Способ восстановления внутренних поверхностей цилиндрических стальных деталей

 

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов, преимущественно к термической обработке стальных цилиндрических заготовок , в частности труб, цилиндров насосов , накатных стаканов, тормозных цилиндров гидросистемы автомобиля, цилиндров компрессоров. Целью изобретения является повышение производительности процесса и качества поверхности . Способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей заготовок из углеродистых сталей включает нагрев заготовки до 750-770 С со скоростью ЗО-бО С/с, охлаждение снаружи заготовки, охлаждение заготовки S со скоростью 200-300 С/с. (Л 00 4 tsS Ю ОО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

41223 А "( (19) (11) (51)4 С 21 D 1/78, В 23 Р 6/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3852625/31-02 (22) 01.02.85 (46) 30.09.87. Ьюл. № 36 (71) Институт проблем литья АН УССР и Украинская сельскохозяйственная академия (72) А.А.Гурмаза, А.И.Семененко, Л,И ° Сияница, В.А.Резников, О,П.Ткаченко и К.В.Целыковский (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 1097686, кл ° С 21 D 1/78, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 969495, кл ° В 23 P 6/02, 1980. (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов, преимущественно к термической обработке стальных цилиндрических заготовок, в частности труб, цилиндров насосов, накатных стаканов, тормозных цилиндров гидросистемы автомобиля, цилиндров компрессоров. Целью изобретения является повышение производительности процесса и качества поверхности. Способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей заготовок из углеродистых сталей включао ет нагрев заготовки до 750-770 С со скоростью 30-60 С/с, охлаждение снаружи заготовки, охлаждение заготовки со скоростью 200-300 С/с.

1341223

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов,преимущественно к термической обработке цилиндров насосов, накатных стаканов, тормозных цилинцров гидросистемы автомобилей, цилиндров компрессоров, корпусов букс железнодорожных вагонов, гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повьг шение производительности процесса и качества поверхности.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку устанавливают на специальном столе так, чтобы нижний торец ее находился в зоне нагрева кольцевого индуктора, затем подают напряжение на индуктор и нижний торец заготовки нагревают до температуры 750о

770 С и перемещают ее с помощью стола вниз вдоль индуктора с одновременной подачей воды в кольцевой спрейер, расположенный ниже индуктора, обеспечивающей охлаждение нагретой части заготовки струями воды. Подъем заготовки относительно нагревателя-индуктора и кольцевого спрейера производят с такой скоростью, при которой обеспечивается нагрев части заготовки, находящейся в зоне действия индуктора до 750-770 С. Эта скорость зависит от размеров заготовки и мощности индуктора и колеблется в пределах 1-4 мм/с. Оптимальную скорость охлаждения заготовки, которая колеблется в пределах 200-300 град/с и зависит от содержания углерода в сплаве заготовки, устанавливают расходом воды. Снорость охлаждения заготовки, находящаяся в пределах 200300 С/с, обеспечивается расходами воды, равными соответственно 8

10 л/мин.

Предлагаемый способ позволяет восстанавливать внутренний размер заготовки (изменение радиуса внутренней поверхности на 0,4-0,9%).

Пример. Заготовки нагревали индукционным методом токами промышленной частоты с помощью индуктора, расположенного снаружи заготовки.

Такой метод обеспечивал равномерный нагрев заготовки по длине и толщине.

Для создания температурного градиента вдоль оси заготовку перемещали вниз относительно индуктора со скоростью 1-5 мм/с в зависимости от температуры нагрева заготовки.

Оптимальная температура нагрева заготовки отрабатывалась в интервале .1 температур, прн которых происходит пластическая деформация сталей, а именно 300-1000 С.

Скорость охлаждения заготовки была постоянной (250 С/с и обеспечивалась расходом воды 9 л/мин.

Характеристика сталей приведена в табл. 1.

Результаты оптимальной отработки температуры производства заготовок приведены в табл. 2.

