Способ упрочнения стальных изделий и устройство для его осуществления
Сущность изобретения: поверхность стального изделия нагревают до температуры плавления электрической короткой дугой обратной полярности дисковым угольным электродом силой тока 250 - 1000 А с перемещением зоны нагрева со скоростью 6 - 10 м/мин. При этом электрод охлаждают жидким теплоносителем. Устройство содержит имеющий возможность вращения электрод с расположенным по его торцам и контактирующим с ним теплообменником в виде полых дисков с сегментными вырезами со стороны изделия, токопровод, который соединен с электродом через скользящий контакт, имеющий возможность изменять расстояния до изделия. 2 с. и 2 з.п. ф-лы., 3 ил.
Изобретение относится к химико-термической обработке стали и может быть использовано для упрочнения поверхности стальных изделий. Цель изобретения - интенсификация процесса путем интенсификации процесса нагрева поверхности и повышение качества поверхности изделий за счет стабилизации горения дуги. На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1. Устройство состоит из дискового угольного электрода 1, который посажен на ось 2 электропривода 3 его вращения. По сторонам электрода 1 установлен по его форме теплообменник в виде рубашек 4, которые стягиваются между собой пружинами 5 с болтами 6 и контактируют с поверхностью электрода 1. При этом общая подвеска теплообменных рубашек 4 осуществлена на корпусе привода 3. Теплообменные рубашки снизу по месту подвода к поверхности изделия 7 имеют сегментный вырез 8. В теле рубашки 4 или отдельно по месту сегментного выреза 8 выполнен направляющий паз 9, в котором установлен скользящий контакт 10 с фиксатором 11, например болтом, токоподвода 12. Паз 9 выполнен таким образом, что позволяет изменять расстояние контакта 10 до места горения дуги. При подводе токоподвода к рубашкам 4 можно исключить применение скользящего контакта 10, т.е. он может перемещаться как радиально, так и по дуге радиусом электрода 1. Сущность способа заключается в том, что поверхность изделия нагревают до температуры плавления электрической короткой дугой током 250 - 1000 А обратной полярности угольным электродом, а зону нагрева передвигают со скоростью 6 - 10 м/мин, при этом электрод охлаждают жидким теплоносителем. С помощью предлагаемого устройства способ осуществляют следующим образом. Стальное обрабатываемое изделие 7 устанавливают в патрон шпинделя токарного станка (на чертежах не показано) и приводят во вращение с линейной скоростью поверхности 6 - 10 м/мин. Дисковый электрод 1 приводом 3 приводят во вращение в ту же сторону, т.е. встречно поверхности изделия 7. На дисковый электрод 1 через токоподвод 12 и скользящий контакт 10 подают плюсовой потенциал напряжения, а на изделие 7 - минусовый потенциал. Между электродом 1 и поверхностью изделия 7 устанавливают зазор, при котором устанавливается короткая электрическая дуга с силой тока 250 - 1000 А обратной полярности. Одновременно через теплообменную рубашку 4 прокачивают холодный теплоноситель, например воду. Электрод 1 за счет тока, проходящего через него, и тепла электрической дуги нагревается, своими поверхностями контактирует с плоскостями теплообменных рубашек 4, теплоноситель забирает его тепло, тем самым охлаждает весь электрод 1. Через оборот холодный электрод 1 этой частью кромки снова поступает в зону горения дуги и таким образом обеспечивается постоянное ведение обработки поверхности изделия 7 и устойчивость дуги при большой силе тока (250 - 1000 А). Расплавленный металл на поверхности изделия 7 в зоне горения электрической дуги под угольным электродом 1 насыщается углеродом, образуя мелкую аустенитно-мартенситную структуру, тем самым повышается твердость обрабатываемой поверхности. Дополнительно устойчивость горения дуги в процессе работы и установки режима нагрева электрода регулируются перемещением скользящего контакта 10 в направляющем пазу 9, что позволяет изменять длину пути анодного тока в сечении электрода 1 и, следовательно, влиять на его температурный режим, а также изменение пути анодного тока возможно посредством поворота теплообменных рубашек. Таким образом, предложенный способ в значительной степени интенсифицирует процесс упрочнения поверхности стальных изделий и повышает качество поверхности. Пример. Берут заготовку изделия диаметром 150 мм из стали марки Ст.3. Диаметр угольного электрода 150 мм. Напряжение постоянного тока 30 В. Скорость вращения заготовки n = 13 об/мин, что соответствует линейной скорости передвижения поверхности детали V = 6 м/мин. Устанавливают устойчивую дугу горения с силой тока I = 250 А. Через обменную рубашку прокачивают воду. Заготовку охлаждают, измеряют твердость поверхности (50 HRc) и глубину упрочнения, что составляет 1,2 мм. На этом же режиме работы снижают скорость вращения до 10 об/мин, что соответствует линейной скорости около 5 м/мин. Наблюдается незначительное разбрызгивание из жидкой ванны металла. На этом же режиме работы увеличивают скорость вращения до 17 об/мин, что соответствует линейной скорости 8 м/мин. Наблюдается отсутствие проплавления поверхности металла до жидкой ванны. Увеличивают силу тока до 500 А до получения жидкой ванны на поверхности изделия. Заготовку охлаждают. Твердость поверхности 50 HRc и глубина упрочнения 1,2 мм. На том же режиме увеличивают скорость вращения до 22 об/мин, что соответствует линейной скорости 10 м/мин. Наблюдается отсутствие оплавления металла до жидкой ванны. Повышают силу тока до 1000 А до получения жидкой ванны на поверхности заготовки. Заготовку остужают. Твердость поверхности 50 HRc и глубина упрочнения 1,2 мм. На том же режиме увеличивают скорость вращения до 25 об/мин, что соответствует линейной скорости примерно 12 м/мин. Наблюдается отсутствие проплавления поверхности до жидкой ванны металла, срыв дуги. По техническим причинам дальнейшее увеличение тока не проводится.
Формула изобретения
1. Способ упрочнения стальных изделий, включающий нагрев поверхности изделий до температуры плавления электрической короткой дугой обратной полярности дисковым угольным электродом с перемещением зоны нагрева, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса путем интенсификации нагрева поверхности и повышения качества поверхности изделий за счет стабилизации горения дуги, нагрев электрической дугой проводят с силой тока 250-1000 А, а в зону нагрева перемещают со скоростью 6-10 м/мин, при этом электрод охлаждают жидким теплоносителем. 2. Устройство упрочнения стальных изделий, содержащее дисковый угольный электрод, имеющий возможность вращения, и токоподвод, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса путем интенсификации нагрева поверхности и повышения качества поверхности изделий за счет стабилизации горения дуги, устройство снабжено теплообменником, выполненным в виде расположенных по торцам электрода и контактирующих с ним полых дисков с сегментными вырезами со стороны изделия. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что токоподвод соединен с электродом посредством скользящего контакта. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что контакт выполнен с возможностью изменения расстояния до зоны обработки.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3PA4A/PA4F - Прекращение действия авторского свидетельства СССР на изобретение на территории Российской Федерации и выдача патента Российской Федерации на изобретение на оставшийся срок
Дата начала действия патента: 28.12.1998
Номер и год публикации бюллетеня: 12-1999
(73) Патентообладатель:Загорский В.К.
Извещение опубликовано: 27.04.1999
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.02.2009
Извещение опубликовано: 27.02.2009 БИ: 06/2009
