московский автомобильный завод им. И.А.Лихачева (72) В.А.Огневский, А.Г.Орловский, Г.А,Островский, А.M.Ðûñêèíä, А.Л.Степин, С.Я.Устиловский и И.Н.Шкляров (53) 621.78.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 72458 1, кл . С 21 D 1/60, 1980, Авторское свидетельство СССР

В 775146, кл. С 21 D 1/60, 1981. (54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ

СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано при обработке ответственных деталей автомобилей. Цель изобретения — улучшение качества закалки путем повышения стабильности механических свойств изделия. Сущность изобретения заключается в том, что применение сильного душа с производительностью более 50 см /см2 ° с приводит к новому эффекту: пороговой зависимости скорости охлаждения в интервале 700-500 С и 300-150 С от концентрации полимера в водном растворе. Поэтому в предложенном способе охлаждения предварительно определяют. зависимость скорости охлаждения от концентрации раствора полимера, затем из этой зависимости определяют пороговую концентрацию раствора как значение концентрации, после которой имеет место участок независимости скорости охлаждения от концентрации, и охлаждение осуществляют раствором с концентрацией, превышающей в 1,252,40 раза пороговую концентрацию, и с производительностью душа 50—

120 смэ /см . с. 1 табл., 1 ил, 1

1341222

Изобретение относится к термичес-кой обработке стали и може-и быть ис-. пользовано при обработке ответствен-. ных деталей автомобилей.

Цель изобретения — улучшение качества закалки путем поньппс ния стабильности механических свойств изделий.

Нг чертеже представлены кривые зависимости скорости охлаждения н интервале 500-700 (криные 1,3,5,7) и

300-150 С (кривые 2,4,6,8) от концентрации раствора полимера для производительности душа 120 см /см с (криные 1,2), 750 см /см с (криные

3,4), 50 см /см - с (кривые 5,6), 50 смз/см с (кривые 7,8).

Скс рости определены по записям кривьгх охлаждения на шлейфоном осциллографе с помощью хромель-алюминиевых термопар диаметром 0,2 мм, приваренным к охлаждаемой понерхности.

Сущность изобретения заключается н том, что применение сильного душа

r производительностью более 50 куб.сч охлаждающей среды на квадратный сантиметр охлаждаемой поверхности приводит к новому эффекту: пороговому изменению зависимости скорости охлаждения н интервале 700-500 С и 300

150 С от концентрации полимера н водном растворе. Сначала скорость охлаждения при повышении концентрации полимера не изменяется и остается на урогзне скорости охлаждения водяным душем той же интенсивности, далее быстро уменыпается, а затем при некоторой критической концентрации рез ко стабилизируется и в значительном интервале не зависит от концентрации полимера (происходит пороговое умень-. шенне зависимости скорости охлаждения от концентрации полимера н растворе), Концентрация полимера н водном растворе, в 1,25- 1,4 раза превышая критическую концентрацию, лежит в середине илтерна а независимости скорости охлаждения от концентрации полимера, Это позволяет длительно работать в условиях, когда испарение воды или вынос полигпера с деталями (изменение концентрации) существенно не скажется на услог .и».. ох лаждения, в результате чего свойства изделий останутся стабильными.

При начальной концентрации rrpe вышающей крити«c"ãêóû в 1,25 раза, из раствора может быть удалено более

20% полимера или испариться 20 воды без изменения охлаждающей способности.

При начальной концентрации, превышающей критическую в 1,4 раза, из раствора может быть удалено почти 303 полимера или испариться 15% воды так10 же без изменения охлаждающей способности.

Такие изменения количества полимера и жидкости легко фиксируются и могут быть вовремя скомпенсированы без

1б опасности неожиданного резкого изменения условий охлаждения.

При начальной концентрации, превышающей критическую менее, чем в 1 25 раза и более, чем в 1,4 раза, возмож20 ности изменения количества воды и полимера в растворе существенно уменьшаются и возникает вероятность опасного изменения свойств охлаждающей среды. Пределы производительности ду25 ша выбраны из следующих соображений.

