Способ термической обработки изделий из инструментальной стали

 

о )

"ио

ОП ИСАН

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<Ä>779421

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 211178 (21) 2686236/22-02 (51)М. Кл.

С 21 0 9/22

С 21 D 6/04 с присоединением заявки М—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 151180. Бюллетень НР42 (53) УДК 621.785. .9(088.8) Дата опубликования описания 1511/0 (72) Авторы изобретения

В.И. Шилов, Н.С. Феофанова, A.Ï. Итров и A.E. Мясоед (71) Заявитель

Одесский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им.И.И. Мечникова (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ

t

Изобретение относится к термической обработке инструментальной стали и может быть использовано на машиностроительных заводах.

Известен способ термической обра- 5 ботки стальных деталей, который включает закалку и последующее глубокое охлаждение погружением детали в жидкий азот или кислород .при -196183 С, выдержку в хладоносителе 5- 10

30 мин и последующее нахождение детали на воздухе $1) .

Известен способ термической обработки инструмента, включающий закалку и обработку глубоким холодом в 15 жидкой среде, при этом обработку холодом осуществляют ударным погружением инструмента в жидкую среду.

Сущность известного способа состоит в том, что проводят. ударное мгновенное вбрасывание инструмента в жидкость с температурой -150-269 С о и выдерживают инструмент в жидкости

5-30 мин после полного охлаждения, затем инструмент извлекают иэ жидкости и оставляют на воздухе или в шкафу с сухим воздухом. В случае необходимости проводят отпуск прн

200-250 С в течение 1-1,5 ч 2 .

Недостатками известных способов является низкое качество процесса термообработки стальных деталей при их толщине свыше 20 мм, связанное с резким ростом степени трещинообразования поверхностного слоя, возрастанием внутренних напряжений. Степень улучшения свойств материала при этом получается меньше, чем у мелких деталей из того же материала. Мгновенное вбрасывание крупных деталей в ванну приводит к разбрызгиванию жидкого охладителя. Расход хладоносителя, в частности жидкого азота, велик, что приводит к сдерживанию использования метода глубокого охлаждения из-за недостатка жидкого азота.

Все .это в совокупности снижает качество процесса термической обработки.

Цель изобретения — повышение качества термической обработки изделий из инструментальных сталей.

Цель достигается тем, что охлаждение стальной детали производят непрерывным относительным перемещением обрабатываемой поверхности детали и жидкости со скоростью 1,2-3,5 м/с до достижения поверхностным слоем детали температуры -110 С. В качестве низкотемпературной жидкости ис779421

25 пользуют органические растворители при температуре ниже -120 С и вязо костью при -110 С менее 0,1 кг/м.с.

В качестве низкозамерэающих органических растворителей используют низкотемпературные жидкие фракции бензина, эфиров, пентаны, пентены, пентадиены в диапазоне температур

-120-145 С. Органические растворители иСпользуют при температуре их за мерзания, когда часть растворителя находится в замерзшем состоянии. От - носительное перемещенйе поверхности детали и жидкости осуществляют путем вращения детали, погруженной в жйдкость, при.одновременном встречном перемешивании жидкости. 15

Проведенные испытания показали, что пРочность поверхностного слоя против питтингового разрушения при обкатке винта нагруженными шариками наибольшая в диапазоне скоростей 2О относительного перемещения охлаждающей жидкости и поверхности винта от

1,2 до 3,5 м/с. Более высокие скорости в ряде случаев приводят к существенному снижению стойкости из-за появившегося растрескивания и выкрашивания. Прочность поверхностного слоя против питтингового разрушения оптимальна в диапазоне температуры охлаждающей жидкости от -20 . ЗО до -145 C. Стойкость против питтингового разрушения начинает снижаться при дбстижении вязкости охлаждающей жидкости выше 0,1 кг/м.с. С увеличением толщины детали возрастает время, необходимое для охлаждения о поверхностного слоя детали до -110 С, при этом величина времени в с пример""но равна четверти толщины детали в мм + 10 с. Оптимальной температурой при охлаждении детали является вели- 40 чина -110 С, достигаемая поверхностным слоем.

