Способ юсуфова б.с. определения охлаждающих свойств закалочной жидкости

 

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении при закалке Стальных деталей. Цель изобретения -сокращение времени измерения, Способ заключается в том, что длинный эталонный цилиндр (длина не менее четырех диаметров) изготавливают из умеренно прокаливающейся марки стали, диаметр которого равен критическому значению относительно известной резкой закалочной жидкости, например воды, подвергают объемной закалке, разрезают в середине, измеряют твердость в центре сечения и определяют балл охлаждающих свойств, например, в пределах твердостей от 20 до 65 HRС, соответствующих баллам охлаждающих свойств от 16 до О, по сравнительной таблице относительно охлаждающих свойств известной резкой закалочной жидкости, причем в качестве балла охлаждающих свойств ислользуют значения параметра кривизны при вершине соответствующей параболы прокаливаемости. 2 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.слс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 210

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4648218/02

1 (22) 09.02.89 (46) 15.02.92. Бюл. N. 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт нефтяного машиностроения (72) Б.С.Юсуфов (53) 621.785.79 (088.8) (56) Качанов Н.И. Прокаливаемость стали.—

М.: Металлургия, 1964, с.64.

Сталь. Метод испытаний на прокаливаемость. ГОСТ 5657 — 69 (СТ вЂ” СЭ В 475 — 77). (54) СПОСОБ ЮСУФОВА Б.С. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩИХ СВОЙСТВ ЗАКАЛОЧНОЙ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении при закалке стальн ых деталей. Цел ь изобретения

Изобретение относится к способам термической обработки металлов и может быть использовано в машиностроении при закалке стальных деталей.

Цель изобретения — сокращение времени измерения.

Сущность изобретения заключается в том, что охлаждающие свойства закалочной жидкости оценивают с помощью обьемной исключающей влияние торцов на распределение твердости в центре цилиндра закалки длинного цилиндра(длина не менее четырех диаметров), из умеренно прокаливающейся стали с диаметром, равным критическому значению для случая закалки в известной, 5U„„1712431 А1 сокращение времени измерения. Способ заключается в том, что длинный эталонный цилиндр (длина не менее четырех диаметров) изготавливают из умеренно прокаливающейся марки стали, диаметр которого равен критическому значению относительно известной резкой закалочной жидкости, например воды, подвергают обьемной закалке, .разрезают в середине, измеряют твердость в центре сечения и определяют балл охлаждающих свойств, например, в пределах твердостей от 20 до 65 HRC, соответствующих баллам охлаждающих свойств от 16 до О, по сравнительной таблице относительно охлаждающих свойств известной резкой закалочной жидкости, причем в каче-. стве балла охлаждающих свойств используют значения параметра кривизны при вершине соответствующей параболы прокаливаемости, 2 э.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл. закалочной жидкости с высокими охлаждающими свойствами, например в воде, определяют твердость в центре среднего сечения цилиндра и определяют балл- охлаждающей способности по сравнительной таблице относительно охлаждающей способности известной резкой закалочной жидкости, сама таблица баллов устанавливается как последовательность значений параметра кривизны семейства парабол, описываемых уравнением у= ах. (где а—

2 параметр кривизны параболы при вершине х,у — оси коордийат), т.е. каждому значению охлаждающей способноети ставят в соответствие значения параметра кривизны определенной параболы.

1712431

20

30

В изобретении используется эффект сглаживания кривой прокаливаемости цилиндра с критическим диаметром относительно резкой известной закалочной среды при закалке в более мягкой исследуемой эакалочной жидкости.

На фиг.1 показан график зависимости безразмерного критерия средней температуры центра шара G от безразмерного критерия толщины (диаметра) y e процессе изменения температуры (нагрева или охлаждения); на фиг.2 — график кривых прокаливаемасти безразмерного цилиндра с критическим диаметром относительно известной резкой закалочной жидкости (для нее он представлен отрезком прокаливаемости

АО) и менее резких исследуемых охлаждаю.щих жидкостей (они представлены характерными параболами 1 — 5); на фиг.3— график интервала твердости, разбитый на четыре подынтервала.

График на фиг.1 представляет собой семейство соосных парабол, описываемых уравнением у=ах .

