Способ закалки стальных изделий

 

Использование: изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении инструмента типа вырубных и пробивных штампов. Сущность: инструмент погружают в расплав металла с выступанием рабочей поверхности над расплавом и закаливают струей плазмы, при этом расплав металла в процессе закалки охлаждают до температуры ниже температуры плавления металла расплава 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 21 0 1/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И (21) 4791868/02 (22) 14.02,90 (46) 30.10.92, Бюл, N 40 (71) Ленинградское конструкторское бюро технологического оснащения (72) А.И. Скворцов, С.А. Ермаков, Н.А. Соснин и Ю.И. Скворцов (56) Линник В,А. и др. Поверхностное упрочнение сталей методом плазменной закалки, МИТОМ, 1983, ¹ 4, с. 2 — 5.

Решетко Э.С. и др, Плазменная закалка поверхностей стальных изделий, РЖ Физика, 1977, № 6, с. 23.

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при поверхностной закалке плазмойдеталей малой массы и размеров и сложной формы (например, деталей штампов) для получения высокой поверхностной твердости, стойкости против межкристаллитной коррозии и др, Известен способ закалки поверхности, при котором в качестве источника нагрева используют плазменную струю, обеспечивающую нагрев поверхности до температуры закалки, а охлаждение осуществляют теплоотводом в более холодную часть закаливаемой детали, которая не успевает прогреться за короткое время воздействия плазмы.

Однако такой способ применим только для деталей простой формы, имеющих достаточно большую массу и размеры, необходимые для обеспечения отвода тепла со скоростью закалки.

Необходимый для обеспечения закалки поверхностного слоя термический цикл в. Ж 1772175 А1 (54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование; изобретение о гносится к области термической обработки стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении инструмента типа вырубных и пробивных штампов. Су.цность: инструмент погружают в расплав металла с выступанием рабочей поверхности над расплавом и закаливают струей плазмы. при этом расплав металла в процессе закалки охлаждают до температуры ниже температуры плавления металла расплава, 1 табл, деталях сложной формы, соизмеримых с размером струи размеров и малой массы создать не удается в результате неодинаковых и неудовлетворительных услови | теплоотвода и нагрева. Детали сложной формы прогревают до температуры закалки плазменной струей на разных участках не неодинаковую глубину. Участки, имеющи» малые размеры, соизмеримые с размером плазменной струи, прогреваются черезмерно глубоко и в этих зонах недопустимо растет зерно.

Снижение интенсивности нагрева позволяет избежать роста зерна, но приводит к недопустимому уменьшению глубины зоны прогрева до температуры закалки. Однако закалки поверхности достигнуть не удается вследствие того, что масса цеталей (участков деталей) малого размера |- едостаточна для обеспечения теплоотвода со скоростью закалки.

Известен способ закалки с пс мощью плазмы, включающий помещение изделия в эакалочную жидкость так. что на поэер но1772175 сти жидкости остается часть детали, подлежащая закалке, а остальные части находятся в жидкости, и по открытой части осуществляется разогрев под закалку плазменной струей.

Однако при закалке плазменная струя в этом случае выдувает закалочную жидкость от границы закаливаемой поверхности; при этом ухудшаются условия охла>кдения закаливаемых участков поверхности иэделия, что приводит к неравномерности нагрева, охлаждения и, как следствие, неравномерности закалки. Кроме того. ввиду недостаточно высоких теплопроводности и теплоемкости применяемых жидкостей, эффективность охлаждения не всегда достаточна, что также приводит к неравномерности закалки: на участках изделия, имеющих малые размеры, соизмеримые с размерами струи, даже при малой мощности плазмы растет зерно, в то же время на массивных деталях изделия при этой мощности глубина прогрева, а часто и температура поверхности недостаточны для получения заданного закалочного слоя.

Возникающая неравномерность закалки особенно сильно проявляется на вырубных, пробивных, гибочных штампах, которые имеют особенно сложную форму, Вследствие укаэанного не удается получить удовлетворительную стойкость этих штампов, Целью изобретения является повышение стойкости изделий, преимущественно оснастки и инструмента, путем обеспечения равномерности закалки плазменной струей, Указанная цель достигается тем, что изделие погружают в закалочную жидкость с выступанием закаливаемой рабочей поверхности над поверхностью жидкости, которую в процессе или перед закалкой охлаждают до температуры ниже температуры плавления жидкости. переводя ее в твердое состояние на весь период нагрева или на его часть.

Усиление эффективности данного способа достигается тем, что в качестве закалочной жидкости используют расплав металлов с более высокой, чем у традиционных закалочных жидкостей теплопроводностью и теплоемкостью.