Способ осуществляют следующим образом.

-Стальные закаленные детали закреп- 45 ляют в устройстве, обеспечивающем погружение детали в ванну с охлажденной жидкостью, в которой размещен перемешиватель жидкости. Жидкость охлаждают путем пропускания по змееви-50 " ку;"Ъакрепленному на внутренних стенках ванны, жидкого азота с температурой кипения -196oC. Погружают в ванну деталь и перемещают поверхность -" детали относительно жидкости, например путем вращения детали, с одно временным перемешиванием жидкости.

СкороСТь принудительного перемещения поддерживают в пределах от 1,2 до3,5 м/с в зависимости от диаметра (толь,инй) детали, температуры охлаж =дамйщей ЙЙдйоСти, вязк Ыти й" других факторов. При этом весь цикл охлажденйя осуществляют в течение 15-35 с для деталей толщиной до 100 мм. Приближенно для достижения поверхностью 65 детали оптимальной температуры -110 С необходимое время определяется в с как четверть толщины детали плюс 10 с.

Например, деталь толщиной 40 мм охлаждают в течение 20 с. Охлаждение производят при температуре замерзания растворителя (например, при использовании пентана — при -130 С, при использовании 1,3 пентадиена— при -140ОC,íèýêîòåìïåðàòóðíûõ фракций бензина в пределах -120-130 С).

Особенность процесса охлаждения, заключающаяся в температуре охлаждающей жидкости, равной температуре замерзания, приводит к постоянству температуры вследствие определенного количества замерзшей жидкости, находящейся на змеевике в ванне. Спустя,, 15-35 с, необходимых для охлаждения поверхностного слоя детали до -110 С, деталь извлекают из холодной жидкости и оставляют на воздухе. Нагрев поверхностного слоя происходит как от подвода тепла из воздуха, так и от еще не успевших охладиться внутренних слоев металла, что обеспечи вает более быстрый нагрев охлажденного слоя детали до комнатной температуры.

Пример 1. Фрезу из стали Р-9 диаметром 80 мм, толщиной 40 мм погружают в ниэкотемпературные фракции бензина нри -125 С, полученные вымораживанием более 90% массы бензина, и перемещают фреэу в бензине вращением вокруг оси с линейной скоростью 1,5 м/с при встречной скорости жидкости от перемвшивания 0,4 м/с в течение 20 с, достаточных для охлаждения поверхности фрезы до -110 С.

Затем фреэу извлекают из жидкости и оставляют на воздухе для нагрева до комнатной температуры. Затем проводят отпуск при 150 С в течение 2-х ч.

В результате проведенной термической обработки износостойкость фрезы при обработке сталей с твердостью 2035 ед. повышается в 5-7 раз по сравнению с известными способами термообработки. Твердость поверхности при этом возрастает на 3-4 ед., а количество остаточного аустенита снижается на 50-65%. Обработка фрез той же партии по известному способу (со сквозным охлаждением в жидком азоте в течение 30 мин) приводит к повышению износостойкости всего в 1,8 раза, при этом в 27% имело место рас- трескивание поверхностного слоя от внутренних напряжений.

Пример 2. Сверло из стали

P6N5 диаметром 48 мм зажимают в патрон устройства для погружения и вращения последнего в ванне и произвбдят погружение и вращение сверла с линейной скоростью 1,2 м/с при встречном движении жидкости 0,1 м/с в течение .20 с, после чего сверло извлекают-из жидкости (низкоохлажден779421 ного пентана) при -130ОС, и оставляют на воздухе, после нагрева до ком- натной температуры проводят отпуск при 180 С в течение 1,5 ч.

В результате проведенной обработки износостойкость сверла при сверлении вязких сталей, в частности сырой стали 9ХС, возрастает в 7-8 раз, в то время как обработка сверл той же партии по технологии известного способа приводит к повышению износостойкости только в 1,6-1,7 раза, при этом в ряде случаев (14%) имело место выкрашивание кромки сверл.