При производительности душа ниже

50 см /см с не возникает порогового изменения скорости охлаждения от концентрации полимера. При производи30 тельности душа выше 120 см /см с требуется установка. сверхмощных насосов и оборудования для оборота очень болыпого количества жидкости, что экономически нецелесообразно.

Пример. Цилиндрические детали из стали 45 диаметром 20 мм длиной

100 мм охлаждали после сквозного нагрева до 850 С душем в кольцевом спрейере диаметром 27 мм. В качестве

4п охладителя использовали водный раствор феракрила (неполной железной соли полиакрилоной кислоты) различной концентрации от 0 до 2,97, Большие концентрации раствора не применялись, так как из-за высокой вязкости таких растворов происходит интенсивчый нагрев при перемешивании насосом.

Производительность душа составляла

40,50,75 и 120 смэ/см с (кубические сантиметры раствора на квадратньгй сантиметр поверхности н секунду) .

Для производительности душа

40 см /см с (кривые 8 и 7 на чертеже) после участка независимости скорости охлаждения от концентрации полимера, находящегося непосредственно вблизи чистой воды, происходит интенси .íñå падение скорости охлаждения

1341222 при всех исследованных концентрациях.

Критическая концентрация, при которой происходит переход к независимому от концентрации участку кривой, в этом

5 случае не имеет места.

При производительности душа 50, 80, 120 см /см . с при концентрации

1,8 феракрила имеет место критическая концентрация, после которой на кривых зависимости скорости охлаждения от концентрации раствора полимера имеет место участок независимости скорости охлаждения от концентрации (с 1,8 до 2,77) .

Было опробовано при массовой закалке охлаждение душем с производительностью 50,75 и 120 см /см с при начальных концентрациях водного раствора феракрила 2,26 и 2,52 и 1,4 раза 2р превышающие критическую концентрацию (1,8Х). Для контроля были использованы также концентрации 2,1 и 2,77 с производительностью душа 40 смз /см2 с.

Закалке подвергали цилиндрические де- 25 тали — модели из нормализованной стали 45 и круг 20 по следующей схеме.

Детали нагревали до 850 С, а затем подвергали охлаждению душем. Следующую закалку проводили на новой дета- 30 ли. Для сокращения числа деталей после промывки в воде, сушке на воздухе, очистки поверхности, детали закаливали повторно. Для проведения контрольных замеров свойств использовали

35 детали, закаленные под номерами 10, 500 и 10000. Для этих измерений применялись свежие (однократно закаленные) детали.

Большое число деталей закаливали с целью выявления стабильности структуры (в частности, глубины закаленного слоя, существенно влияющей на механические свойства) при длительной работе раствора полимера. При закал- 45 ке большего числа деталей в нашем эксперименте 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 ФР 10-15, 19-22, 26 — 31) .

При концентрациях, например, 2, 1Х с увеличением количества закаленных деталей, закаленный слой начинает увеличиваться (испытания ФФ 7-9 и

23 — 25) .

При концентрациях, например, 2,7Х происходит быстрый нагрев раствора полимера до температур выше 70 при о 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 -Н 16-18, 32-34) .

Охлаждение с производительносуью, 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 РУ 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 изобретения

Способ охлаждения при закалке стальных иэделий, включающий подачу водных растворов полимеров заданной концентрации душем заданной производительности, отличающийся 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 /см ° с ° слоя, мм

2,8

5000

3,0

1000

3,0

2,5) 10

Нет слоя

5000

10000

3,0

5О

2,1

5000

3,0

4,0

10000

2,25

3,0

3,0

5000

10000

З,U

2,52

14

5000

3,0

3,0

10000

2,7

10

5000

18

10000

Нет слоя

4, 0

2,25

4,0

5000

4 0

lUUUU

120

231

10

Производи.— тельность душа, м (см2 с

Начальная концентрация феракрила, 1341222

Количество зака— ленных деталей

Г лубина закаленного

Испытание, Ф

1341222

Продолжение таблицы

5000

5,0

10000

6,0

26

5 0

2,25

27

5000

5 0

5 0

10000

10

5,0

2,52

5000

5 0

10000

5 0

2,7

5,0

23

4,5

5000

10000

3,5 б00

400

800

ЙЮ

yo/

000

1 2 3 4 5