Способ термической обработки металлов

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к термической обработке металлов и сплавов. Цель изобретения - повышение качества металла за счет увеличения интенсивности теплообмена в закалочной среде. Способ включает нагрев выше А<SB POS="POST">0</SB>, выдержку и охлаждение в закалочной среде, помещенной в электрическом поле напряженностью от 1 кВ/см до 0,8 пробойной напряженности закалочной среды. Способ позволяет получить более высокую прокаливаемость и более мелкую структуру закаливаемой детали. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (5)}5 С 21 D 1/)8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР! (21) 4416387/31-02 (22) 04.01 ° 88 (46) 07.05.90. Бюл. М 17 (71) Донецкий политехнический институт (72) B.Ñ. Шкляр и Е.B. Алексеева (53) 621,785.79(088.8) (56) Самохоцкий И.А.,Парфеновская Н.Г.

Твхнология термической обработки металлов. - М.: Машиностроение, 1975, с. 320.

Гуляев А.П. Металловедение. - М.:

Металлургия, 1977, с. 285-287. (g4) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке металлов.

Цель изобретения - повышение качества металла за счет увеличения интенсивности теплообмена в закалоч" ной среде.

Пример . Образцы из стали

45 диаметром 40 мм и высотой 60 мм нагревают в электрической муфельной печи до температуры 820 С, выдерживают 40 мин и закаливают в масле.

Закалочная ванна представляет со" бой цилиндрический стеклянный сосуд с электропроводным кольцом (шиной) по всей поверхности стен. Закалочная ванна и образец находятся в электрическом поле напряженностью от

1 кВ/см до 0,8 пробойной напряженности охлаждающей среды (Е я„ =

=. 220 кВ/см) .

На чертеже представлена схема на-. ложения электрического поля на зака„„Я0„„1562356 (57) Изобретение относится к металлургии, конкретнее к термической обработке металлов и сплавов. Цель изобретения — повышение качества металла за счет увеличения интенсивности теплообмена в закалочной среде. Способ вклю ает нагрев выше А выдержку и охлаждение в закалочной среде, помещенной в электрическом поле напряженностью от 1 кВ/см до 0,8 пробойной напряженности закалочной среды.

Способ позволяет получить более высокую прокаливаемость и более мелкую структуру закаливаемой детали. 1 ил., 1 табл. лочную ванну и обрабатываемый металл, ( включающая закалочную ванну 1 для масла, обрабатываемый металл 2, элек- Я трод 3, закалочную среду 4 и источник 5 напряжения.

В закалочную ванну помещают элект- м рически изолированную от среды (за- ф. калочного агента) шину, к которой подключают один полюс .источника электрического напряжения, другой подклю- © чают к обрабатываемому металлу.

Закалочные свойства среды определяются интенсивностью охлаждения об- © ) рабатываемого металла. При погружении металла в закалочную ванну происходят кипение жидкости по поверхнос- фВ, ти разогретого металла и естественная конвекция жидкости вблизи нагретого металла.

Интенсивность охлаждения поверхности металла определяется теплотой

Фазового перехода жидкость — пар для данной жидкости, скоростью подвода

1562356 свежей жидкости к поверхности тепло- обмена, а также скоростью процессов десорбции паровых пузырьков, типом кипения (пленочное, пузырьковое) .

Электрическое поле позволяет интенсифицировать тепловой поток кипения на электропроводной стенке в

1,4 раза, что достигается за счет уменьшения критического радиуса заро- 10 дыша парового пузыря, а также увеличением скорости роста пузыря. В электрическом поле возникает только пузырьковое кипение. Перечисленные эффекты объясняются снижением поверхностного натяжения жидкости в электрическом поле.

Интенсификация процессов десорбции, подвода свежей жидкости к охлаждаемой поверхности, а также конвективного переноса тепла объясняется электроконвекцией, т.е. движением жидкости в электрическом поле. Интенсификация теплообмена конвекцией достигает (5-8) d, где с — коэффициент теплоотдачи в отсутствии электрического поля.

