Способ закалки стальных изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к термической обработге стяли и может быть использовано в машиностроении при изготпллечпч шариковых и роликовых подшипников. Цель изобретения - улучшение качества путем ликвидации тро- ОСТИ1НЫХ пятен и трегчин, n также повыпение твердости поверхности изделия . Охлаждение изделий v процессе закалки осу естзлягтся лосредстром кольцевого воздействия на издание Братание: ося магнитного поля, создаваемого с помощью статора асинхронного двигателя. ; . ф-лы 1 ил 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1627574

А1 (5!)5 С 21 D 1/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4608270/02 (22) 23.11.88 (46) 15.02.91. Еюл. К" 6 (71) Институт технической тел:ток>изики AH УССР (72) А.Л.Сатановский, Н.И.Кобаско и А.A.Õë:tàòoB (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1134612> кл . С ?1i E) 1/5h, 1985.

Термомагнитная с брабогка стали.

М.: Металлургия, 1968, с.15-19. (54) СПОСОЬ ЗАКА"iKH СТАЛЬНЫХ ИЗЛЕЛИЙ

И УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ЕГО ОСИ! ЕСТЗЛЕНИЯ

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении шариковых и роликовых подшипников.. !!ель изобретения — улучшение качества путем ликвидации трооститных пятен и трещин, а также повышение твердости поверхности изделия„

На чертеже показана схема осуществления способа закалки.

Для реализации предлагаемого способа используют емкость 1 с жидкостью, магниты 2, цилиндр 3 из ферромагнитного материала, электроды 4, наклонный транспортер 5, ванну 6, кожух 7, трубопроводы 8, 9, резервуар 10 с жидкостью, насос 11.

Сущность изобретения заключается

s том, что магнитное поле не только влияет на внутренние фазовые превращения металла, но и изменяет охлаждаю(57) Изобретение с .-носится к термичес.кой обработке стали и может быть использовано в машиностроении при изгoTciB70!, шариковых и роликовых подшипшсков. 11епь изобретения — улучшенис. качества путем ликвидации трооситных пятен и трещи>н> а также повышение твер,t>c Tt! поверки,1сти изделия..Охлаждение изделий j процессе закалки осуществляется посредством кольцевого воздействия на изделие вращающе:ося магнитного поля, создавае;ого с гомощью статора асинхронного двигателя. 2 с.п. ф-лы 1 ил

> >

1 табл. щую способность закалочных сред. Так, С под воздействием магнитного поля охлаждающая способность закал. чных сред уменьшается., Это кзсаегся проточной воды, электро. итон, а также масел. Ускоряется так е процесс фа- К) зовых превращений в перлитной и промежуточной областях. Последние два ф ( факта в некоторых случаях сводят к 3 минимуму благотворное влияние магнитного поля. Все дело в том, что при понижении охлаждающей способности закалочной среды возникают локальные паровые пленки, приводящие к появлению трооститных пятен и микротрещин. Только при достаточно мед- ленном и очень интенсивном охлажде- 3, нии микротрещины исчезают из-за возникновения на поверхности закаливаемых деталей сжимающих напряжений.

Если использовать бегущее магнитное поле, то в таком поле детали

1627574 (это касается шариков, роликов, мелющих шаров и т.п.) приходят во вращательное движение, в результате чего интенсивность закалки в эака5 лочной среде резко увеличивается.

При этом исчезают локальные паровые пленки, а следовательно, и трооститные пятна, увеличивается также теплоотдача в области однофазной конвекции. В условиях интенсивного охлаждения на поверхности закаливаемых деталей возникают высокие сжимающие напряжения, что предотвращает образование макро- и микротрещин. 15

Схема состоит из трех Функционально и конструктивно связанных в общую технологическую линию участков: закалки Е, отмывки II и сушки III.

Участки I u II имеют каждый цилин- 7О дрическую рабочую емкость 1 иэ неферромагнитного материала, например стекла, титана и цр., помещенную в центре источника 2 вращающегося магнит.!oro поля, например статора короткозамкнутого трех- или многофазного асинхронного электродвигателя, число оборотов которого определяется шслом пар полюсов. Напряженность магнитного поля такого статора может регулироваться величиной пропускаемогп через его обмотки тока.Лля увеличения магнитной проницаемости такой системы внутри цилиндрической емкости может быть установлен цилиндр 3 из ферромагнитного материала. В этом случае процесс обработки изделий будет протекать при повышенной концентра ии магнитного поля в кольцевом зазоре между емкостью и Ферро- 4р магнитныч цилиндром.

При использованнл в качестве закалочной жидкости электролитов (бишофит и пр) целесообразно,накладывать на эту среду постоянное электри- 4 ческое поле через пару кольцевых электродов 4, размещенных в емкости

1 так, что уровень источника 2 магнитного поля находится между ними.

В нижней части емкости 1 имеется выходное отверстие в виде усеченного конуса с косым срезом, под которым установлен наклонный транспортер 5.

Нижний конец транспортера погружен в ванну 6 кожуха 7, а верхний сообщается с загрузочной горловиной цилиндрической емкости 1 участка II. Для фиксации постоянного уровня жидкости в ванне 6 кожух 7 транспортера 5 снязан переливными трубопроводами 8 и 9 с цилиндрической емкостью 1 и реэернуаром 10, наполненным жидкостью.

