Способ закалки стальных изделий

 

Изобретение относится к термической обработке стали, в частности к закалке изделий в кипящем слое дисперсного теплоносителя. Цель изобретения - повышение твердости и прочности изделия. Сжатый воздух, который служит побудителем псевдоожижения дисперсного теплоносителя, находящегося в закалочном баке, предварительно направляют в систему вихревых труб, подключенных холодильными концами к днищу закалочного бака. В соответствии с эффектом Ранка,сжатый воздух в вихревых трубах охлаждается до отрицательных температур и завихряется. Это создает условия для эффективного ожижения и охлаждения дисперсного теплоносителя, который , соприкасаясь с нагретой поверхностью закаливаемой детали, способствует ускорению процесса теплоотвода. Одновременно поток воздуха охлажденный ниже температуры конца прямого мартенситного превращения на 10-50 С, активно отводит тепло от частиц дисперсного теплоносителя. Таким образом , в объеме закалочного бака обеспечиваются условия для интенсивного отвода тепла с поверхности закаливаемых деталей во всем интервале мартенситных превращений, в результате чего обеспечивается получение высоких прочностных свойств и эксплуатационных характеристик. 1 ил. ю сл со ел О5 О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 21 D 1 60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4146312/31-02 (22) 18.09.86 (46) 23.02.88. Бюл. Ф 7 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (72) A.À.Õàëàòîâ, В,А.Лисовой и Н.И.Кобаско (53) 621.785.79(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 351911, кл. С 21 D 1/60, 1970.

Авторское свидетельство СССР

У 194132, кл. С 21 D 1/60, !967. (54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к термической обработке стали, в частности к закалке изделий в кипящем слое дисперсного теплоносителя. Цель изобретения — повьппение твердости и прочности изделия, Сжатый воздух, который служит побудителем псевдоожижения дисперсного теплоносителя, находящегося в закалочном баке, предварительно направляют в систему вих„„SU,, 1375661

3С PCnЯ Б и Я

1.

Ф !.

i iC)

I 1 ревых труб, подключенных холодильны-. ми концами к днищу закалочного бака.

В соответствии с эффектом Ранка,сжатый воздух в вихревых трубах охлаждается до отрицательных температур и завихряется. Это создает условия для эффективного ожижения и охлаждения дисперсного теплоносителя, который, соприкасаясь с нагретой поверхностью эакаливаемой детали, способствует ускорению процесса теплоотвода.

Одновременно поток воздуха охлажденный ниже температуры конца прямого мартенситного превращения на 10-50 С, активно отводит тепло от частиц дисперсного теплоносителя. Таким образом, в объеме закалочного бака обеспечиваются условия для интенсивного отвода тепла с поверхности закаливаемых деталей во всем интервале мартенситных превращений, в результате чего обеспечивается получение высоких прочностных свойств и эксплуатационных характеристик. 1 ил.

1375661

Изобретение относится к термичес —. кой обработке стали, в частности к закалке изделий в,кипящем слое дисперсного теплоносителя.

Цель изобретения — повышение твердости и точности изделия.

На чертеже изображено устройство, с помощью которого осуществляется предложенный способ. 10

Устройство содержит бак 1, заполненный дисперсным теплоносителем

2, К днищу бака через перфорированную решетку 3 присоединены вихревые трубы 4, которые питаются от источ- 5 ника 5 сжатого газа, а нагретый газ из вихревых труб отводится через патрубок 6.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим обра- 20 зом.

В эакалочный бак 1, заполненный теплоносителем 2 с высокой теплоемкостью (например, медной или алюминиевой стружкой) подают через вихре- 25 вые трубы 4, установленные в днище закалочного бака, сжатый газ (воздух), например, от компрессора 5. В соответствии с эффектом Ранка в вихревых трубах идет разделение потоков сжа- ЗР того воздуха на холодный и горячий.

Холодный воздух через перфорированную решетку 3 (для равномерного распределения потока) — в закалочный бак.

Благодаря повышенному давлению холодного воздуха, дисперсный теплоноситель вскипает (псевдоожижается) и охлаждается до температуры холодного воздуха, после чего нагретые под закалку детали вводятся в слой кипящего 40 теплоносителя и выдерживаются в нем в течение необходимого времени.

Изменением проходного сечения трубопроводов, подводящих сжатый охлажденный воздух в закалочный бак, регулируют степень разрежения закалочной среды и, как следствие, высоту псевдоожиженного слоя. (Способ осуществляется следующим образом.