Интенсификацию и замедление тепло обмена электрическим полем определяют направлением градиентов температуры и электрической напряженности. Если у TWvE (векторы однонаправлены), то конвективный перенос тепла интенсифицируется, если ч Т17 т Е, конвекция подавляется в той же степени,. что и интенсифицируется. Это позволяет ухудшать условия теплообмена, если на шину подать положительный потенциал, а обрабатываемый металл заземлить. Такая задача может возникнуть при необходимости заменить закалочную среду (масло) другой средой (водой). Если на обрабатываемый металл подать электрический потенциал, а шину (ванну) заземлить, то будет

45 наблюдаться интенсификация теплообмена. Такая задача стоит при необходимости „"величения глубины закаливания.и скорости охлаждения. Величина изменения теплообмена (скорости охлаждения) определяется величиной напряженности создаваемого электрического поля, она зависит от геометрических размеров обрабатываемого металла, размеров и формы закалочной ванны и электрических свойств закалочной среды. Для получения заданного эффекта величина электрического поля подбирается при обработке конкретного технологического процесса.

Однако она не может быть выше пробойной для данного металла Е„, следовательно из условий охраны труда она выбирается Е <0,8 Е„„,.

Закалочные среды в практике не являются чистыми. Нижний предел применяемого электрического поля определяется величиной его эффективного воздействия. Интенсивность воздействия электрического поля на теплообмен определяется квадратом напряженности электрического поля. При малых напряженностях электрического поля (менее 1 кВ/см) воздействие поля на теплообмен в жидкости столь мало, что в опытах по термообработке не обнаружено изменения структуры и свойств металла (см. опыт, режим 2).

Таким образом, интервал воздействия электрического поля на термообработку составляет 1кВ/см 0,8 Е >

Эксперименты проводят в следующих условиях.

Режим 1 проводят без воздействия электрическим полем (E = О).

Режим 2 проводят с воздействием электрическим полем (отрицательный потенциал подан на металл) Е = — 0,5 кВ/см ; режим 3 - то же, Е = 1, кВ/см ; режим 4 — то же, Е =

10 кВ/см, режим 5 - то же, Е = — 177 кВ/см (это предельная технически целесообразная напряженность поля для воздействия на теплообмен в чистом трансформаторном масле) .

При попытке увеличения напряженности поля ток утечки быстро возраста" ет, затем при дальнейшем увеличении напряженности поля достигается пробой диэлектрика.

Режим 6 проводят с воздействием электрическим полем (положительный потенциал подай на металл), Š— 1О кВ/см, Измерение проводят на трех образцах по каждому варианту от края к центру. Точки замера твердости удалены друг от друга на расстоянии

3 мм. Всего 18 образцов. Результаты измерений усредняют.

B таблице приведены результаты экспериментов, из которых видно, что максимальная глубина закаленного слоя у образцов, обработанных по режиму 5.

Исследования микроструктуры показали, что обработка по режимам 2 и 6; выхо1562356

Твердость образцов после обработки по режиму

Положение контролируемой точки

Образец

2 3 4

5 1 о

43

33

32

28

5с, 56

56

54

54

56

54

46

41

33

28

52

53

51

38

42

32

32

28

Край чентр

Формула и э о б р е т е н и я

Способ термической обработки ме" таллов, включающий нагрев до темпеСоставитель В. Русаненко

Техред Л.Сердюкова Корректор О. Ципле

Редактор А. Иотыль

Заказ 1038 Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 дящим за граничные условия, не улучшает структуру, она практически не отличается от образцов, обработанных по режиму 1. Режим 3 способствует получению более мелкой структуры.

Лучшие результаты получены при обработке по режиму 5 (мартенситные иглы мелкодисперсные), с нормальной, Предлагаемый способ (режимы 3-5) улучшает качество металла по структуре и твердости, обладает более высокой однородностью конечного продукта (металла), причем затраты (стоимость источника электрического напряжения и электрической энергии на токи утечки) невелики. ориентацией блоков, причем структура однородна.

В таблице также приведены свойства образцов 10cpe обраГотки иэвест5

HblM способом (режим 1, нагоев до

820 С, выдержка 40 мин и охлаждение в масле без наложения электричес <ого поля, „

l ратургы выше А, выдержку и последуюс щее охлаждение, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения ка25 чества металла за счет увеличения интенсивности теплообмена в эакалочной среде, охлаждение осуществляют в среде, находящейся в электрическом поле напряженностью от 1 кВ/см до

З0 0,8 пробойной напряженности охлаждающей среды, причем обрабатываемому металлу сообщают отрицательный потенциал.