Последний с помощью насоса 11 и системы трубопроводов сообщается с емкостью 1.

Участок III сушки изделий иместаналогичную участкам 1 и II емкость 1 н. источники 2 вращающегося магнитного поля. В нижней части емкости 1 предусмотрен теплообменник-завихри ель 12, а верхняя связана с всасывающей вентиляционной установкой 13.

Под емкостью расположен сборник 14 для приема обработанных изделий. Процессы термической обработки, а именно закалка, отмывка и сушка, осуществляются следующим образом.

На первом (закалочном) участке предварительно нагретые под закалку изделия, например шарики или ролики подшипников, загружают в цилиндрическую емкость 1, где циркулирует закрученный поток закалочной среды и где они захватываются вращающимся переменным магнитным полем, создаваемым, например, статорам асинхронного электродвигателя н удерживаются в нем з течение времени, достаточного для завершения процесса. При этом изделия приобретают вращение как вокруг собственной оси, так и относительно оси цилиндрической емкости, перекатываясь по ее внутренней поверхности с частотой, близкой (c учетом асинхронности) кчастоте вращения магнитного поля.

Движение изделий по круговым траекториям усложнено тем, что, кроме воздействия вращающегося магнитного поля; напряженность которого неравномерна у полюсов и в межполюсных промежутках, удерживающая сила поля носит,.инусоидальный характер и на вращение изделий накладывается синусоидальная гравитационная составляющая. В связи с этим круговое движение изделия носит ондуляционный характер, что положительно сказывается на его теплообмене с закалочной средой. Одновременно пропусканием тока мемду электродами 4 достигают приближения качества электролита 4 к "магнитнои" жидкости, что ведет к увеличению коэффициента теплоотдачи в 2 раза.

По завершении процесса закалки напряженность вращающегося магнитно16?

Наличие

Твердость

Способ охлаждения трооститных пятен

63-64

66-68

0 ного поля го поля автоматически снижается до величины, при которой удерживающей силы поля недостаточно, и изделия под влиянием собственной массы отпускаются в нижнюю часть емкости, откуда попадают на наклонный транспортер 5, который переносит их к участку II отмъ|вки от закалочной среды, далее к участку II! сушки, откуда при необходимости они направляются на отпуск.

Пример. Шарики диаметро i

30 мм из стали ИХ15 нагревали до температуры аустенизации 830 С, после чего подавали в цилиндрическую емкость, наполненную 5%-ным содовым раствором, где они подхватывались бегущим магнитным полем статора электродвигателя напряженностью 30 кА/и и вращались со скоростью 3 м/с до no I нога их остывания, т.е. до температуры закалочной среды, После снятия напряжения с обмотки стат< ра шарики, опускаясь, попадали на конвейсР и поступали в Промывочную кам<ру, аналогичную закалочному участку, откуда подавались в электропеч на отпуск.

III участок не использовался, так как в электропечи отпуск гсущсствляTI ся одновременно с сушкой °

В результате примененной технологии ресурс работы подшипников увеличился на 30-507, »ðè ус тр .íåíèè образования трооститных пятен и необходимости применения дорогостоящих и пожароопасных мас л.

Сравнительные данные по з":калксшариков из стали IIIX15 в содовом Растворе без использования магнитного поля, с использованием пос1,1янного поля и с врашающимся магнит: ом полем сведены в таблицу.

Содовый раствор с вращением барабана и с наложением постоянного магнитного поля (прототип)

Содовый раствор с вращением шаров со скоростью

6-8 м/с с помощью магнит7574

По результатам теоретических расчетов и проведенных экспериментальных исследований предложенного способа закалки металлических изделий уста5 новлено, что использование воздействия магнитного поля бесконтактным путем непосредственно на изделия позволяет уменьшить энергоемкость на

18-20% при увеличении КПД уСтройств на 15-177., увеличить скорость вращения деталей до 10 м/с, что интенсифицирует процесс их охлаждения. Наложение вращающихся магнитных полей на издезия приводит к улучшению их механических свойств и качества на

10-127..

Формула и з обретения

1. Способ закалки стальных изде" лий преимущественно цилиндрической и шаровидной конфигурации, включающий нагрев выше Лг, охлаждение в жпдкос" ти с наложением магнитного па.;я заданной i",ормы, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения качества путем ликвидации -.рооститных пятен и трещин, а также повышения твердости поверхности иэделия, охлаждение осущестнляют с наложением вра30 щающегося магнитного поля.

2-, Устройство для закалки стальных изделий преимущественно цилиндрической и шаровидной конфигурации, содержащee цилиндрическую емкость с ох35 лаждающей жидкостью и электромагнит, охватывающий емкость, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что, с целью улучшения качества путем ликвидации трооститных пятен и трснiин, а также IIQBMIIPHHR

4Q твердости поверхности изделия, электромагнит выполнсн в виде статора асинхронного двигателя.

16;.7574

Составитель А. Кулемин

Редактор А.Маковская Техред Л. Сердюкове

Корректор М. Демчик

Закаэ 317

Подписное

Тираж 393

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Латент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101