Сжатый газ (воздух), который служит побудителем псевдоожижения дисперсного теплоносителя, находящегося в закалочном баке, предварительно направляют в систему вихревых труб, подключенных холодными концами к днищу закалочного бака. В соответствии с эффектом Ранка сжатый газ в вихревых трубах охлаждается до отрицательных температур и завихряется. Это создает условия для эффективного ожижения и охлаждения дисперсного теплоносителя, который, соприкасаясь с нагретой поверхностью закаливаемой детали, способствует ускорению процесса теплоотвода. Одновременно поток газа, охлажденный ниже (на 10-50 С) температуры конца прямого мартенситного превращения (Т„), активно отводит тепло от "витающих" частиц дисперсного теплоносителя. Таким образом, в объеме закалочного бака обеспечиваются условия для интенсивного отвода тепла с поверхности закаливаемых деталей во всем интервале мартенситных превращений, что способствует измельчению мартенситных зерен, уплотнению дислокаций и созданию на поверхности деталей высоких сжимающих напряжений, в результате чего обеспечивается получение высоких прочностных свойств и эксплуатационных характеристик.

Изменением давления газовой фазы на выходе из вихревых труб обеспечивают различную степень псевдоожиже ния (различные соотношения частиц теплоносителя и газовой фазы), изменяют охлаждающие свойства закалочной среды в нужном направлении: более плотная среда интенсивнее отводит тепло и наоборот.

Указанный интервал высот псевдоожиженного слоя (плотности) выбран из условий, что более плотная среда, чем 1:5 (т.е. высота псевдоожиженного слоя с 5 толщин насыпного слоя) малоподвижна и в нее трудно вводить закаливаемые детали, а более разряженная, чем 1:20 (т,е. высота псевдоожиженного слоя > 20 толщин насыпного слоя) в значительной мере теряет свои преимущества по сравнению с обычным газовым потоком.

Пример. Экспериментальные исследования проводят на образцах, изготовленных из стали 70Г. Нагрев образцов до температуры 1103 К про-. изводят по существующей технологии, а закалочные охлаждения по существующему режиму.

В закалочный бак, наполненный на

1/5 часть алюминиевыми опилками со средним размером d = 0,4 мм, снизу, через пять вихревых труб, подключен1375661

10 нык в шахматном порядке к днищу бака, подводят охлажденный до отрицательной температуры (245 К) сжатый воздух со средней. скоростью потока N,=

= 0,4 м/с. При этом в эакалочном баке устанавливается стабильное состояние псевдоожижения дисперсного теплоносителя с соотношением теплоносителя и воздуха 1:8.

После полного нагрева образцов до 1103 К их погружают в кипящий слой опилок, где выдерживают до пол.— ного остывания в течение 20-30 сек °

Затем образцы подвергают отпуску при температуре 723 К в течение

30 мин, Закалка аналогичных образцов по известному способу позволяет провести их сопоставительный анализ, Так для известного способа закалки твердость и прочность на разрыв составляют соответственно 50-52 НРС, 92-98 кгс/мм, а для предлагаемого способа, предусматривающее охлажде- 25 ния теплоносителя — 58-60 НРС; 104113 кгс/мм . Таким образом, при эакалочном охлаждении по предз оженному способу прочностные и эксплуатационные характеристики обрабатываемого материала возрастают на 15Х по сравнению с известным способом.

Кроме указанного преимущества, предлагаемый способ закалочного охлаждения позволяет интенсифицировать

35 охлаждение практически любых марок сталей за счет предварительного, глубокого (ниже конца прямого мартенситного превращения) охлаждение теплоносителя.

При этом отсутствует потребность в криогенных жидкостях, обеспечивается равномерный теплоотвод со всей поверхности детали, что способствует сохранению ее геометрии.

Формула изобретения

Способ закалки стальных изделий, включающий нагрев выше Ас, охлаждение в баке с псевдоожиженным слоем дисперсного теплоносителя заданной высоты, регулирование скорости охлаждения путем изменения параметров сжатого газа, отличающий— с я тем, что, с целью повышения твердости и прочности изделий, высоту слоя псевдоожиженного газа устанавливают в пределах 5-20 высоты насыпного слоя дисперсного теплоносителя, а скорость охлаждения регулируют путем предварительного пропускания газа через систему контактирующих с баком вихревых труб, в которых газ охлаждается до температуры на 10-50 С ниже температуры конца прямого мартенситного превращения стали и формируется вихревой поток.

1375661

Составитель А.Кулемин

Редактор Г.Волкова Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 745/26 Тираж 544 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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