8 термодинамике широко используются безразмерные критерии подобия тепловых процессов. Соотношение этих критериев дает новые производные критерии, обладающие аналогией с первичными (порождающими) критериями. Такие критерии позволяют существенно упростить различные расчеты, а сами эти соотношения рассматриваются как приемы моделирования исследуемых процессов, Учитывая, что центральное сечение шара и среднее сечение длинного цилиндра (длина не менее четырех диаметров как условие исключения искажения характера теплообмена со стороны торцов) дают круг, т.е, они обладают геометрической аналогией, из которой вытекает и тепловая аналогия. Поэтому график на фиг.1 справедлив и для случая обьемной закалки цилиндра, соответственно, кривые прокаливаемости цилиндра также должны представлять собой семейство соосных парабол, Такой вывод подтверждается и путем математических преобразований уравнений теплопроводности. Однако пробные закалки цилиндров показывают, что с изменением диаметра цилиндра без изменения марки стали и охлаждающей жидкости кривые прокаливаемости могут существенно отличаться от конфигурации парабол, хотя и остаются симметричными относительно оси цилиндра. Из этих кривых прокаливаемости видно, что для более резкой эакалочной жидкости — воды, характер. на большая степень отклонения от параболической конфигурации по сравнению с более мягкой — маслом. Предельным случаем кривой прокаливаемости является сквозная п.рокаливаемость, когда кривые прокаливаемости вырождаются в прямой отрезок(твердость по радиусу цилиндра постоянная) и диаметр цилиндра равен критическому значению или меньше него. Если диаметр меньше критического значения относительно известной резкой .эакалочной среды, то при закалке этого цилиндра в менее резкой закалочной среде также возможна сквозная прокаливаемость. Если диаметр больше критического значения, то конфигурация кривой прокаливаемости отличается от параболы, так как появляется незакаленная часть сечения — сердцевина; которая не дает вклада в перегиб кривой прокаливаемости — в области перехода от закаленной части к сердцевине наблюдается резкий. переход. То же происходит и в случае закалки этого цилиндра в менее резкой закалочной среде. Однако, если диаметр цилиндра, равный критическому. значению относительно закалки в известной резкой закалочной среде, закалить в менее резкой, вероятность отклонения конфигурации кривой прокаливаемости от параболы резко снижается, так как соотношение темпа охлаждения или безразмерного критерия средней температуры и расстояния от поверхности цилиндра— безразмерного параметра толщины, имеет универсальный параболический характер— не зависит от марки стали, из которой изготовпен цилиндр, и состава охлаждающей жидкости; При переходе от одной исследуемой закалочной жидкости с менее резкими охлаждающими свойствами, чем известная, к другой можно получить семейство соосных параболических кривых прокаливаемости с различными параметрами кривизны при вершине парабол. Поэтому, имея цилиндр с критическим диаметром относительно резкой известной закалочной среды (параболы вырождены в прямой отрезок, совпадающий с радиусом цилиндра), при переходе к закалке этого цилиндра в менее резких закалочных жидкостях можно делать достоверную оценку охлаждающих свойств последних по соответствующей параболе, причем известную жидкость следует, считать отсчетной. относительно которой и производится оценка. Чтобы упростить изложение сущности оценки охлаждающих свойств по предлагаемому способу, следует придать радиусу цилиндра простейшее количественное выражение, например, безразмерную единицу, т.е. х=1, Тогда значение твердости, распределенной по параболе у- ах, определяется парамет2 ром кривизны при вершине соответствую,1712431 щей параболы, т.е. у=а. Для йростоты изложения на фиг.2 показаны параболы с,известными значениями параметров кривйзны при вершине а1-1/5, ag1/2, аз-1; аз 2; а4"2; аь » 2 (индексы при параметрах кривизны 5 означают номер соответствующей параболы на фиг.2). Из графика 2 видно,.что парабола 5 более вытянута, чем параболы 1 — 4, и,. соответственно, она отражает намного меньшую прокаливаемость. Поэтому в каче- 10 стве первого приближения значения нижнего предела охлаждающих свойств можно принять параболу 4, а в качестве верхнегоотрезок АО, представляющий собой место . вырождения всех парабол, где параметр 15 кривизны равен нулю, т.е. ао=0. Чтобы кри вые по фиг.2 соответствовали кривым прокаливаемости, а также масштабно соответствовали изображенным на фиг.2; параболам необходимо эффективный оце- 20 ночный интервал параметров кривизны парабол лринять равным двум, т.е. а=(0 - 2), отражающий пределы возможных твердо,стей вдоль оси цилиндра, причем максимальное значение должно быть в начале 25 координат, а минимальное — в конце отрезка, представляющего собой проекцию параболы 4 на ось цилиндра.