Пример 3. Винт из закаленной стали ХВГ диаметром 100 мм с твердостью после закалки 58 ед., погружают в 1,3 пентадиен с температурой -140 С и производят вращео ние винта с линейной скоростью поверхности 3,1 м/с и встречной скоростью жидкости 0,4 м/с в течение

35 с, достаточных для достижения поверхностью винта -110 С, после чего винт извлекают из жидкости и оставляют на воздухе для нагрева до комнатной температуры. Затем проводят отпуск при 180оC в течение 2,5 ч.

В результате проведенной термической обработки стойкость дорожек винта против питтингового разрушения при обкатке нагруженными шариками возрастает в 1,8-1,9 раза, в то время, как известный способ приводит к повышению стойкости только лишь в 1,3-1,4 раза, при 22% брака от растрескивания деталей в процессе термической обработки и 46Ъ брака при последующих стадиях обработки (шлифовке).

Пример 4. Винт из закаленной стали 8хФ диаметром 100 мм погружают в охлажденные до -130 С низкотемпературные фракции петролейного эфира и вращают с суммарной скоростью относительного перемещения 3,5 м/с в течение 35 с, достаточных для охлаждения поверхности винта до температуры -110 С. После этого винт иэо влекают из эфира и оставляют на воздухе для нагрева до комнатной температуры, а затем проводят отпуск при 180 С в течение 2,5 ч.

В результате проведенной термической обработки стойкость против питтингового разрушения беговых дорожек винта, являющегося основным видом износа при обкатке шариками под нагрузкой, возрастает в 2,1-2,2 раза. Обработка же винтов по известному способу приводит к росту стойкости дорожек только в 1,3 раза при

65% суммарного брака от растрескивания.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого способа заключается помимо предотвращения трещинообразования и повышения стойкости против питтингового раэруше5

15

Формула изобретения

55 3. Способ по пп.1, 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что в качестве

45 ния поверхностного рабочего слоя по сравнению с известным способом, также в том, что можно рационально воздействовать на поверхность детали, являющуюся ее рабочей частью. Внутренние слои детали не претерпевают существенных изменений, сердцевина детали остается вязкой, приращение твердости имеет место только в наружном слое глубиной 1-2 мм. Способ позволяет существенно ускорить процесс термообработки. На охлаждение детали требуется полминуты по сравнению с 30-ю минутами по известному способу сквозного охлаждения.

Нагрев охлажденного до -110 C поверхностного слоя детали при ее толщине свыше 20 мм также происходит в

2-3 раза быстрее, так как охлаждению подвергается только наружный слой толщиной 1-2 мм, а не вся деталь, при этом температура охлаждения слоя равна всего -110 С, а не -150-269 С о о по известному способу. Способ позволяет в 2 раза сократить количество используемого на охлаждение жидкого азота (160-200 r/êã деталей по сравнению с 400 r/êã для известного), Это происходит вследствие того, что охлаждается только поверхностный слой.

1. Способ термической обработки изделий из инструментальной стали, преимущественно толщиной свыше

20 мм, включающий закалку и обработку глубоким холодом в жидкой среде, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки, обработку глубоким холодом производят непрерывным относительным перемещением изделия и жидкой среды. со скоростью 1,2-3,5 м/с до достижения температуры поверхностного слоя

-110о +5 ос.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что обработку холодом проводят в жидкой среде органических растворителей при температуре от -120 до -145 C с вязкостью при. -110О+5 С менее 0,1 кг/м.с. органических растворителей используют низкотемпературные жидкие фракции бензина, эфиров, пентаны, пентены, пентадиены.

4. Способ по п.1, о т л и ч а ю— ,шийся фем, что относительное перемещение изделия и жидкой среды осуществляют путем вращения детали

779421

Составитель Р.Клыкова

Редактор Н.Кешеля Техред ф.Гаврилешко Корректор М.Коста

Заказ 7966/37 Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 при одновременном перемешивании жидкости

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гуляев A.Ï. Свойства и термическая обработка быстрорежущей стали. М., 1939, с.59.

2. Авторское свидетельство СССР

9 485161, кл. С 21 0 9/22,, 1972.