Наиболее стабильные результаты эффективности восстановления получены при нагреве заготовки до температуры

2Р 750-770 C.

Это объясняется тем, что во всем интервале критических температур (730-760 С) имеет место резкое падение пластичности и сопротивление плас25 тической реформации снижается до предельных значений. В этом интервале температур (интервал хрупкости) стали обладают минимальной прочностью и имеют минимальное сопротивление загоЗр товки, эффективность восстановления снижается.

При температурах нагрева, превьг шающих 770 С, результаты восстанов" ления изменяются в пределах 0,3

0,9 мм и являются нестабильными и не подчиняются какой-либо закономерности. Это объясняется тем, что при охлаждении нагретой части заготовки, которое проводится с целью создания

4р термических напряжений, вызывающих деформацию сплава, пластичность сталей с содержанием углерода 0,01-1,4Х снижается в несколько раз, обуславливая повышение сопротивления пласти45 ческой деформации, При этих условиях термические напряжения могут не превысить сопротивление пластической деформации, которое повышается с понижением температур, а термические напряжения в процессе деформации снижаются — происходит закономерная их релаксация.

Из данных табл. 2 также видно, что при температурах нагрева, превышающих 770 С, повышается вероятность о образования трещин, отбела и окисления нагреваемой поверхности, которое сопровождается образованием окалины на заготовке.

41223

0,41-0,80

0,81-1,2

1,21 — 1,4

241-260

261-280

281-300

Содержание углерода,7

Скорость охлаждения, С/с з 13

Перечисленные явления дают основание сделать выводы, что нагрев заготовки до температуры, превышающей

770 С, не обеспечивает стабильные результаты восстановления, сопровождается повышением степени ее окисления и вероятности образования трещин и отбела.

Таким образом, оптимальные температуры нагрева восстанавливаемой заготовки должны находиться в пределах

750-770 С (в области интервала хрупкости сталей), при которых имеет место значительное снижение прочности сплава и сопротивления пластической деформации.

Оптимальные значения скоростей охлапдения нагретых заготовок также отработаны экспериментальным методом подбора жидкостей, обеспечивающих различную скорость охлаждения заготовки, а именно 5Х-ный раствор хлористого натрия в воде (скорость охлаждения 700-900 С/с),вода при 20 С (скорость охлаждения 150-500 С/с) в зависимости от скорости подачи спрейерных.струй на наружную поверхность заготовки или расхода воды), трансформаторное масло (скорость охлаждения 50-80 град/с).

В табл. 3 приведены результаты влияния скорости охлаждения заготовки на эффективность восстановления ее рабочей поверхности.

Из данных табл. 3 видно, что максимальная эффективность восстановления заготовок достигается при скоростях их охлаждения более 200 С/с, которые могут быть достигнуты спрейерным охлаждением при расходах воды 810 л/мин, увеличение скорости охлаждения и соответственно расхода воды, а также применение других сред,обеспечивающих более высокие скорости охлаждения экономически нецелесообразно.

Оптимальная скорость охлаждения, которая должна находиться в пределах

200-300 С/с, зависит от содержания углерода в стали:

Проведены работы по восстановлению внутренней поверхности 2 партий стальных заготовок с содержанием углерода 0,5Х, внутренний диаметр заготовки 130 мм, толщина стенки 9 мм, высота 290 мм. Первая партия заготовок в количестве 5 шт восстанавливалась способом-прототипом, вторая партия в таком же количестве восстанаво ливалась предлагаемым способом.

Технологические режимы и результаты восстановления опытных отливок приведены в табл. 4. По данным табл.4 видно, что предлагаемый способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей заготовок иэ углеродистых сталей в сравнении со способом-прототипом позволяет сократить цикл восстановления заготовок на 2025Х, повысив соответственно производительность процесса, и улучшить качество поверхности заготовок sa счет уменьшения образовавшейся в процессе нагрева окалины. Для обеспечения оп-. тимальной скорости охлаждения заготовки (200-300 С/с) при восстановлении заготовки новым предлагаемым способом расход воды целесообразно снизить до ЗОХ.