Для воды — известной резкой охлаждающей жидкости, твердость многих закали- 30 ваемых конструкционных сталей равна порядка 65HRC, а минимальная твердость, когда не воспринимается закалка. — порядка 20 HRC. Поэтому можно принять, что весь возможный интервал прироста твердости 35 равен 65 — 20 = 45 HRC. Учитывая эту особенность, построен соответствующий график по фиг.3. На фиг.3 видно, что весь интервал твердостей 45 HRC разбит на четыре подынтервала. Однако шаг подынтервалов можно уменьшить, например, сделать равным по три единицы Роквелла, т.е. весь интервал разбить на 15 подынтервалов, предполагающих наличие 15 парабол прокаливаемости с вершиной в соответствую- 45 щих точках подьЬтервалов — в начале или конце. Каждую граничную точку между:саседними подынтервалами можно пронуме;: ровать по порядку от начала координат и занести в таблицу, в которой с каждым зна- 50 чением твердости в центре сечения длинного цилиндра с критическим диаметром: относительно резкой известной закалочной жидкости после закалки в менее резкйх закалочных жидкостях сопоставляют соответ- 55 ствующий номер подынтервала, а также, состав закаяочной жидкости, в которой получена эта твердость, Если номера подын-. тервалов рассматривать как показатель охлаждающих свойств закалочных сред. или

1 оценочный балл этой жидкости. то каждому баллу могут соответствовать различные составы охлаждающих жидкостей. Таблица обладает накопительным свойством и многие жидкости можно унифицировать по охлаждающим. свойствам. Для оценки. охлаждающих свойств исследуемой жидкости необходимо подвергнуть объемной закалке критический цилиндр для воды и умеренно прокаливающейся стали, например, иэ стали 40 критический диаметр равен

30 мм, измерить твердость в центре среднего сечения и по таблице определить балл охлаждающей способности относительно воды.

Умеренная прокаливаемость обеспечивает использование сравнительно небольшого ди-. аметра цилиндра, несложность его поперечно разрезки. Для гарантии попадания индентора твердащра Роквелла в центр сечения цилиндра, следует иметь центрирующую насадку на столик твердомера, включающую посадочное отверстие на сто- . лик и для образца.

8заимозаменяемость закалочных сред важна в связи с возрастанием экологических требований; так как при производстве с высоким ритмом работы мвуг иметь место большие вредные соответствующие материалы в окружающую среду, возникают задачи утилизации этих материалов. Кроме того. такая взаииозаменяемость обеспечивает зкономическую целесообразность использования местных ресурсов как компонентов состава закалочной среды, например, на водной основе.

Ф ор мул а изобретен ия

1. Способ определения охлаждающих свойств закалочной жидкости, включающий изготовление стального цилиндра заданного диаметра; закалку заданным образом. разрезание цилиндра и измерение твердости в заданном месте, построение графика:прокаливаемости s виде парабол и окончательное определение охлаждающих свойств жидкости графически rio заданному параметру парабол, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, цилиндр изготавливают диаметром, равным критическому диаметру при закалке в воде, закалку проводят объемную, резку цилиндра осуществляют в его середине, твердость измеряют в центре разрезанного сечения. а охлаждающие свойства жидкости определяют по значению измеренной твердости.

2. Способ пап.1; отл и ча ю щи йc я тем, что охлаждающие свойства жидкости определяют по твердости, в диапазоне значений 20 — 65 HRC, который разделен на интервалы, каждый иэ которых по величине равен 3 HRC и имеет номера-,баллы от Одо 16.

1712431

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждающие свойства определяют графически по значению кривизны при вершине параболы прокаливаемости.

Балл охлаждающей способности менее резкой закалочной жидкости или номер соответствующей параболы

Состав закалочной жидкости с менее резкими охлаждающими свойствами или группы таких жидкостей

Например, вода

Ф Г 1

4ZZ5 АУ

Тдердость, НЕС фУГ 3

Составитель А.Кулемин

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Заказ 511 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Значение твердости в центре среднего сечения критического цилиндра для резкой известной закалочной жидкости, HRC

62

59

56

53

20

1

3