В процессе закалки по данному способу не происходит выдувания закалочной жидкости плазменной струей у границ иэделия. поэтому обеспечивается эффективное экранирование поверхностей, не подлежащих нагреву и закалке.

Омоноличивание, происходящее при замораживании закаливаемого изделия с закалочной жидкостью — металлическим

55 сплавом, обладающим высокими теплофизическими свойствами, обеспечивает условия нагрева и охлаждения частей закаливаемого изделия любой формы и размеров равноценные условиям, имеющимся при закалке массивного изделия простой формы, в результате чего достигается равномерность твердости, структурных характеристик, Для реализации способа предпочтительно использовать сплавы с температурой плавления ниже,,чем температура, приводящая к отпуску. Если температура плавления применяемого сплава выше температуры отпуска, то время пребывания при температуре выше температуры отпуска ot.раничивают настолько, чтобы не происходило снижение твердости ниже заданной, что достигается принудительным ускоренным охлаждением в процессе погружения в закалочную жидкость и ускоренным нагревом для удаления расплава после закалки.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в процессе закалки, до ее начала закалочную жидкость вместе с закаливаемым изделием охлаждают до температуры ниже температуры плавления, переводя таким образом ее в 1-вердое состояние, а также тем, что эффективность способа усиливается использованием в качестве закалочной жидкости более теплоемкого и теплопроводного, чем традиционные жидкости, металлического сплава, Пример. Производилась плазменная закалка матрицы опытного штампа для пробивки и вырубки детали — пластины ротора

ВД6521 — 3761 электродвигателя -, где твердость контролировалась до и после плазменной закалки у двух пуансонов диаметрами 2 и 5 мм и кольца толщиной 50 мм из стали У10. Все детали высотой 46 мм. Для исследований закаливали образцы-саидетели диаметрами 3 и 50 мм х 46 мм твердость исследованных деталей и образцов — в таблице. Плазменную закалку производили на плазменной установке УПС-301, модернизированной для закалки плазмой косвенного действия. Режим: ток дуги — 210 А, напряжение 39 В, скорость перемещения—

10 м/ч. скорость стечения плазмы из сопла—

4 л/мин. Режим заливки сплавом перед закалкой и температуру сплава выбирали следующим образом. Допустимой температурой при длительном нагреве считали температуру 175-200 С. я вл я ю щуюся температурой низкого отпуска для этой стали. Поэтому температуру плавления и суммарное время заливки и освобождения после закалки от сплава считали доп стимы1772175

Свойства стали до и после плазменной поверхности закалки

Составитель А,Скворцов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Патрушева

Редактор

Заказ 3815 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 ми, если тепловое воздействие не приводило к снижению твердости, большему, чем при стандартном отпуске в течение 2 часов при температуре 175-200 С. Использовали сплав ПОС-90 с температурой ликвидус 5

220 С, нагревая его перед заливкой до

250ОС. Для сохранения твердости, соответствующей твердости после отпуска при температуре 120 С, ограничили время заливки и удаления сплава прй этой темпе- 10 ратуре 10 минутами, для чего после заливки и после удаления сплава производили охлаждение водой. Для улучшения смачивания перед заливкой матрицу нагревали до температуры 150 С. 15

Заливку матрицы производили до уровня на 1,5 мм ниже режущей кромки.

Замеры толщины покрытия производились на косых шпифах. Структура закален- 20 ного слоя — мэртенсит и остаточный . аустенит, Структура основного металла не изменилась.

Проведенные испытания штампа показали, что появление заусенца, превышаю- 25 щего допустимую величину наступило после вырубки более чем двукратного количества деталей по сравнению с вырубкой этим штампом до переточки и закалки.

Использование предлагаемого метода позволит; — заменить во многих случаях высокочастотную закалку, связанную с расчетами, изготовлением индукторов сложной формы, с применением дорогостоящих высокочастотных установок; — применить в ряде случаев поверхностную закалку там, где ее осуществление ранее было технически невозможно, — использовать плазменную закалку как метод поверхностного упрочнения деталей штампов.

Формула изобретения

Способ закалки стальных изделий, преимущественно рабочих поверхностей вырубного и пробивного штампового инструмента, включающий погружение изделия в охлаждающую жидкость с выступанием рабочей поверхности над поверхностью жидкости, нагрев рабочей поверхности струей плазмы и закалка этой поверхности, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью увеличения стойкости инструмента путем обеспечения равномерной закалки рабочей поверхности, иэделие погружают в расплав металла, который 8 процессе закалки охлаждают до температуры ниже температуры плавления металла расплава,