Эквивалентные значения эффективности восстановления способом-прото— типом и предлагаемьак способом объясняются тем, что процесс пластической деформации заготовки происходит в критическом интервале температур 750770 С, при которых имеет место максимальная пластичность углеродистых сталей и малое сопротивление пластической деформации. Этот факт дает основание сделать вывод, что нагрев заготовок из углеродистых сталей вьппе о

770 С не приводит к повышению эффективности восстановления, температура нагрева вьппе 770 С может применяться лишь тогда, когда необходимо повью сить термические напряжения для надежности процесса восстановления или повышения точности восстановления размеров заготовки (например, при восстановлении чугунных заготовок).

Формула изобретения

0 05-0,20

0,21-0,40

200-220

221-240

Способ восстановления внутренних поверхностей цилиндрических стальных

1341223 деталей, включающий создание в стенке детали вдоль ее оси градиента температур путем непрерывно-последовательного индукционного нагрева и охлаждения водой, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и качества поверхности, нагрев ведут до 750-770 С, 5 а охлаждают со скоростью 200—

300 С/с °

Таблица 1

Свойства стали

Сплав, Ф

Структура

Критический интеро, вал температур, С

7 с Э рода, 7

730-750 890

0,05

780

0,50

1,00

1,40

П р и м е ч а н и е. Ф вЂ” феррит; ЗП вЂ” зернистый перлит;

Ц вЂ” цементит.

Теплила 2

Температура эксперимента

Свойства автогонки (нагрева эаготоаки), С!

300 450 eOO 730 750 770 (800 900 1000

1 ь

Силва:

Зффектианость восстановлении, ген

0,15

0,15

0,3-0,5

0,5-0,6

0,6-0,7

0,1

О,4-О,8

0,5-0,04

0,3-0,8 О ° 2-0,9

0,8-0,2 0,8-0,5

0,03

G,G

Глупина тренин, ми (1,01

0,02

0,01

U О1

Толщина эакаленного

ulo((° ии

3-3 5

4-4, 5

Содержание углеТвердость

HRB

ЗП+ Ф 90

ЗП + Ц 95

ЗП + Ф 92

730-750

740-760

740-760

1341223

Таблица 3

Техноло- 3aroгические товка, 5Х-ный

Расход воды при спрейерном (струйном) ох лаждении, л/иин

Трансформаторное масло режимы восстараствор новления

15

Скорость охлаждеоC/C

700-900 150-170 200-220 250-300 400-500

50-80

Эффективность вос- 1

0,45

0,25

0,40

0,45

0,40

О, 10 становления, мм 2

0,50

0,32

0,45

0,40

0 50

0,15

0,48

0 12

0,30

0,46

0,41

0,45

Таблица 4

Заготовки, У

Цикл восстаИзменение размера восстанавливаемого

Толщина окановлеотверстия заготовки ины, им ния, мин за 1 цикл, за 2 цикла, ии ии

0,38

0,69

0,07

2i0

Нагрев заготовки токами промышпенной частоты индук- 2 ционным методом до 900 С (800 С), 3 охлаждение струями воды, расход 4 воды 15 л/мин

0,47

0,68

2,1

0,1

0,47

0,09

2,0

0,70

0,80

0,2

2,2

0,40

0,39

0,80

0,07

2,2

1,7

0,68

0,03

0,35

Нагрев заготовки 1 токами промышленной частоты индук- 2 ционным методом до температуры 760 С, 3 охлаждение струями воды, расход воды 4

10 л/мин

1,6

0,72

0,02

0,40

1,5

0,47

0,70.О, 01

0,36

1,6

0,67

0,03

1,4

0,69

0,02

0,39

Партии Технологические загото- режимы восстановВок Ф 2 ления заготовки

Наименование охлаждающей среды

Результаты восстановления