Способ закалки деталей
Владельцы патента RU 2399683:
Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" (RU)
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу термической обработки пластин - шаблонов, применяемых для замера точности геометрии рельсовой продукции. Для уменьшения коробления и повышения твердости пластин осуществляют термоправку пластин с приложением усилия 1 Н/м2 в течение 110-140 сек, выдерживают на воздухе 20-40 сек, зажимают в зажиме и погружают в вертикальном положении в бак с закалочной водой при температуре 20-60°С. 2 табл.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу термической обработки пластин для изготовления шаблонов, применяемых для измерения геометрических размеров рельсовой продукции.
Известен также способ закалки, заключающийся в том, что нагретая деталь укладывается между нижней и верхней половинами штампа, которые опускаются в закалочный бак, при этом обе части штампа замыкаются и в пространство между ними по каналам подается жидкость для закалки детали. Недостатком этого решения является то, что в процессе охлаждения верхняя и нижняя стороны детали находятся в разных условиях теплообмена, что приводит к короблению детали. Сложность составляющих механизмов конструкции снижает надежность работы устройств [1].
Известен способ термической обработки деталей [2], включающий нагрев и охлаждение в штампе путем подачи охлаждающей среды через отверстия штампа. С целью повышения производительности и снижения коробления деталь зажимают в штампе с усилием, создающим давление, р=(0,01-0,9) σт, где σт - предел текучести материала детали, а между штампом и поверхностью детали охлаждающей средой создают давление, производящее общее распирающее усилие, величина которого равна усилию зажатия детали в штампе.
Недостатком данного способа является то, что применяемое в качестве закалочной среды масло с регламентированной температурой и вязкостью может быть использовано только для закалки ряда легированных сталей. Скорость охлаждения указанной среды недостаточна для закалки заготовок из углеродистой стали, она не обеспечит требуемую твердость и прочность металла. Процесс достаточно трудоемкий, требует необходимости точного соблюдения зазора между штампом и поверхностью детали, возможно наличие пятнистости, если давление масла уменьшится. Также наблюдается достаточно большой расход масла при закалке, что значительно ухудшает экологическую атмосферу в цехе.
Известен способ закалки плоских деталей [3] - прототип, заключающийся в том, что нагретые детали размещают на 5-10 мм выше уровня закалочной среды в баке, зажимают между матрицей и пуансоном пресса, подстуживают до температуры Ac1 и мгновенно поднимают уровень закалочной жидкости в баке на 10-12 мм выше уровня детали. Недостатком данного способа является недостаточная и неравномерная твердость детали из-за ее нахождения при закалке в прессе.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются уменьшение коробления и повышение твердости деталей (шаблонов).
Для этого предлагается способ закалки, включающий нагрев до заданной температуры, термоправку с усилием 1 H/м2 в течение 110-140 сек, выдержку на воздухе 20-40 сек, затем деталь зажимают в зажиме и погружают в вертикальном положении в закалочный бак с водой при температуре 20-60°C.
Термоправка с усилием 1 H/м2 выбрана из условия устранения коробления пластины при ее закалке. Заявляемые пределы выбраны экспериментальным путем, исходя из требований к плоскостности и твердости углеродистой стали. Увеличение длительности термоправки более 140 сек приводит к снижению температуры закалки и как следствие к низкой твердости пластин шаблонов. При термоправке, выполняемой за меньшее время, не достигается требуемая плоскостность пластин шаблонов. Выдержка пластины после термоправки на воздухе в заданных пределах обеспечивает выравнивание температуры и способствует получению равномерной твердости при закалке. Увеличение или уменьшение времени выдержки приводит к ухудшению закалки пластин и получению низкой или неравномерной твердости.
Вода выбрана в качестве закалочной жидкости исходя из условия необходимости получения на поверхности шаблонов достаточно высокой твердости 58-60 HRC, образования мелкоигольчатого мартенсита или троостомартенсита. С повышением температуры воды выше 60°C наблюдается снижение твердости пластин шаблонов. Закалка в воде при температуре менее 20°C приводит к короблению и образованию закалочных трещин.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем, исходя из требований к микроструктуре, механическим свойствам и твердости углеродистой стали.
Способ был реализован в промышленных условиях на шаблонах для рельсов типа Р65. Пластины размером 300×300 мм из стали марки 50 нагревали до температуры 1000-1100°C, осуществляли термоправку в двух плоскостях при помощи бойка, после правки пластины выдерживали на воздухе и погружали в закалочный бак, наполненный водой. Строго в вертикальном положении производили закалку металла в течение 1 минуты, и сразу же металл подвергали отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов. После термической обработки исследовали микроструктуру металла и замеряли твердость.
Технологические параметры термической обработки пластины для шаблонов приведены в таблице 1. Результаты исследований микроструктуры и значения твердости в таблице 2.
Источники информации
1. AC SU №1068507 A, кл. C21D 1/673.
2. AC SU №1184857 A, кл. C21D 1/673.
3. RU №2105822 C1, кл. C21D 1/673, 9/46.
| Таблица 1 | |||
| Технологические параметры закалки | |||
| № | Время термоправки, сек | Время выдержки, сек | Температура воды, °C |
| 1 | 120 | 20 | 20 |
| 2 | 140 | 25 | 60 |
| 3 | 110 | 40 | 45 |
| 4 | 110 | 35 | 25 |
| 5 | 115 | 23 | 45 |
| 6 | 135 | 38 | 60 |
| 7 | 125 | 28 | 30 |
| 8 | 120 | 29 | 40 |
| Таблица 2 | ||
| Результаты исследований микроструктуры и замеров твердости | ||
| № | Микроструктура | Твердость на поверхности, HRC |
| 1 | Мартенсит | 60 |
| 2 | мартенсит | 60 |
| 3 | Мартенсит | 58-60 |
| 4 | Троостит + мартенсит | 57-60 |
| 5 | Мартенсит + троостит | 56-60 |
| 6 | Троостит + мартенсит | 58-60 |
| 7 | Мартенсит + троостит | 56-60 |
| 8 | Троостит + мартенсит | 58-60 |
Способ закалки детали в виде пластины, включающий нагрев, зажим детали и ее охлаждение в баке с закалочной водой, отличающийся тем, что перед охлаждением деталь подвергают термоправке усилием 1Н/м2 в течение 110-140 с, выдерживают на воздухе 20-40 с, зажимают в зажиме и погружают в вертикальном положении в бак с закалочной водой при температуре 20-60°С,
